一種基于微環諧振器及陣列波導光柵的路由器結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數據傳輸領域，具體涉及一種基于微環諧振器及陣列波導光柵的路由器結構。
【背景技術】
[0002]云計算以及大量出現的互聯網應用導致了數據中心網絡流量的爆炸性增長，因此數據中心網絡需要具有高帶寬的交換機進行支持。而傳統的基于電分組交換機的數據中心網絡，因為流量的增長導致能耗急劇升高，同時傳統的電分組交換機速率受限于現有技術發展的瓶頸，從而無法滿足數據中心的性能需求。因此，光網絡由于其高吞吐，低時延，低能耗的特點，它在數據中心的應用得到廣泛關注，而數據中心光網絡的核心部分則是光路由器的設計。
[0003]目前的光路由器結構大多基于陣列波導光柵(ArrayedWaveguide Grating)或微機電系統交換機(Micro Electro Mechanical Systems Switches) 0
[0004]由于微機電系統交換機是基于微動開關通過旋轉鏡面建立鏈路連接輸入與輸出端口，因此基于微機電系統交換機的光路由器配置時間在微秒級，只適用于光電路交換而無法實現光分組交換。基于陣列波導光柵的光路由器則可以實現更加快速的交換過程。
[0005]數據中心光交換機(Datacenter Optical Switch) [ I ]是一種基于陣列波導光柵的全光互連架構，如圖1所示，陣列波導光柵作為光交換機在架構中實現光域的波長交換，而且可以實現同時的多到一通信。整個交換架構包含一組波長轉換器，一個陣列波導光柵和一個環回共享緩存。通過配置波長轉換器進行波長的變換可以實現整個架構中的任意輸入與輸出端口之間的通信。波長轉換器則由控制器根據光標簽提取器提取的信息進行控制。控制器除了控制波長轉換器調整波長之外，還負責波長的競爭解決。通信流程如下:首先，交換機將下層服務器發來的光分組匯聚。之后，光標簽提取器將分組的標簽提取，經過光電轉換之后送入控制器，控制器則根據分組的標簽中的信息，如目的端口、分組長度等，進行競爭判決，之后控制波長轉換器調整波長使分組經陣列波導光柵后能夠到達目的端口。由于輸出端口的接收器數量限制，因此如果多個波長同時到達一個輸出端口，就會導致阻塞發生，因此該架構設立了一個環回共享緩存來存儲這些沖突的波長，隨后再重新發送。
[0006]數據中心光交換機架構的主要缺陷在于，每一次分組交換都需要由控制層進行決策，控制器的決策是有周期的，而且控制器在每個周期只能進行一次決策。因此，當網絡流量增大時，每個分組都需要控制器進行決策，這樣分組的平均等待時延就會快速增加。
[0007]若要實現光分組交換，那么整個決策過程，包含標簽提取、光電轉換、決策處理、控制信息下發等動作必須在非常短的時間內全部完成，因此數據中心光交換機架構中的集中式控制方式制約了整個數據中心光交換機架構的性能。另外，由于其緩存部分需要不斷的進行光電、電光轉換，同樣也會帶來較大的分組時延。
[0008][ I ]X.Ye , et al.，“DOS-A scalable optical switch for datacenters，，，inArchitectures for Networking and Communicat1ns Systems(ANCS),2010ACM/IEEESymposium οη,νο?.1,n0.12,pp.25_260ct.2010.

【發明內容】

[0009]本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種基于微環諧振器及陣列波導光柵的路由器結構，能夠降低時延，提升交換性能，實現任意輸入端口到任意輸出端口的通信。
[0010]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0011 ]包括光纖親合器以及陣列波導光柵;所述光纖親合器的輸入端口連接η條輸入光纖，光纖親合器的輸出端口連接m條輸出光纖;所述陣列波導光柵的輸入端口連接m條輸入光纖，且該m條輸入光纖與光纖耦合器的m條輸出光纖交叉放置，二者之間互不接觸，光纖的交叉位置處設置具有不同耦合頻率的微環諧振器，微環諧振器與交叉位置的兩條光纖相互接觸;所述陣列波導光柵的輸出端口連接m條輸出光纖;所述的m，n為正整數。
[0012]所述的微環諧振器在光纖的交叉位置處，沿輸入至輸出的方向，設置在光纖耦合器輸出光纖的后方，并且設置在陣列波導光柵輸入光纖的上方。
[0013]微環諧振器采用能將不同頻率多個波長信號同時耦合并傳入另一光纖的寬帶微環諧振器。
[0014]所述的寬帶微環諧振器采用垂直耦合結構，微環諧振器的耦合頻率與其環形結構直徑的關系為PA = IieffectL，其中λ為波長，P為正整數，neffec;t為微環材料系數，L為環形結構直徑。
[0015]所述不同耦合頻率的微環諧振器具有m階乘種排列方式。
[0016]所述的光纖耦合器與陣列波導光柵均采用無源類型器件。
[0017]所述的光纖耦合器為采用熔拉法制成的波導式nXm耦合器，能夠將η個輸入端口當中輸入的多個波長信號合并，并將合并之后的信號同時從多個輸出端口發出。
[0018]光纖親合器包括SC光纖親合器，FC光纖親合器，LC光纖親合器以及ST光纖親合器。
[0019]所述的陣列波導光柵采用奧康AWG型陣列波導光柵。
[0020]所述光纖親合器輸入端口連接的η條輸入光纖的波長不同。
[0021]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:η條輸入光纖中的波長信號經過光纖耦合器之后將輸入的所有波長信號發送到m條輸出光纖中，因此這m條輸出光纖包含相同的波長信號。根據波長信號對應的路由器目的輸出端口，控制系統控制微環諧振器陣列的開關，打開微環諧振器將相應的波長耦合進對應的陣列波導光柵輸入端口，隨后陣列波導光柵將波長信號發送至目的輸出端口。本發明利用光纖耦合器、微環諧振器以及陣列波導光柵組成的結構，替代了傳統基于陣列波導光柵的光路由器波長轉換及控制決策部分，從而避免了傳統基于陣列波導光柵的光路由器中提取分組標簽信息、進行光電轉換、決策處理、下發控制信息、調整波長轉換器等復雜過程，對于光分組交換，該過程的時間開銷巨大，是數據中心光交換機交換架構性能的瓶頸所在，因此本發明減少了交換時間，突破了對于光分組交換最為重要的時延瓶頸，提升了整個網絡的性能。光纖耦合器輸出端口連接的m條輸出光纖與陣列波導光柵輸入端口連接的m條輸入光纖交叉放置，二者之間互不接觸，光纖的交叉位置處設置具有不同耦合頻率的微環諧振器，微環諧振器與交叉位置的兩條光纖相互接觸，每一行每一列放置的微環諧振器都不存在相同的耦合頻率，以避免微環諧振器耦合的波長交換過程中，相同的波長被傳輸到陣列波導光柵輸入端口的同一根光纖中而產生沖突，并保證任意波長信號能夠到達陣列波導光柵的任意輸入端口。
[0022]進一步的，本發明在光纖親合器輸出端口連接的m條輸出光纖與陣列波導光柵輸入端口連接的m條輸入光纖交叉位置處設置寬帶微環諧振器，由于窄帶微環諧振器不能使波長信號經過光纖時路徑發生轉向，而寬帶微環諧振器具有多個諧震頻率，因此當寬帶微環諧振器打開之后，光纖中具有相同頻率的多個波長信號能夠同時被耦合入微環諧振器，并傳入另一根光纖，這樣能夠節省微環諧振器使用數量，并且提高路由器的集成度以及通信效率。
【附圖說明】
[0023]圖1數據中心光交換機結構示意圖；
[0024]圖2本發