[发明专利]基于环形控制光网络的三维光片上网络及其通信方法

摘要

本发明提出了一种基于环形控制光网络的三维光片上网络及其通信方法，用于解决现有技术中存在的波长使用方法单一等技术问题；三维光片上网络包括电层、光传输网络层和光控制网络层，电层包括N个簇，光传输网络层包括环形传输光波导连接的N个发送/接收单元，光控制网络层包括分别与环形通知光波导和环形仲裁光波导相连的N个控制单元，三个层面形成层叠结构，通过TSV和不同的TSV pad相连，形成三维光片上网络；三维光片上网络根据数据分组长度和网络负载高低动态调整传输数据分组时使用的波长数量，并以吸收、释放光脉冲信号的方式仲裁传输数据分组时使用的波长资源，实现IP核之间的簇内通信、簇间通信和多播广播通信。

主权项

1.一种基于环形控制光网络的三维光片上网络的通信方法，包括如下步骤：(1)网络初始化，实现步骤为：1a)假设簇间通信数据分组的长度，设定簇间通信调制传输不同长度数据分组时需要的波长数量：当数据分组的长度为(0,256]bit时，设定簇间通信调制传输时所用波长的数量为n；当数据分组的长度为(256,512]bit时，设定簇间通信调制传输时所用波长的数量为2n；当数据分组的长度为(512,768]bit时，设定簇间通信调制传输时所用波长的数量为3n；当数据分组的长度为(768,1024]bit时，设定簇间通信调制传输时所用波长的数量为4n；当数据分组的长度为(1024,1280]bit时，设定簇间通信调制传输时所用波长的数量为5n；当数据分组的长度为(1280,1536]bit时，设定簇间通信调制传输时所用波长的数量为6n；当数据分组的长度为(1536,1792]bit时，设定簇间通信调制传输时所用波长的数量为7n；当数据分组的长度为(1792,+∞)bit时，设定簇间通信调制传输时所用波长的数量为8n；其中n≥1，且n为整数；1b)光控制网络层中任一控制单元通过第二调制器，向环形仲裁光波导中注入K个不同的光脉冲信号，其中K≥8n，且K为整数，得到活跃的环形仲裁光波导：1c)设定仲裁超时门限T；1d)对簇及IP核分别进行编号，得到每一个IP核的位置(X，Y)，其中X表示簇编号，Y表示IP核编号；(2)源IP核产生不同的通信需求，当通信需求为单一目的IP核时，执行步骤3)；当通信需求为多播广播时，执行步骤6)；(3)源IP核产生数据分组，该数据分组包含从步骤1d)得到的每一个IP核位置(X，Y)中提取的源IP核位置(Xs，Ys)和目的IP核位置(Xd，Yd)，其中Xs表示源IP核所在簇编号，Ys表示源IP核编号，Xd表示目的IP核所在簇编号，Yd表示目的IP核编号；根据Xs和Xd的关系，判断数据分组的通信类型，若Xs＝Xd，则该数据分组的通信类型为簇内通信，并执行步骤4)，否则，该数据分组的通信类型为簇间通信，并执行步骤5)；(4)电交换单元将源IP核产生的数据分组传输至目的IP核，完成簇内通信；(5)簇间通信的实现步骤为：5a)源IP核产生控制分组，该控制分组包含有数据分组长度信息、源IP核位置信息和目的IP核位置信息，电交换单元通过第一TSV pad、TSV和第三TSV pad，将控制分组传输至对应的仲裁/通知控制单元，并通过第一TSV pad、TSV和第二TSV pad，将源IP核产生的数据分组传输至对应的处理单元进行缓存；5b)源IP核对应的仲裁/通知控制单元，对数据分组传输时可使用的波长资源进行仲裁，实现步骤为：5b1)源IP核对应的仲裁/通知控制单元，根据其接收的控制分组中携带的数据分组长度信息和步骤1a)中的设定的簇间通信调制传输不同长度数据分组时需要的波长数量，确定传输数据分组时所需的波长数量m，再控制m个第二检测器从步骤1b)中得到的活跃环形仲裁光波导中，吸收不同的光脉冲信号，并判断已吸收的光脉冲信号的数量k与传输数据分组时所需的波长数量m的关系，若k＝m，执行步骤5c)，否则，执行步骤5b2)；5b2)源IP核对应的仲裁/通知控制单元，控制m‑k个第二检测器从步骤1b)中得到的活跃环形仲裁光波导中，吸收不同的光脉冲信号，并判断已吸收的光脉冲信号数量k与传输数据分组时所需的波长数量m的关系，若k＝m，执行步骤5c)，否则，执行步骤5b3)；5b3)源IP核对应的仲裁/通知控制单元，判断已经仲裁的时间t与步骤1c)设定的仲裁超时门限T的关系，若t＜T，执行步骤5b2)，否则，执行步骤5b4)；5b4)源IP核对应的仲裁/通知控制单元，判断已吸收的光脉冲信号数量k与0之间的关系，若k≠0，执行步骤5c)，否则，执行步骤5b2)；5c)源IP核对应的仲裁/通知控制单元产生携带已吸收光脉冲信号对应波长信息的通知分组，再根据其接收的控制分组中携带的目的IP核位置信息确认通知分组的发送波长，最后控制第二调制器将通知分组调制成相应发送波长的通知光信号，注入到环形通知光波导中，并执行步骤5d)；5d)目的IP核对应的通知用检测器，从环形通知光波导中吸收并解调通知光信号，还原成通知分组；目的IP核对应的仲裁/通知控制单元，通过第三TSV pad、TSV和第二TSV pad将通知分组传输至对应处理单元；处理单元根据通知分组中携带的波长信息，配置相应波长的第一检测器进入工作状态；5e)源IP核对应的仲裁/通知控制单元，通过第三TSV pad、TSV和第二TSV pad将步骤5c)中产生的通知分组发送至对应处理单元，该处理单元根据通知分组携带的波长信息，控制相应波长的第一调制器，将数据分组调制成数据光信号，并注入到环形传输光波导中；5f)目的IP核对应的发送/接收单元中的第一检测器，吸收并解调环形传输光波中的数据光信号，还原成数据分组；目的IP核对应的处理单元通过第二TSV pad、TSV和第一TSV pad，将还原成的数据分组传输至目的IP核所在簇，所在簇的电交换单元将数据分组传输至目的IP核；目的IP核对应的处理单元产生回应分组，通过第二TSV pad、TSV和第三TSV pad，将该回应分组传输至目的IP核对应的仲裁/通知控制单元；5g)目的IP核对应的仲裁/通知控制单元接收到回应分组，根据从步骤5d)中得到的通知分组中携带的波长信息，控制第二调制器向环形仲裁光波导中注入对应的光脉冲信号，完成簇间通信；(6)多播广播通信的实现步骤为：6a)源IP核产生携带有目的IP核位置信息和多播广播数据信息的信息分组，源IP核对应的电交换单元通过第一TSV pad、TSV和第三TSV pad，将信息分组传输至对应的仲裁/通知控制单元；6b)仲裁/通知控制单元根据信息分组中携带的目的IP核位置信息，控制第二调制器将信息分组调制成不同波长的数据光信号，并注入到环形通知光波导中；6c)不同目的IP核对应的通知用检测器，分别吸收并解调环形通知光波导中的数据光信号，还原成信息分组；不同目的IP核对应的仲裁/通知控制单元，分别通过第三TSV pad、TSV和第一TSV pad，将信息分组传输至目的IP核所在簇，所在簇的电交换单元将信息分组传输至目的IP核，完成多播广播通信。