光开关矩阵中Crossbar光交换网络的研究

针对DWDM光网络光交叉连接中光开关矩阵对其光交换网络的要求 ,分析了目前常用的置换型和常规型Crossbar光交换网络的性能 ,提出了一种新型的寻径型Crossbar光交换网络及其光学实现方法。该新方法利用 1× 2和 2× 1光开关构造寻径扇出和寻径扇入网络 ,具有严格无阻塞性 ,插损低 ,并可实现对光信号卸载 。

基于交换光网络技术的电力通信传输网络控制方法

文章设计了基于交换光网络的电力通信传输网络架构,包括核心层、汇聚层以及接入层,详细阐述了各层次的功能和技术要求,重点分析了自动维护网络拓扑、智能选择动态路由、网络保护恢复机制等关键控制方法,使用链路状态协议、智能路由算法以及网络保护恢复机制,实现网络的实时监控、动态调整以及故障恢复。设计的方法提升了网络的整体性能,满足了现代电力系统对高带宽、低延迟以及高可靠性通信的需求,为电力通信传输网络的设计和优化提供了系统化的方法与实践经验,具有较高的理论价值和应用前景。

Crossbar光交换网络

Crossbar网络是实现高速并行光学处理的一种最重要而有效的光交换网络结构。作为一种无阻塞网络,Crossbar网络具有简单性,易于实现控制,适合于构成光开关矩阵。总结和分析了近20多年来发展的Crossbar光交换网络,介绍了不同Crossbar光交换网络的原理、结构和性能,分析了Crossbar光交换网络的关键技术。目前光学互连网络的发展方向是实现集成大规模光互连。可以预见光学互连网络会朝着更加实用化的方向发展,并在其应用领域发挥越来越重要的作用。

光互连数据中心网络架构与业务路由技术研究

【目的】目前已提出的数据中心光互连网络结构中,大多将光网络用于交换机间的机架间通信,而机架内服务器之间的通信则通过电以太网交换机实现。由于电以太网交换机功率较大且数量众多,目前所提出的数据中心光互连网络存在能耗高、带宽低和分组时延大等问题。为了进一步改善数据中心光互连网络的性能,文章提出了一种基于可重排无阻塞三级Clos网络的机架内光互连网络结构。【方法】在此结构中,机架内服务器通过1个三级Clos网络实现相互连接,同时结合文章所提的多波长路由算法可实现机架内服务器间的无阻塞通信。【结果】文章使用OMNET++软件进行了仿真验证,结果显示,文章所提结构的吞吐量在同等条件下比传统机架内电交换提高20%,端到端平均时延减少90%,能耗减少67%。【结论】通过仿真对比可知,文章所提结构可以改善数据中心光互连网络的带宽利用、分组时延及能耗等性能。

用于光突发交换的光模块(特邀)

【目的】为满足人工智能(AI)集群网络对于资源分配的灵活性和资源利用率的高要求,光突发交换(OBS)重回人们的视野。这对光模块提出了更高的要求:首先,纳秒级光路切换速度要求高速光模块的接收侧适应突发模式;其次,目前达到纳秒级的高速光开关普遍存在光路插入损耗大的问题,所以要求高速光模块的光链路损耗达到超长(ER)距离标准。【方法】为满足此需求,文章采用全商用芯片搭建薄膜铌酸锂(TFLN)+光电探测器(PD)方案的ER光模块,设计了测试系统,下一步工作还在进行中。【结果】实验结果表明,此系统光链路预算达到了20 dB,基本满足高速光交换对光模块链路损耗的要求。OBS系统对各种颗粒大小光模块均可以接受,文章初步探讨了3类单波100 Gbit/s光模块的设计:因为存在整机功耗和体积的限制、四波混频(FWM)和多路小光敏面雪崩光电探测器(APD)导致耦合困难等问题,4路光的ER光模块(ER4)实现起来比8路光的ER光模块(ER8)容易很多。两路光的ER2模块可以采用同轴工艺电吸收调制激光器(TO-EML)+APD方案,工艺实现更容易,性价比更高,配套芯片更加成熟。【结论】所以200 Gbit/s ER2是目前OBS的优选品种。

基于以太无损网络的智算中心光网络架构研究(特邀)

【目的】近年来,生成式人工智能(AIGC)掀起了人工智能革命,智算中心(ICC)的网络联接也随之向超高带宽、智能无损和算网融合等方向发展,因此ICC光网络需要降低卡间通信时间,以提升数据访问效率。【方法】文章针对ICC场景光网络的组网架构进行了研究,实现了大带宽、低时延和中央处理器(CPU)效率高的无损网络,满足了ICC的大模型训练和推理需求。文章详细分析了ICC的流量分布特征和人工智能(AI)大模型训练组网场景下的通信流特征,深入研究了基于远程直接内存访问(RDMA)的以太无损传输方案的ICC组网架构,并最终在ICC场景下进行了组网实践和时延测试。【结果】文章提出的基于以太网的RDMA(RoCE)传输方案具备基于优先级的流控制、显示拥塞通知、增强传输选择和数据中心桥能力交换协议(DCBX)等能力,可实现数据中心内基于以太协议的无损传输。测试结果显示,使用RoCE协议的传输时延大约稳定在1μs,并且显著优于互联网广域RDMA协议(iWARP)。【结论】文章基于智算场景下的流量特征分析,深入研究了ICC的无损以太网络关键特性,利用RDMA技术实现了ICC场景下光交换网络传输效率的提升,并提出了一种在ICC大模型推理场景下的无损以太网络方案,为RDMA技术在智算场景下的应用探索出了可行的方向。

基于自动交换光网络技术的电力通信传输网络控制方法研究

为解决目前电力通信传输网络控制存在着效率低等一系列问题,现研究基于自动交换光网络技术的电力通信传输网络控制方法对电力传输网进行优化。首先利用光功率预算计算通信传输距离,为通信传输打下基础并确定ASON中的节点设备的光功率;构建ASON与通信网络融合的网络模型,在自动交换光网络中形成一个通信数据集成;最后加强流量传输控制,实现对通信传输网络的有效控制。实验结果表明,自动交换光网络技术的网络控制方法比传统方法需要的时间少了12.9s。由此可以得到,提出的基于自动交换光网络技术的网络控制方法具有更快的传输速度,能够更好地控制电力通信传输网络。

ROADM智能光网络的本地配置方案

随着运营商业务的高速发展及5G移动网的灵活承载需求,在本地网市县中继波分引入可重构光分插复用(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer,ROADM)技术,满足业务的高效恢复及业务的灵活调度是目前本地网市县中继波分组网的重点和难点。本文简要介绍了ROADM三种设备形态,分析了自动交换光网络(Automatic Switched Optical Network,ASON)技术,结合本地网网络结构特点,建设CD-ROADM网络引入ASON功能的必要性。

光突发交换网络中多跳公平分割丢弃方法的研究

光突发交换网络被认为是一种新的IPoverWDM网络,也是下一代互联网的发展趋势。该文给出了一个在光突发交换网络中解决多跳分割丢弃不公平性的改进方法,该方法不但保留了原有方法的可以保证多跳网络中数据包丢失率的一致性优点,而且还减小了损失,增大了网络吞吐量。最后通过仿真验证了该方法的有效性,对实际网络的设计有一定的理论指导意义。

光突发交换网络中一种基于负载平衡的路由机制

光突发交换(OBS)是实现下一代光互联网技术中的一种极具前景的方案.OBS网络中采用的路由机制多是最短路径优先的路由选择机制,这种路由机制本身的缺陷会使网络有较大的阻塞概率,不能实时反映网络流量的变化,同时对不同的网络拓扑的适应性较差.本文提出了一种OBS网络中能实现负载平衡的路由机制,对一个请求选择一条可以使网络中各链路使用波长数的统计方差最小的路由.仿真结果表明,该方法在阻塞概率方面要优于最短路径路由机制;而在传输延迟性能方面接近于最短路径路由机制,同时对于不同的网络拓扑以及节点流量的变化都具有一定的适应性.

自动交换光网络的分层路由体系及其路由实现方法

本文基于国际电信联盟电信标准化组织(ITU-T)相关标准及光互联论坛(OIF)有关草案,阐述了路由域分层的一般原则,给出了层次路由体系下实现路由功能的一般性原理,提出了分层路由体系下路由的实现方法。

一种新型的Crossbar光交换

利用布拉格声光效应设计了一种自由空间电控光交换系统．该系统由声光偏转器、专用频率控制器、视角放大结构、变换透镜等组成，它能够实现无阻塞全排列Ｃｒｏｓｓｂａｒ光交换，并具有插入损耗低、串话低、交换速度快、结构简单、光能利用率高等特点．给出４×４Ｃｒｏｓｂａｒ光交换模拟实验，其结果验证了这个方案的可行性．

基于新型光交换技术的激光传感器光网络安全态势感知

为了提高激光传感器光网络安全管理即时性,判断网络安全态势,基于新型光交换技术,提出了一种新的激光传感器光网络安全态势感知方法。分析光交换新技术,了解运用机理,综合激光传感器光网络中的各种风险要素,了解网络中潜在的安全风险系数,构建维护信息安全的风险评估模型,降低风险要素的不确定性;融合自律计算系统,实时分析信息安全状况,建立多级网络安全态势评估模型,并将遗传神经网络引入该模型中,高效预测光网络安全态势。仿真结果表明,该方法能动态反映网络安全状况,预测网络安全形势的发展趋势。趋势值与实际值的拟合度为98%,信息集成度为95%。为提高光网络的安全性能提供了实际应用参考。

基于GMPLS的自动交换光网络生存性技术研究

能够提供高效快速的生存性是自动交换光网络的重要特点。介绍了自动交换光网络的生存性实现的过程和各种生存性机制,提出了基于通用多协议标签交换的自动交换光网络中标签交换路径端到端生存性的实现方案,并对恢复的时间具体的分析。

一种基于控制平面测量的光突发交换网络动态偏置时间算法

该文提出一种基于控制平面背景流量测量方法的动态偏置时间算法。该算法以控制平面的探测突发丢失率为依据,估计瓶颈核心节点的背景流量,并据此动态设置偏置时间。理论分析和仿真表明:该算法能够在满足目标早到丢弃率的前提下,得到较适中的偏置时间,从而实现时延与早到丢弃率的较好折中。

基于统一控制平面的异构自动交换光网络

本文报道了由两种不同类型的光交叉连接构成的 4节点格状拓扑自动交换光网络 .我们对通用多协议标记交换的路由和信令协议作了扩展 ,利用连接控制接口屏蔽了底层结构差异 .通过一个统一的控制平面和一个用户友好的网管系统 ,实现了虚波长通道的建立、释放和恢复等功能 .

一种新型的三维光学交换网络研究

本文研究了一种新型的光学交换网络——三维（３Ｄ）Ｃｏｍｅｇａ网络，对其互连结构进行了分析讨论，得到了该网络的互连函数，以及构造单路径和可重排无阻塞三维Ｃｏｍｅｇａ网络的规则，对三维Ｃｏｍｅｇａ网络的光学实现进行了实验研究。

基于光总线的无阻塞IP交换网络的工程实现

本文提出并实现了一种应用于路由器的基于光总线的无阻塞ＩＰ交换网络，该交换网络采用基于光的三平面负荷分担的总线结构，彻底克服了高速电背板工程实现的一系列难题。采用三平面负荷分担的全光总线交换网络结构，一方面有利于降低路由器成本，另一方面，也是出于系统冗余设计的考虑。该交换网络应用于国家“８６３”计划重大课题核心路由器──ＯｍｎｉＲｏｕｔｅｒ８８０的研制中，样机验收测试结果表明基于光总线的无阻塞ＩＰ交换网络具有良好的性能，达到了课题指南的要求。

适用于波长交换光网络的波长旋转图模型设计

将网络虚拓扑链路及关联波长均匀分布到旋转球体的表面,建立了新型的波长交换光网络(WSON)的波长旋转图模型,并基于旋转图模型提出了路由波长分配(RWA)新策略及算法。仿真结果表明,每条链路的总波长数分别为4和8时,新策略算法的阻塞率平均降低5.03%和9.71%,资源利用率平均提高3.3%和1.54%。该模型用于解决具有波长转换能力的RWA问题效果明显。

光总线交换网络输出排队两级缓冲结构与性能分析

为了解决核心路由器高速无阻塞光总线交换网络体系结构中的高速大容量分组缓冲这一关键技术难题 ,本文提出了基于SRAM技术和DRAM技术相结合的输出排队分组两级缓冲结构及相关LBF -MMA存储器管理算法 ,并利用实测的网络流量数据对该缓冲技术的性能进行了仿真分析 .分析表明 ,两级缓冲结构较好地解决了光总线交换网络中分组缓冲高速度与大容量之间的矛盾 。