[发明专利]一种基于微环谐振器及阵列波导光栅的路由器结构

说明书

一种基于微环谐振器及阵列波导光栅的路由器结构，包括光纤耦合器以及阵列波导光栅；所述光纤耦合器的输入端口连接n条输入光纤，光纤耦合器的输出端口连接m条输出光纤；所述阵列波导光栅的输入端口连接m条输入光纤，且该m条输入光纤与光纤耦合器的m条输出光纤交叉放置，二者之间互不接触，光纤的交叉位置处设置具有不同耦合频率的微环谐振器，微环谐振器与交叉位置的两条光纤相互接触；所述阵列波导光栅的输出端口连接m条输出光纤；所述的m，n为正整数。本发明减少了交换时间，突破了对于光分组交换最为重要的时延瓶颈，提升了整个网络的性能，实现任意输入端口到任意输出端口的通信。

技术领域

本发明涉及数据传输领域，具体涉及一种基于微环谐振器及阵列波导光栅的路由器结构。

背景技术

云计算以及大量出现的互联网应用导致了数据中心网络流量的爆炸性增长，因此数据中心网络需要具有高带宽的交换机进行支持。而传统的基于电分组交换机的数据中心网络，因为流量的增长导致能耗急剧升高，同时传统的电分组交换机速率受限于现有技术发展的瓶颈，从而无法满足数据中心的性能需求。因此，光网络由于其高吞吐，低时延，低能耗的特点，它在数据中心的应用得到广泛关注，而数据中心光网络的核心部分则是光路由器的设计。

目前的光路由器结构大多基于阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating)或微机电系统交换机(Micro Electro Mechanical Systems Switches)。

由于微机电系统交换机是基于微动开关通过旋转镜面建立链路连接输入与输出端口，因此基于微机电系统交换机的光路由器配置时间在微秒级，只适用于光电路交换而无法实现光分组交换。基于阵列波导光栅的光路由器则可以实现更加快速的交换过程。

数据中心光交换机(Datacenter Optical Switch)[1]是一种基于阵列波导光栅的全光互连架构，如图1所示，阵列波导光栅作为光交换机在架构中实现光域的波长交换，而且可以实现同时的多到一通信。整个交换架构包含一组波长转换器，一个阵列波导光栅和一个环回共享缓存。通过配置波长转换器进行波长的变换可以实现整个架构中的任意输入与输出端口之间的通信。波长转换器则由控制器根据光标签提取器提取的信息进行控制。控制器除了控制波长转换器调整波长之外，还负责波长的竞争解决。通信流程如下：首先，交换机将下层服务器发来的光分组汇聚。之后，光标签提取器将分组的标签提取，经过光电转换之后送入控制器，控制器则根据分组的标签中的信息，如目的端口、分组长度等，进行竞争判决，之后控制波长转换器调整波长使分组经阵列波导光栅后能够到达目的端口。由于输出端口的接收器数量限制，因此如果多个波长同时到达一个输出端口，就会导致阻塞发生，因此该架构设立了一个环回共享缓存来存储这些冲突的波长，随后再重新发送。

数据中心光交换机架构的主要缺陷在于，每一次分组交换都需要由控制层进行决策，控制器的决策是有周期的，而且控制器在每个周期只能进行一次决策。因此，当网络流量增大时，每个分组都需要控制器进行决策，这样分组的平均等待时延就会快速增加。

若要实现光分组交换，那么整个决策过程，包含标签提取、光电转换、决策处理、控制信息下发等动作必须在非常短的时间内全部完成，因此数据中心光交换机架构中的集中式控制方式制约了整个数据中心光交换机架构的性能。另外，由于其缓存部分需要不断的进行光电、电光转换，同样也会带来较大的分组时延。

[1]X.Ye,et al.,“DOS-A scalable optical switch for datacenters,”inArchitectures for Networking and Communications Systems(ANCS),2010ACM/IEEESymposium on,vol.1,no.12,pp.25-26 Oct.2010.

发明内容