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基于阵列波导光栅的无阻塞洗牌交换网络

基于阵列波导光栅的无阻塞洗牌交换网络

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作者：丁京杰上海交通大学

学位级别：硕士

光洗牌交换网络在大容量、大规模、高速率交换和互连场景中具有广泛应用。然而目前的光洗牌交换方案都存在一定的缺陷。比如,基于空间光技术的方案普遍体积大、价格贵,难以调整和维护;使用光纤连接的方案连线复杂度很高;现有的基于阵列... 详细信息

光洗牌交换网络在大容量、大规模、高速率交换和互连场景中具有广泛应用。然而目前的光洗牌交换方案都存在一定的缺陷。比如,基于空间光技术的方案普遍体积大、价格贵,难以调整和维护;使用光纤连接的方案连线复杂度很高;现有的基于阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Gratings,AWG)的方案不可扩展,对光器件利用不充分。为此,本文打算使用AWG去构造一种可扩展的光洗牌交换网络。光洗牌网络的设计是光洗牌交换网络构建的重要步骤。因此,本文先设计了基于AWG的模块化洗牌网络。本文定义了一般化的洗牌网络,介绍了洗牌网络的两个主要性质。通过对AWG的波长路由性质与洗牌网络性质的比较,我们首次发现了单个AWG与洗牌网络的功能等价性,设计了基于单个AWG的洗牌网络。然而,由于AWG的物理限制,AWG的规模不能太大,由单个AWG构成的洗牌网络不具有扩展性。因此,我们考虑使用多个小规模的AWG去构造洗牌网络。我们分析了目标网络的路由表应该符合的条件,通过求模的方法获得了目标网络的路由表,并据此得到了利用小规模AWG构造模块化光洗牌网络的方案。此外,我们考虑了这种设计的一般情况,给出了网络参数设置的参考建议。其次,本文通过把多个基于AWG的模块化洗牌网络与多个TWC模块交错级联,得到了波分复用的光洗牌交换网络。我们研究了该网络的路由与波长分配问题,表明了在基于AWG的波分复用的光洗牌网络中,自路由性质仍然成立。我们还从经典洗牌交换网络的无阻塞条件和波分复用网络的无阻塞条件出发,证明了在基于AWG的波分复用洗牌交换网络中,如果多个网络请求对应的输入与输出满足一定条件,这些请求的路由就是无阻塞的。本文提出的基于AWG的洗牌交换网络具有如下优点:由于AWG的规模、TWC模块的转换范围、波长粒度都较小,且级间损耗不会积累,因此该网络具有很好的扩展性;该网络所有信道全忙时,能够实现100%的器件利用率。

关键词：洗牌交换网络波分复用阵列波导光栅自路由无阻塞

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