一种超高速光包交换网的光包压缩和解压缩方法及其系统.pdf

本发明涉及一种超高速光包交换网的光包压缩和解压缩方法及其系统，该光包的压缩方法包括以下步骤：1)将电域的IP数据包进行分割；2)将分割后的IP数据包调制成光信号；3)将光信号压缩成高速率光包信号。本发明提供了一种光包包头提取简单、可适用于各种速率的网络系统中、压缩率可变、易于升级且成本低廉的超高速光包交换网的光包压缩和解压缩方法及其系统。

1、  一种超高速光包交换网的光包压缩方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)将电域的IP数据包进行分割；
2)将分割后的IP数据包调制成光信号；
3)将光信号压缩成高速率光包信号。

2、  根据权利要求1所述的超高速光包交换网的光包压缩方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现步骤如下：

1.  1)将电域的IP数据包分割为包头和净荷两部分，净荷部分进行等长度分割成净荷分割单元，若净荷分割单元长度可以被需要分割的数目整除，则直接分割，若不能整除则在净荷分割单元长度末尾加零直到可以整除为止；

1.  2)判断净荷分割单元和包头长度是否相等？若是，则直接进行调制；若否，则在包头后补零至和净荷分割单元长度相等后，再进行调制。

3、  根据权利要求2所述的超高速光包交换网的光包压缩方法，其特征在于：所述IP数据包分割成的净荷分割单元为一个或多个。

4、  一种实现权利要求1的超高速光包交换网的光包压缩方法的解压缩方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)高速率光包信号经过放大并分为多路光包信号；
2)每一路光包信号和本地时钟进行信号提取，提取出低速光信号；
3)对提取出的低速光信号进行探测。

5、  一种实现权利要求1的超高速光包交换网的光包压缩方法的压缩系统，其特征在于：所述压缩系统包括IP数据包分割模块、第一光放大器、调制器以及压缩模块；所述第一光放大器和IP数据包分割模块通过调制器相连；所述调制器和压缩模块相连。

6、  根据权利要求5所述的超高速光包交换网的光包压缩系统，其特征在于：所述压缩模块可以是光纤延迟线阵列和合路器组成或者空间延迟和反射镜组成。

7、  一种实现权利要求4的超高速光包交换网的光包解压缩方法的解压缩系统，其特征在于：所述解压缩系统包括第二光放大器、分路器、信号提取模块以及探测器；所述第二光放大器和信号提取模块通过分路器相连；所述信号提取模块与探测器相连。

8、  根据权利要求7所述的超高速光包交换网的光包的解压缩系统，其特征在于：所述信号提取模块可以是半导体光放大器(SOA)的四波混频效应形成的与门、赫兹光非对称解复用器(TOAD)的全光与门、周期极化铌酸锂晶体(PPLN)的全光与门、复式波导结构的全光与门、1550nm Laser Amplifiers(Fabry-Perotand Distributed Feedback Laser Amplifiers)的全光与门或者SOA-MZI结构的全光与门。

一种超高速光包交换网的光包压缩和解压缩方法及其系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种超高速光包交换网的光包压缩和解压缩方法及其系统。
背景技术
光包交换技术作为未来光通信非常有吸引力的一种技术选择，吸引着越来越多的研究兴趣，特别是由于越来越多的适合数据包交换的线路交换技术的出现和光包交换技术具有调制和码型透明且有非常高的可用带宽的优点。系统制造商们已经研发出了大规模的电包路由器。大型的可用电包路由器有1000个输入/输出口和可以处理40Gbps的线卡。不过，在实现处理40Gbps或者更高速率的信号的超高速电子技术中仍存在着诸多的挑战和困难。由于本地局域网主要处理低速数据包(155～622Mbps)，而连接本地局域网的骨干网，要求是超高速的。早期研究的光交换是基于电路交换的。在这种交换体系中需进行光/电、电/光的转换和进行电信号处理。现在还有一种光包交换技术是欧洲光包交换关键(KEOPS)工程中使用的交换技术，该技术将交换从电域转移到了光域。在所有的光包交换技术中，对光包的压缩和解压缩技术将是一项关键技术，因为对光包的有效压缩和解压缩可以有效地降低光包的冲突概率和提高网络的吞吐量以及降低交换的技术难度和成本。
现有的光包压缩技术主要有：
1：H.Toda，F.Nakada，M.Suzuki，A.Hasegawa，在“An optical packetcompressor based on a fiber delay loop”中报道的基于受电光开关控制的光纤回环技术的将重复频率由25MHZ提高到5GHZ，该技术的主要缺点是受限于电开关的开关速度。
2：P.Toliver，K.Deng，I.Glesk，and P.Prucnal，在“Simultaneousoptical compression and decompression of 100Gb/s OTDM packets using asingle bidirectional optical delay line lattice，”中报道的基于双向光纤延迟线阵列的光包压缩技术，该技术的主要缺点是需要选包器，且光包包头和数据部分是同一速率，这样在交换节点需要超高速的探测器和处理单元。
3：H.Sotobayashi，K.Kitayama，and T.Ozeki，在“40Gbit/s photonicpacket compression and decompression by supercont inuum generation，”中报道的基于超连续产生技术的将4bit10Gbps提高到40Gbps，该技术的主要缺点是输入数据脉冲宽度要足够的窄。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种光包包头提取简单、可适用于各种速率的网络系统中、压缩率可变、易于升级且成本低廉的超高速光包交换网的光包压缩和解压缩方法及其系统。
本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种超高速光包交换网的光包压缩方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：
1)将电域的IP数据包进行分割；
2)将分割后的IP数据包调制成光信号；
3)将光信号压缩成高速率光包信号。
上述步骤1)的具体实现步骤如下：
1.1)将电域的IP数据包分割为包头和净荷两个部分，净荷部分进行等长度分割成净荷分割单元，若净荷分割单元长度可以被需要分割的数目整除，则直接分割，若不能整除则在净荷分割单元长度末尾加零直到可以整除为止；
1.2)判断净荷分割单元和包头长度是否相等？若是，则直接进行调制；若否，则在包头后补零至和净荷分割单元长度相等后，再进行调制。
上述IP数据包分割成的净荷分割单元为一个或多个。
一种超高速光包交换网的光包压缩方法的解压缩方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：
1)高速率光包信号经过放大并分为多路光包信号；
2)每一路光包信号和本地时钟进行信号提取，提取出低速光信号；
3)对提取出的低速光信号进行探测。
一种超高速光包交换网的光包压缩方法的压缩系统，其特殊之处在于：所压缩系统包括IP数据包分割模块、第一光放大器、调制器以及压缩模块；所述第一光放大器和IP数据包分割模块通过调制器相连；所述调制器和压缩模块相连。
上述压缩模块可以是光纤延迟线阵列和合路器组成或者空间延迟和反射镜组成。
一种超高速光包交换网的光包解压缩方法的解压缩系统，其特殊之处在于：所述解压缩系统包括第二光放大器、分路器、信号提取模块以及探测器；所述第二光放大器和信号提取模块通过分路器相连；所述信号提取模块与探测器相连。
上述信号提取模块可以是半导体光放大器(SOA)的四波混频效应形成的与门、赫兹光非对称解复用器(TOAD)的全光与门、周期极化铌酸锂晶体(PPLN)的全光与门、复式波导结构的全光与门、1550nm Laser Amplifiers(Fabry-Perotand Distributed Feedback Laser Amplifiers)的全光与门或者SOA-MZI结构的全光与门。
本发明的优点是：
1、光包包头提取简单、光包头在低速处理的情况下不需要超高速探测器和处理单元。本发明由于该压缩方法经过信号提取模块进行解压缩处理，可以得到原来的光包包头，提取方法简单，且提取出的包头不会改变包头的原来传输速率，满足光通信中需要在低速率下处理光包头的要求，在低速率下处理包头将不需要超高速探测器和处理单元。
2、采用低速的电子处理系统控制超高速的光包信号。本发明的IP数据包分割是在电域中完成的，压缩是在光域中完成，所以只需要低速的电子处理系统就可以完成。
3、可适用于各种速率的网络系统中。本发明所提供的压缩和解压缩方案对电域的IP数据包速率没有任何特定的要求，而且随着压缩模块每一路的延时不同，可以压缩出不同速率的光包，所以该方案适用于各种速率的网络系统中。
4、压缩率可变、易于升级。本发明所提供的压缩模块由光延时阵列和合路器组成或者空间延迟和采用反射镜组成，则只需要改变IP数据包的分割数目和延时阵列的大小以及相应的每一路的光延时就可以改变压缩率。只需要增加延时阵列的大小就可以升级该压缩器，非常易于升级。
5、成本低廉。本发明所提供的压缩和解压缩方案IP数据包分割在低速的电域中完成，压缩器结构简单，解压缩器技术比较成熟，所以整体成本低廉。
6、易于制造，可光学集成。本发明所提供的压缩器由延时阵列和合路器组成，解压缩器由SOA等光学与门实现，这些器件都可以光学集成，且技术成熟，易于制造。
附图说明
图1为本发明压缩方法流程示意图；
图2为本发明解压缩方法流程示意图；
图3为本发明标准IP数据包和分割后的IP数据包示意图；
图4为本发明光包压缩过程结构示意图；
图5为本发明的压缩原理示意图；
图6为本发明光包解压缩过程结构示意图；
图7为本发明压缩系统的结构示意图；
图8为本发明解压缩系统的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明所提供的超高速光包交换网的光包压缩方法包括以下步骤：
将电域的IP数据包进行分割，将分割后的IP数据包调制成光信号，将调制后的光信号输入光纤延迟线阵列和合路器组成的压缩模块8进行压缩并输出压缩后的高速率光包信号。
其中在上述分割时，首先将电域的IP数据包分割为包头和净荷两部分，净荷部分进行等长度分割成净荷分割单元，若净荷分割单元长度可以被需要分割的数目整除，则直接分割，若不能整除则在净荷分割单元长度末尾加零直到可以整除为止；其次判断净荷分割单元和包头长度是否相等？若是，则直接进行调制；若否，则在包头后补零至和净荷分割单元长度相等后，再进行调制。
其中IP数据包分割的净荷分割单元的数量是一个或多个，分割的数量越多则压缩率越高。
压缩模块8是利用现有技术的压缩原理进行压缩，压缩模块8可以是光纤延迟线阵列和合路器组成或者现有的空间延迟方式和反射镜组成。
参见图2，一种超高速光包交换网的光包压缩方法的解压缩方法，包括以下步骤：高速率光包信号到达目的节点后，经过第二光放大器9放大后，通过分路器10分为多路光包信号，路的数量和IP数据包分割的分割数量一致，每一路光包信号和本地时钟注入信号提取模块11，信号提取模块11利用SOA四波混频效应形成的与门进行信号提取并提取出的低速光信号，然后对提取出的低速光信号通过探测器12进行探测，完成解压缩。
参见图3，IP数据包经分割后可以形成包头(head)部分以及净荷部分，同时净荷部分进行等长度分割成净荷分割单元(数据P1、数据P2……数据P8)。
参见图4，光脉冲源产生10Gbps光脉冲经过第一光放大器5放大后经过分路器被分为9路，分别进入10G的调制器7中，同时到达的IP数据包经过IP数据包分割模块6后，包头和净荷部分分开单独存储，净荷部分被分为块分别存储，若包头和净荷分快等长则直接进入调制器7，若不等长则在包头末尾补零使分块和包头等长进入调制器7调制成10G光信号。调制后的光信号进入压缩模块8中进行压缩。
参见图5，经过压缩模块压缩后，光信号压缩成高速率光包信号变为90Gbps光信号。
参见图6，光包到达后经过EDFA放大在经过分路器10被分为9路，同时本地10Gbps光脉冲源触发，经过EDFA放大后经过分路器10被分为9路，分别经过脉冲对准后和光包信号一同注入SOA，利用四波混频效应进行信号解压缩，解压缩后的10Gbps信号经过脉冲整形进入探测器原始信号被恢复。
参见图7，一种超高速光包交换网的光包压缩系统，该系统包括：IP数据包分割模块6、第一光放大器5、调制器7以及压缩模块8；第一光放大器5和IP数据包分割模块6通过调制器7相连；调制器7和压缩模块8相连。
参见图8，一种超高速光包交换网的光包的解压缩系统，该系统包括：第二光放大器9、分路器10、信号提取模块11以及探测器12；第二光放大器9和信号提取模块11通过分路器10相连；信号提取模块11与探测器12相连。信号提取模块11可以是SOA的四波混频效应形成的与门、赫兹光非对称解复用器(TOAD)的全光与门、周期极化铌酸锂晶体(PPLN)的全光与门、复式波导结构的全光与门、1550nm Laser Amplifiers(Fabry-Perot and Distributed Feedback LaserAmplifiers)的全光与门或者SOA-MZI结构的全光与门。
光放大器可以是掺铒光纤放大器(EDFA)、半导体光放大器(SOA)、光纤喇曼放大器(FRA)等各种光放大器。
调制器7可以是电光调制器、声光调制器、电吸收调制器等各种调制器。