專利名稱：無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構及其通信方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，更進一步涉及光片上網(wǎng)絡(Optical Network-on-Chip)通信技術領域中無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構及其通信方法。本發(fā)明的光片上網(wǎng)絡網(wǎng)絡結構可用于光片上網(wǎng)絡處理器核之間的光互連；通信方法可用于設置光片上網(wǎng)絡處理器核之間如何通信。
背景技術：
在光片上網(wǎng)絡中，因為存儲光信息比較困難，所以一般采用光電混合光片上網(wǎng)絡實現(xiàn)處理器核之間的通信，光電混合光片上網(wǎng)絡中一般使用無阻塞的光路由器結構，實現(xiàn)光信息在光路由器中的無阻塞傳輸，緩解光信息傳輸在網(wǎng)絡中的阻塞。西安電子科技大學提出的專利申請“基于區(qū)域的光電雙層片上網(wǎng)絡系統(tǒng)及路由算法(申請日2010年7月6日，申請?zhí)?01010220582. 6，公開號101917333A)中公開了一種光電雙層片上網(wǎng)絡結構及其路由算法，來緩解光片上網(wǎng)絡的阻塞問題。該方法的實施方式是當源處理器核和目的處理器核處于同一區(qū)域時，數(shù)據(jù)信息采用電分組交換方式通過電交叉開關在區(qū)域內部直接傳輸，源處理器核和目的處理器在不同區(qū)域時，數(shù)據(jù)信息采用電路交換方式傳輸，首先，數(shù)據(jù)信息傳輸前，電網(wǎng)絡發(fā)送電建鏈信息預約光鏈路，其次，數(shù)據(jù)信息通過8端口光路由器和16端口光路由器在區(qū)域之間傳輸，最后，拆除光鏈路。該方法的不足之處是從電控制網(wǎng)絡發(fā)送電建鏈信息預約光鏈路到光信息傳輸完畢的這段時間內， 其它處理器核盡管空閑，但是不能使用這段已被預約的光鏈路，網(wǎng)絡的資源利用率低，信息等待時延較長，加劇了網(wǎng)絡中的阻塞問題，從而進一步影響到光片上網(wǎng)絡的整體性能；網(wǎng)絡中使用的光路由器結構使用的微環(huán)諧振器和波導多，結構復雜，光信息在傳輸過程中消耗的能量比較大。Huaxi Gu^A^tJCM"^ Novel Optical Mesh Network-on-Chip for Gigascale Systems-on-Chip，，(the 9th of the biennial IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems, 2008)中提出一種適用于mesh光片上網(wǎng)絡的無阻塞光路由器結構， 以解決光路由器中的阻塞問題，并改進光路由器的性能。改進的無阻塞光路由器結構由12 個微環(huán)諧振器和6根光波導組成，可以實現(xiàn)光路由器在X-Y維序路由算法下不同輸入端口到不同輸出端口的無阻塞通信。該結構的不足之處是第一，光路由器整體結構中的波導交叉點多，結構復雜，光路由器的插入損耗比較大，致使光信息在傳輸過程中所消耗的能量比較大；第二，因為光路由器結構中使用單波長，所以，當有多個輸入端口同時競爭同一輸出端口時，只能實現(xiàn)一個輸入端口到一個輸出端口的通信，光路由器的帶寬低，通信時延大， 吞吐量?。坏谌?，mesh光片上網(wǎng)絡結構由于路徑多樣性不佳，缺乏一定的自適應性，網(wǎng)絡中容易出現(xiàn)阻塞。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構及其通信方法，以解決光片上網(wǎng)絡中的阻塞問題，實現(xiàn)網(wǎng)絡中處理器核之間的無阻塞通信， 降低通信時延，提高網(wǎng)絡的吞吐量。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構，包括64個處理器核和64個光路由器，64個光路由器按照從左至右，從下至上的方式均勻規(guī)則排布，組成一個8X8的光路由器網(wǎng)絡；在光路由器網(wǎng)絡中，以左下角光路由器為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標系；每個光路由器經(jīng)光電接口分別與一個處理器核相連；位于8X8光路由器網(wǎng)絡四個角的光路由器分別與其相鄰的二個光路由器相連；位于網(wǎng)絡邊緣的其它光路由器分別與其相鄰的三個光路由器相連；光路由器網(wǎng)絡中的其它光路由器與其相鄰的四個光路由器相連；光路由器由四個交叉波導微環(huán)諧振器1X2光基本交叉開關、八組微環(huán)調制器、八組微環(huán)濾波器和十一根波導組成；光基本交叉開關用于將從不同端口輸入的WDM(WaVe Length Division Multiplexing光波分復用)多波長信號分別輸出到不同端口 ；微環(huán)調制器用于將處理器核的信息調制到相應波長上；微環(huán)濾波器用于接收相應波長的光信息；波導用于傳輸光信息；光路由器設有四組端口 上端口組、下端口組、左端口組和右端口組；左端口組和右端口組中均設置一個輸入和一個輸出端口，左端口組通過兩根波導與右端口組相連；上端口組和下端口組中均設置八個輸入和輸出端口，下端口組設置的輸入端口數(shù)與光路由器Y維坐標的數(shù)值相等，光路由器Y維坐標的數(shù)值與光路由器在光路由器網(wǎng)絡中所處行的位置相對應，上端口組的輸出端口比下端口組的輸入端口多設置一個，上端口組通過九根波導與下端口組相連；光路由器網(wǎng)絡每一行設置結構布局相同的光路由器，每一行光路由器的右端口組通過兩根波導與位于其右方相鄰光路由器的左端口組相連；每一列設置結構布局不同的光路由器，每一列光路由器的上端口組通過八根波導與位于其上方相鄰光路由器的下端口組相連。利用上述光片上網(wǎng)絡結構，本發(fā)明的通信方法的具體步驟如下(1)建立坐標系la)在光路由器網(wǎng)絡中，以左下角光路由器為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標系；lb)在處理器核網(wǎng)絡中，以左下角處理器核為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標系；⑵確定參數(shù)2a)確定源處理器核的坐標從處理器核網(wǎng)絡的二維坐標系中選取源處理器核的坐標 0(S，YS)，其中，0O(s，Ys<7;2b)確定目的處理器核的坐標從處理器核網(wǎng)絡的二維坐標系中選取目的處理器核的坐標(XD, Yd)，其中，0彡XD，Yd彡7 ；2c)確定源處理器核發(fā)送信息使用的波長若Yd = Ys且)(D > &，則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長λ工；若Yd = Ys且)(D < Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入2 ；若)(D = &且Yd < Ys,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入3 ；若)(D = &且Yd > Ys,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入4 ；
6
若Yd > Ys且\ > Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入5 ；若Yd > Ys且\ < Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入6 ；若Yd < Ys且\ > Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入7 ；若Yd < Ys且\ < Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入8 ；(3)發(fā)送光信息光路由器通過與之對應的微環(huán)調制器將源處理器核發(fā)送的信息調制到λ i上，其中，1彡i彡8，發(fā)送光信息；(4)傳輸光信息4a)波長為λ i的光信息在光路由器(Xs，Ys)中直線傳輸；4b)判斷光信息使用的波長如果波長為λ” λ2、λ 4，執(zhí)行步驟(5)；如果波長為λ 5、λ 6、λ 7禾口 λ 8，執(zhí)行步驟4c)；4c)判斷波長為λ 5、λ 6、λ 7和λ 8的光信息是否到達光路由器(\，Ys)如果尚未到達光路由器(XD，YS)，執(zhí)行步驟4d)；如果到達光路由器(XD，YS)，執(zhí)行步驟4e)；4d)波長為λ 5、λ 6、λ 7和λ 8的光信息繼續(xù)沿X維方向傳輸?shù)脚c之相鄰光路由器，執(zhí)行步驟4c)；4e)波長為λ 5、λ 6、λ 7禾日λ 8的光信息在光路由器(XD，Ys)中轉向傳輸?shù)脚c之相鄰的光路由器，執(zhí)行步驟(5)；4f)波長為λ i的光信息在光路由器中直線傳輸?shù)脚c之相鄰光路由器，執(zhí)行步驟 (5)；(5)判斷光信息是否到達目的光路由器(XD，Yd)5a)若光信息尚未到達目的光路由器0(D，YD)，執(zhí)行步驟4f)；5b)若光信息到達目的光路由器(XD，Yd)，執(zhí)行步驟(6)；(6)接收光信息6a)目的光路由器(XD，YD)通過與之對應的微環(huán)濾波器將光信息λ ,接收下來，形成為光子流，其中，1彡i彡8;6b)探測器將光子流轉化為電流；6c)目的處理器核接收信息，通信過程完成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點第一，由于本發(fā)明采用新的光片上網(wǎng)絡結構、光路由器結構、通信方法以及WDM多波長技術，光片上網(wǎng)絡中一個源處理器核可以使用多個波長分別與多個目的處理器核同時通信，一個目的處理器核可以同時接收來自不同源處理器核的光信息，克服了現(xiàn)有系統(tǒng)中從電控制網(wǎng)絡預約光鏈路到光信息傳輸完畢的這段時間，其它處理器核盡管空閑，但不能使用這段已被預約的光鏈路，網(wǎng)絡資源利用率低、信息等待時延較大、吞吐量低、網(wǎng)絡阻塞的問題，使得本發(fā)明具有網(wǎng)絡資源利用率高、信息等待時延小、吞吐量大以及網(wǎng)絡無阻塞的優(yōu)點。第二，由于本發(fā)明采用新的網(wǎng)絡結構，光路由器結構以及通信方法，克服了現(xiàn)有 mesh光片上網(wǎng)絡結構由于路徑多樣性不佳，缺乏一定的自適應性，網(wǎng)絡中容易出現(xiàn)阻塞的問題，使得本發(fā)明具有光片上網(wǎng)絡處理器核之間網(wǎng)絡級通信無阻塞的優(yōu)點。第三，由于本發(fā)明采用的光路由器使用不同諧振頻率的光基本交叉開關實現(xiàn)信息的無阻塞傳輸，克服了現(xiàn)有光路由器結構使用微環(huán)諧振器和波導數(shù)目多，波導交叉點多，結構復雜，插入損耗比較大，光信息在傳輸過程中消耗能量比較大的問題，使得本發(fā)明具有光路由器的微環(huán)諧振器和波導數(shù)目少，波導交叉點少，結構簡單，插入損耗小以及光信息在傳輸過程中消耗能量比較小的優(yōu)點。第四，由于本發(fā)明采用不同諧振頻率的光基本交叉開關組成光路由器，網(wǎng)絡中通信時使用WDM多波長技術，光路由器不同端口輸入的光信息可以同時輸出到同一端口，同一端口輸入的不同波長光信息可以同時輸出到不同端口，克服了現(xiàn)有光路由器中不同端口輸入的光信息無法同時輸出到同一端口，光路由器的帶寬低，吞吐量小的問題，使得本發(fā)明具有光路由器的帶寬高以及吞吐量大的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明光片上網(wǎng)絡結構示意圖；圖2為本發(fā)明光片上網(wǎng)絡中光路由器網(wǎng)絡結構示意圖；圖3為本發(fā)明光路由器中光基本交叉開關工作原理示意圖；圖4為本發(fā)明光片上網(wǎng)絡中光路由器結構布局示意圖；圖5為本發(fā)明通信方法流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步描述。參照附圖1，本發(fā)明無阻塞的光片上網(wǎng)絡包括64個處理器核101和64個光路由器 102。其中，64個處理器核101在電層上，其按照從左至右，從下至上的方式均勻規(guī)則排布， 組成一個8X8的處理器核網(wǎng)絡，位于8X8處理器核網(wǎng)絡四個角的處理器核分別與其相鄰的二個處理器核相連，位于網(wǎng)絡邊緣的其它處理器核分別與其相鄰的三個處理器核，處理器核網(wǎng)絡中的其它處理器核與其相鄰的四個處理器核相連；64個光路由器102在光層上， 其按照從左至右，從下至上的方式均勻規(guī)則排布，組成一個8X8的光路由器網(wǎng)絡；光片上網(wǎng)絡中每個光路由器經(jīng)光電接口分別與一個處理器核相連。參照附圖2，本發(fā)明的光路由器網(wǎng)絡，以左下角光路由器為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標系；每個光路由器經(jīng)光電接口分別與一個處理器核相連；位于8X8光路由器網(wǎng)絡四個角的光路由器分別與其相鄰的二個光路由器相連；位于網(wǎng)絡邊緣的其它光路由器分別與其相鄰的三個光路由器相連；光路由器網(wǎng)絡中的其它光路由器與其相鄰的四個光路由器相連；光路由器設有四組端口 上端口組、下端口組、左端口組和右端口組，光路由器網(wǎng)絡中每一行光路由器的右端口組通過兩根波導與位于其右方相鄰光路由器的左端口組相連；每一列光路由器的上端口組通過八根波導與位于其上方相鄰光路由器的下端口組相連。在X維方向，光路由器(i，j)通過兩根波導巧和巧f+說貼與光路由器(i+1， j)相連，其中，0 ^1^6,0^ J^ 7，波導表達式的上標表示波導所處維度的方向，波導表達式下標的兩個坐標分別表示的輸入信息光路由器的坐標和輸出信息光路由器的坐標。例如編號為巧j)的波導表示其位于X維方向，連接的是光路由器(i，j)和光路由器(i + 1， j)，光信息從光路由器(i，j)輸入到波導，之后到達光路由器(i+1，j)。在Y維方向，光路由器(i，j)通過八根波導與光路由器(i，j+1)相連，不同通信方向波導的編號分別表示為^Lu+丨)和^ +1)，(υ)，其中，0 ^1^7,0^ j
0彡m彡j，j彡η彡Dim-2, Dim表示光片上網(wǎng)絡每一列處理器核的數(shù)目，W上標Ym* Yn中的Y表示波導所處維度的方向，m和η分別表示Y維度不同通信方向波導的序號， W下標的兩個地址分別表示輸入信息光路由器的坐標和輸出信息光路由器的坐標。例
如編號為贈)，(咖、校)，(刷…巧),(咖，巧+哪)、K^(M)…丐故‘)的波導表示其
位于γ維方向，連接的是光路由器(i，j+D和光路由器(i，j+i)，其中，編號為^ILm、 的波導傳輸從光路由器(i，J)到光路由器(i，j+1)的光信息；編號為
^5+υ,( )、^iWj)…WJkki)的波導傳輸從光路由器“，J·+1)到光路由器(U)的光信息。具體舉例說明位于光路由器網(wǎng)絡中心位置四個光路由器之間的連接方式，以及各個光路由器的結構根據(jù)光路由器網(wǎng)絡坐標系，四個光路由器分別為光路由器(3，3)、光路由器(4，
3)、光路由器(3，4)和光路由器(4，4)；其中，光路由器(3，3)和光路由器(4，3)位于同一行，光路由器(3，4)和光路由器(4，4)位于同一行；光路由器(3，3)和光路由器(3，4)位于同一列，光路由器(4，3)和光路由器(4，4)位于同一列。在X維方向，光路由器(3，3)通過波導巧 3)，(4,3)和波導巧 3),α3)與光路由器(4，3)相連，其中，波導巧i3W4,3)負責傳輸從光路由器(3，3)到光路由器G，3)的光信息，波導％ 3),(3,3) 負責傳輸從光路由器(4，3)到光路由器(3，3)的光信息；光路由器(3，4)和光路由器(4，
4)通過波導『(“,(4,4)和波導巧(4),(3,4)相連，其中，波導巧 4),(4,4)負責傳輸從光路由器(3，4)到光路由器(4，4)的光信息，波導巧 4)，(3,4)負責傳輸從光路由器(4，4)到光路由器(3，4)的光 fn息ο在Y維方向，光路由器(3，3)和光路由器(3，4)通過波導巧&，(3,4)、妒么似的、
^3),(3,4) ^ ^^3),(3,4) ^ ^34),(3,3) > ^^4),(3,3) > 咬佩3)和槍4),(3,3)相連。其中，波導咬3),(3,4)傳輸源
處理器核和目的處理器核位于同一列的光信息或者在光路由器(3，0)處發(fā)生轉向，之后沿 Y維方向，經(jīng)光路由器(3，3)傳輸?shù)焦饴酚善?3，4)的光信息；波導》^3w3,4)傳輸在光路由器 (3,1)處發(fā)生轉向，之后沿Y維方向，經(jīng)過光路由器(3，3)傳輸?shù)焦饴酚善?3，4)的光信息； 波導^i3w3,4)傳輸在光路由器(3，2)處發(fā)生轉向，之后沿Y維方向，經(jīng)過光路由器(3，3)傳輸?shù)焦饴酚善?3，4)的光信息；波導巧〖丨3),(3,4>傳輸在光路由器(3，3)處發(fā)生轉向，之后沿Y維方向，傳輸?shù)焦饴酚善?3，4)的光信息；波導巧〖丨4>,(3,3)傳輸在光路由器(3，4)處發(fā)生轉向，之后沿Y維方向，傳輸?shù)焦饴酚善?3，；3)的光信息；波導巧^,(3,3>在光路由器(3，幻處發(fā)生轉向，之后沿Y維方向，經(jīng)過光路由器(3，4)傳輸?shù)焦饴酚善?3，3)的光信息；波導巧3\(3,3)在光路由器(3，6)處發(fā)生轉向，之后沿Y維方向，經(jīng)過光路由器(3，4)傳輸?shù)焦饴酚善?3，3) 的光信息；波導丐^，㈨)在光路由器(3，7)處發(fā)生轉向，之后沿Y維方向，經(jīng)過光路由器(3， 4)傳輸?shù)焦饴酚善?3,3)的光信息。
光路由器(4，3)和光路由器(4，4)的連接方式與光路由器(3，3)和光路由器(3， 4)的連接方式類似。參照附圖3，光路由器中使用的交叉波導微環(huán)諧振器1X2光基本交叉開關，包括一個301微環(huán)諧振器和兩根302光波導，其中，兩根302波導形成十字交叉，301微環(huán)諧振器設于波導交叉處，兩根302波導共有4個端口，位于X維方向上的端口為端口 1和端口 2，位于Y維方向上的端口為端口 3和端口 4，微環(huán)諧振器的諧振波長，如λ，由材料和結構特性特定決定。微環(huán)諧振器的諧振波長一般可以通過兩種方式來改變一種是通過給微環(huán)諧振器的ρ-η結加載電壓，微環(huán)諧振器腔內部的電子空穴對的濃度隨電壓的改變而發(fā)生變化，微環(huán)諧振器的有效折射率發(fā)生改變，進而諧振波長改變；另一種方法是通過給微環(huán)諧振器加熱，微環(huán)諧振器的有效折射率隨著溫度的升高發(fā)生變化，諧振波長也隨之改變。參照附圖3(a)，微環(huán)諧振器的諧振波長為;I1res，當光信息λ i從端口 1輸入，如果對于任意輸入光信號Xi，諧振波長;I1res和其都不相同，即對于任意i，l < i < 8，都有 A1本；I1res，則光信息λ i都不受影響地繼續(xù)在波導中傳輸，并從端口 2輸出。微環(huán)諧振器的這種狀態(tài)定義為“關閉”狀態(tài)。參照附圖3 (b)，通過給微環(huán)諧振器的ρ-η結加載電壓，改變微環(huán)諧振器的諧振波長，使其為義2res，當光信息Xi從端口 ι輸入，如果輸入光信號的波長和諧振波長;^相同，即 ；L1 = A2res，則光信息λ ^皮耦合進微環(huán)諧振器，光信息XiW傳輸方向轉變90度，并從端口 4 輸出，微環(huán)諧振器的這種狀態(tài)定義為“打開”狀態(tài)。參照圖3(c)，微環(huán)諧振器的諧振波長為;I2res，當光信息λ i從端口 1輸入，如果輸入光信號的波長和諧振波長;I2res不同，即Λ ，則光信息λ i不受影響地繼續(xù)在波導中傳輸，并從端口 2輸出。微環(huán)諧振器的諧振波長不同分別對應不同的狀態(tài)，從而實現(xiàn)交叉波導微環(huán)諧振器的1X2的開關功能。參照附圖4，光路由器由四個交叉波導微環(huán)諧振器1 X 2光基本交叉開關401、八組微環(huán)調制器402、八組微環(huán)濾波器403和十一根波導404組成；光基本交叉開關包括兩根波導和一個微環(huán)諧振器，兩根波導十字交叉放置，微環(huán)諧振器設于波導交叉處，其諧振頻率任選自由頻譜范圍4THz中的四個，光基本交叉開關401標記為&，其中，5彡s彡8，表示光基本交叉開關中微環(huán)諧振器諧振波長的編號，四個光基本交叉開關用于將從不同端口輸入的 WDM多波長信號分別輸出到不同端口 ；微環(huán)調制器的調制頻率任選自由頻譜范圍中的八個，其中，后四個與光基本交叉開關中微環(huán)諧振器的諧振頻率相對應，微環(huán)調制器402標記為M^11，其中，1彡m彡8，表示各個微環(huán)調制器調制波長的編號，微環(huán)調制器用于將處理器核的信息調制到相應波長上；微環(huán)濾波器的濾波頻率任選自由頻譜范圍中的八個，微環(huán)濾波器的濾波頻率與微環(huán)調制器的調制頻率相對應，微環(huán)濾波器403標記為，其中，1 < d < 8，表示微環(huán)濾波器濾出光信息波長的編號，k表示波長為Xd微環(huán)濾波器的編號，微環(huán)濾波器用于接收相應波長的光信息；八組微環(huán)濾波器中，前四組的每一組均設一個微環(huán)濾波器，第五組和第六組的每一組設有的微環(huán)濾波器的個數(shù)依據(jù)光路由器下端口組輸入端口的個數(shù)確定，第七組和第八組的每一組設有的微環(huán)濾波器個數(shù)依據(jù)光路由器上端口組輸入端口的個數(shù)確定；十一根波導中兩根波導位于坐標系X方向，九根波導位于坐標系Y方向，波導用于傳輸光信息；光路由器設有四組端口 上端口組、下端口組、左端口組和右端口組；左端口組和右端口組中均設置一個輸入和一個輸出端口，左端口組通過兩根波導與右端口組相連；上端口組和下端口組中均設置八個輸入和輸出端口，下端口組設置的輸入端口數(shù)與光路由器 Y維坐標的數(shù)值相等，光路由器Y維坐標的數(shù)值與光路由器在光路由器網(wǎng)絡中所處行的位置相對應，上端口組的輸出端口比下端口組的輸入端口多設置一個，上端口組通過九根波導與下端口組相連；光路由器網(wǎng)絡每一行設置結構布局相同的光路由器，每一列設置結構布局不同的光路由器，光路由器結構布局的規(guī)則是光路由器(i，j)在Y維方向有編號分別為
巧!kj+1)、^lkj+丨)···巧!Li，沖、wSiUU-, >贈),(U-I)S。丨)的九根波導，其中，編號為編號為Kik洲、^kj+丨)… <〗ww)的波導用于連接光路由器(i，j)和光路由器α， ^ +…編號為巧釔…)、巧！^，卯…^訟^的波導用于連接光路由器(i，j)和光路由器 (i，j-1)；光路由器(i，j)在X維方向上有編號為和Mi^1,”的波導，其中，編號為 ^i),(HU)用于連接光路由器(i，j)和(i+1，j)，編號為的波導用于連接光路由器(i， j)和光路由器(i_l，j)。在波導巧!Li,j+1)處有調制波長為λ 4的微環(huán)調制器Μ々以及濾波波長分別為λ 4、λ 5 和入6的微環(huán)濾波器G〗4，，其中，微環(huán)調制器負責將與光路由器(i，j)相對應的處理器核的一部分光信息調制到光波長λ 4上，并注入到光路由器網(wǎng)絡中；微環(huán)濾波器 Dl4, ￡) ^ 分別負責將目的地址是與光路由器相對應的處理器核，調制在波長λ4、λ5 和λ 6的光信息接收下來，傳送給處理器核。在波導RlLwi)…巧！^，㈣處有濾波波長分別為λ 5和λ 6的微環(huán)濾波器^^和
…餌‘和餌1。微環(huán)濾波器巧和·^ ". 1分別負責將目的地址是與光路由器相對應的處理器核，調制在波長入5和λ 6的光信息接收下來，傳送給處理器核。不同波導處分別放置波長入5和λ6的濾波器可以實現(xiàn)光路由器同時接收來自不同源處理器核的光信息， 實現(xiàn)網(wǎng)絡中的無競爭通信，提高網(wǎng)絡吞吐量。在波導fF^(i，j+1)和波導『(；1(;+1』交叉處有諧振波長為λ 5的微環(huán)諧振器，形成光基本交叉開關^5，通過改變光基本交叉開關\中微環(huán)諧振器的開關狀態(tài)可以控制波長為入5 的光信息的傳輸方向，但是對于其它波長的光信息沒有影響。在波導巧|i)>(i,j+1)和波導巧交叉處有諧振波長為λ 6的微環(huán)諧振器，形成光基本交叉開關，通過改變光基本交叉開關^6中微環(huán)諧振器的開關狀態(tài)可以控制波長為λ 6的光信息的傳輸方向，但是對于其它波長的光信息沒有影響。在波導^&力+⑶處有濾波波長為λ工的微環(huán)濾波器與調制波長分別為λ 7、λ 5和 A1的微環(huán)調制器#々、其中，微環(huán)濾波器Dg負責將目的地址是與光路由器相對應的處理器核，調制在波長λ工的光信息接收下來，傳送給處理器核；微環(huán)調制器MA、 和^^則分別負責將與光路由器(i，j)相對應的處理器核的一部分光信息分別調制到光波長λ7、入5和X1上，并注入到光路由器網(wǎng)絡中。在波導巧;Ifrl,處有調制波長分別為λ 2、λ 6和λ 8的微環(huán)調制器、M々和M々與濾波波長為λ2的微環(huán)濾波器/ ，其中，微環(huán)調制器Μ々、和Μ々分別負責將與光路由器(i，j)相對應的處理器核的一部分光信息分別調制到光波長λ2、λ6* λ 8上，并注入到光路由器網(wǎng)絡中；微環(huán)濾波器則負責將目的地址是與光路由器相對應的處理器核，調制在波長λ 2的光信息接收下來，傳送給處理器核。在波導巧;^i+1,j)和波導巧Ii^j+交叉處有諧振波長為λ 7的微環(huán)諧振器，形成光基本交叉開關^7，通過改變光基本交叉開關^7中微環(huán)諧振器的開關狀態(tài)可以控制波長為λ 7的光信息的傳輸方向，但是對于其它波長的光信息沒有影響。 在波導巧；和波導^hiM交叉處有諧振波長為λ 8的微環(huán)諧振器，形成光基本交叉開關&，通過改變光基本交叉開關中微環(huán)諧振器的開關狀態(tài)可以控制波長為λ 8的光信息的傳輸方向，但是對于其它波長的光信息沒有影響。在波導MliwuJ…巧^^⑷處有濾波波長為λ 7和λ 8的微環(huán)濾波器和 D\…、ΡΖ^_，微環(huán)濾波器巧和代…分別負責將目的地址是與光路由器相對應的處理器核，調制在波長入7和λ 8的光信息接收下來，傳送給處理器核。不同波導處分別放置波長入7和λ8的濾波器可以實現(xiàn)光路由器同時接收來自不同源處理器核的光信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡中的無競爭通信，提高網(wǎng)絡吞吐量。在波導巧^^處有濾波波長為λ 3、λ 7和λ 8的微環(huán)濾波器、
和調制波長為λ 3的微環(huán)調制器M々，其中，微環(huán)濾波器Z^、分別負責將目的地址是與光路由器相對應的處理器核，調制在波長λ3、入7和λ 8的光信息接收下來，傳送給處理器核；微環(huán)調制器mA3負責將與光路由器(i，j)相對應的處理器核的一部分光信息調制到光波長λ 3上，并注入到光路由器網(wǎng)絡中。圖中顯示的是光路由器(3，j)的結構示意圖，其中，1彡j彡6。參照附圖5，無阻塞的光片上網(wǎng)絡通信方法包括以下步驟(1)建立坐標系la)在光路由器網(wǎng)絡中，以左下角光路由器為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標系；lb)在處理器核網(wǎng)絡中，以左下角處理器核為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標系；(2)確定參數(shù)2a)確定源處理器核的坐標從處理器核網(wǎng)絡的二維坐標系中選取源處理器核的坐標 0(S，YS)，其中，0O(s，Ys<7;2b)確定目的處理器核的坐標從處理器核網(wǎng)絡的二維坐標系中選取目的處理器核的坐標(XD, Yd)，其中，0彡XD，Yd彡7 ；2c)確定源處理器核發(fā)送信息使用的波長若Yd = Ys且)(D > Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入工；若Yd = Ys且)(D < Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入2 ；
若)(D = &且Yd < Ys,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入3 ；若)(D = &且Yd > Ys,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入4 ；若Yd > Ys且\ > Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入5 ；若Yd > Ys且\ < Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入6 ；若Yd < Ys且\ > Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入7 ；若Yd < Ys且\ < Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入8 ；(3)發(fā)送光信息光路由器通過與之對應的微環(huán)調制器將源處理器核發(fā)送的信息調制到λ i上，其中，1彡i彡8，發(fā)送光信息；(4)傳輸光信息4a)波長為λ i的光信息在光路由器0(s，Ys)中直線傳輸波長為λ ρ λ 2、λ 5、λ 6、 入7和λ 8的光信息沿X維方向直線傳輸?shù)脚c之相鄰的光路由器；波長為入3和λ4的光信息沿Y維方向直線傳輸?shù)脚c之相鄰的光路由器；4b)判斷光信息使用的波長如果波長為λ” λ2、λ 4，執(zhí)行步驟(5)；如果波長為λ 5、λ 6、λ 7禾口 λ 8，執(zhí)行步驟4c)；4c)判斷波長為λ5、λ6、λ7* λ 8的光信息是否到達光路由器()(D，YS)如果尚未到達光路由器(XD，YS)，執(zhí)行步驟4d)；如果到達光路由器(XD，YS)，執(zhí)行步驟4e)；4d)波長為λ 5、λ 6、λ 7和λ 8的光信息繼續(xù)沿X維方向傳輸?shù)脚c之相鄰光路由器，執(zhí)行步驟4c)；4e)波長為λ 5、λ 6、λ 7禾日λ 8的光信息在光路由器(XD，Ys)中轉向傳輸?shù)脚c之相鄰的光路由器，執(zhí)行步驟(5)；波長為λ5的光信息在光路由器0(D，YS)中從X維正方向轉向Y維正方向，沿Y維正方向直線傳輸?shù)较噜徆饴酚善?；波長為λ6的光信息在光路由器0(D，YS)中從χ維負方向轉向Y維正方向，沿Y維正方向直線傳輸?shù)较噜徆饴酚善?；波長為λ7的光信息在光路由器 (XD, Ys)中從X維正方向轉向Y維負方向，沿Y維負方向直線傳輸?shù)较噜徆饴酚善?；波長為入8的光信息在光路由器0(D，YS)中從X維負方向轉向Y維負方向，沿Y維負方向直線傳輸?shù)较噜徆饴酚善鳎?f)波長為λ i的光信息在光路由器中直線傳輸?shù)脚c之相鄰光路由器，執(zhí)行步驟 (5)；波長為入工和λ 2的光信息繼續(xù)沿X維方向傳輸?shù)脚c之相鄰的光路由器；波長為 λ 3、λ 4、λ 5、λ 6、λ 7和λ 8的光信息繼續(xù)沿Y維方向直線傳輸?shù)脚c之相鄰光路由器；(5)判斷光信息是否到達目的光路由器(XD，Yd)5a)若光信息尚未到達目的光路由器0(D，YD)，執(zhí)行步驟4f)；5b)若光信息到達目的光路由器(XD，Yd)，執(zhí)行步驟(6)；(6)接收光信息6a)目的光路由器(\，Yd)通過與之對應的微環(huán)濾波器將光信息λ ,接收下來，形成為光子流，其中，1彡i彡8;6b)探測器將光子流轉化為電流；6c)目的處理器核接收信息，通信過程完成。
1權利要求
1.一種無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構，包括64個處理器核和64個光路由器，64個光路由器按照從左至右，從下至上的方式均勻規(guī)則排布，組成一個8X8的光路由器網(wǎng)絡；在光路由器網(wǎng)絡中，以左下角光路由器為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標系；所述每個光路由器經(jīng)光電接口分別與一個處理器核相連；位于8X8光路由器網(wǎng)絡四個角的光路由器分別與其相鄰的二個光路由器相連；位于網(wǎng)絡邊緣的其它光路由器分別與其相鄰的三個光路由器相連；光路由器網(wǎng)絡中的其它光路由器與其相鄰的四個光路由器相連；所述光路由器由四個交叉波導微環(huán)諧振器1X2光基本交叉開關、八組微環(huán)調制器、八組微環(huán)濾波器和十一根波導組成；光基本交叉開關用于將從不同端口輸入的WDM多波長信號分別輸出到不同端口 ；微環(huán)調制器用于將處理器核的信息調制到相應波長上；微環(huán)濾波器用于接收相應波長的光信息；波導用于傳輸光信息；所述光路由器設有四組端口 上端口組、下端口組、左端口組和右端口組 ’左端口組和右端口組中均設置一個輸入和一個輸出端口，左端口組通過兩根波導與右端口組相連；上端口組和下端口組中均設置八個輸入和輸出端口，下端口組設置的輸入端口數(shù)與光路由器Y維坐標的數(shù)值相等，光路由器Y維坐標的數(shù)值與光路由器在光路由器網(wǎng)絡中所處行的位置相對應，上端口組的輸出端口比下端口組的輸入端口多設置一個，上端口組通過九根波導與下端口組相連；所述光路由器網(wǎng)絡每一行設置結構布局相同的光路由器，每一行光路由器的右端口組通過兩根波導與位于其右方相鄰光路由器的左端口組相連；每一列設置結構布局不同的光路由器，每一列光路由器的上端口組通過八根波導與位于其上方相鄰光路由器的下端口組相連。
2.根據(jù)權利要求1所述無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構，其特征在于，所述光基本交叉開關包括兩根波導和一個微環(huán)諧振器，兩根波導十字交叉放置，微環(huán)諧振器設于波導交叉處，其諧振頻率任選自由頻譜范圍4THz中的四個。
3.根據(jù)權利要求1所述無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構，其特征在于，所述微環(huán)調制器的調制頻率任選自由頻譜范圍中的八個，其中，后四個與光基本交叉開關中微環(huán)諧振器的諧振頻率相對應。
4.根據(jù)權利要求1所述無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構，其特征在于，所述微環(huán)濾波器的濾波頻率任選自由頻譜范圍中的八個，微環(huán)濾波器的濾波頻率與微環(huán)調制器的調制頻率相對應。
5.根據(jù)權利要求1所述無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構，其特征在于，所述八組微環(huán)濾波器中，前四組的每一組均設一個微環(huán)濾波器，第五組和第六組的每一組設有的微環(huán)濾波器的個數(shù)依據(jù)光路由器下端口組輸入端口的個數(shù)確定，第七組和第八組的每一組設有的微環(huán)濾波器個數(shù)依據(jù)光路由器上端口組輸入端口的個數(shù)確定。
6.根據(jù)權利要求1所述無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構，其特征在于，所述十一根波導中兩根波導位于坐標系X方向，九根波導位于坐標系Y方向。
7.一種無阻塞的光片上網(wǎng)絡通信方法，包括如下步驟(1)建立坐標系la)在光路由器網(wǎng)絡中，以左下角光路由器為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標系；lb)在處理器核網(wǎng)絡中，以左下角處理器核為原點，水平向右為X維正方向，豎直向上為Y維正方向，建立二維坐標系；(2)確定參數(shù)2a)確定源處理器核的坐標從處理器核網(wǎng)絡的二維坐標系中選取源處理器核的坐標 (^)，其中，0彡知1彡7;2b)確定目的處理器核的坐標從處理器核網(wǎng)絡的二維坐標系中選取目的處理器核的坐標 0(1)，￥1))，其中，0彡\，￥1)彡7;2c)確定源處理器核發(fā)送信息使用的波長若Yd = Ys且\ > Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入工； 若Yd = Ys且\ < Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入2 ； 若\ = &且Yd < Ys,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入3 ； 若\ = &且Yd > Ys,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入4 ； 若Yd > Ys且\ > Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入5 ； 若Yd > Ys且\ < Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入6 ； 若Yd < Ys且\ > Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入7 ； 若Yd < Ys且\ < Xs,則源處理器核向目的處理器核發(fā)送信息使用波長入8 ；(3)發(fā)送光信息光路由器通過與之對應的微環(huán)調制器將源處理器核發(fā)送的信息調制到Ai上，其中， 1彡i彡8，發(fā)送光信息；(4)傳輸光信息4a)波長為λ i的光信息在光路由器(Xs，Ys)中直線傳輸；4b)判斷光信息使用的波長如果波長為λ” λ2、入3和λ 4，執(zhí)行步驟(5)；如果波長為λ5、λ6、人7和λ 8，執(zhí)行步驟如)；4c)判斷波長為λ5、λ6、λ7* λ 8的光信息是否到達光路由器()(D，YS)如果尚未到達光路由器(XD，YS)，執(zhí)行步驟4d)；如果到達光路由器(XD，YS)，執(zhí)行步驟4e)；4d)波長為λ5、λ6、λ 8的光信息繼續(xù)沿X維方向傳輸?shù)脚c之相鄰光路由器，執(zhí)行步驟4c)；4e)波長為λ5、λ6、人7和λ 8的光信息在光路由器()(D，YS)中轉向傳輸?shù)脚c之相鄰的光路由器，執(zhí)行步驟(5)；4f)波長為Xi的光信息在光路由器中直線傳輸?shù)脚c之相鄰光路由器，執(zhí)行步驟(5)；(5)判斷光信息是否到達目的光路由器0(D，YD)5a)若光信息尚未到達目的光路由器0(D，YD)，執(zhí)行步驟4f)； 5b)若光信息到達目的光路由器(\，Yd)，執(zhí)行步驟(6)；(6)接收光信息6a)目的光路由器0(D，YD)通過與之對應的微環(huán)濾波器將光信息Xi接收下來，形成為光子流，其中，1彡i彡8;6b)探測器將光子流轉化為電流；6c)目的處理器核接收信息，通信過程完成。
8.根據(jù)權利要求7所述無阻塞的光片上網(wǎng)絡通信方法，其特征在于，所述步驟4a)中波長為λ i的光信息按照以下規(guī)則傳輸波長為λ ρ λ 2、λ 5、λ 6、λ 7禾日λ 8的光信息沿X維方向直線傳輸?shù)脚c之相鄰的光路由器；波長為入3和λ 4的光信息沿Y維方向直線傳輸?shù)脚c之相鄰的光路由器。
9.根據(jù)權利要求7所述無阻塞的光片上網(wǎng)絡通信方法，其特征在于，所述步驟4e)中波長為λ 5、λ 6、λ 7和λ 8的光信息按照以下規(guī)則傳輸波長為λ 5的光信息在光路由器(XD， Ys)中從X維正方向轉向Y維正方向，沿Y維正方向直線傳輸?shù)较噜徆饴酚善?；波長為λ6 的光信息在光路由器0(D，YS)中從X維負方向轉向Y維正方向，沿Y維正方向直線傳輸?shù)较噜徆饴酚善?；波長為X1的光信息在光路由器0(D，Ys)中從χ維正方向轉向Y維負方向，沿 Y維負方向直線傳輸?shù)较噜徆饴酚善鳎徊ㄩL為λ 8的光信息在光路由器0(D，YS)中從χ維負方向轉向Y維負方向，沿Y維負方向直線傳輸?shù)较噜徆饴酚善鳌?br> 10.根據(jù)權利要求7所述無阻塞的光片上網(wǎng)絡通信方法，其特征在于，所述步驟4f)中波長為λ i的光信息按照以下規(guī)則傳輸波長為λ i和λ 2的光信息繼續(xù)沿X維方向傳輸?shù)脚c之相鄰的光路由器；波長為λ 3、λ 4、λ 5、λ 6、λ 7和λ 8的光信息繼續(xù)沿Y維方向直線傳輸?shù)脚c之相鄰光路由器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無阻塞的光片上網(wǎng)絡結構及其通信方法，主要解決現(xiàn)有光片上網(wǎng)絡中信息等待時延大、網(wǎng)絡有阻塞的問題。其網(wǎng)絡結構包括64個處理器核和64個光路由器，網(wǎng)絡中采用新的無阻塞光路由器，光路由器之間通過全新的方式互連形成光路由器網(wǎng)絡。其通信步驟包括(1)建立坐標系；(2)確定參數(shù)源處理器核坐標、目的處理器核坐標以及發(fā)送光信息所使用的波長；(3)發(fā)送光信息；(4)在光路由器網(wǎng)絡中傳輸光信息；(5)判斷光信息是否到達目的光路由器；(6)接收光信息。本發(fā)明具有通信時延小、網(wǎng)絡無阻塞、吞吐量大的優(yōu)點，適用于光片上網(wǎng)絡處理器核之間的互連和通信。
文檔編號H04L12/56GK102361467SQ20111020761
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權日2011年7月22日
發(fā)明者余曉杉, 岳鵬, 楊銀堂, 白露瑩, 顧華璽 申請人:西安電子科技大學