论文摘要
光交换节点是光传送网（Optical Transport Network）的关键设备,不仅能摒弃昂贵的光-电-光接口,实现光域上的全光交换,解决光传输与电交换的容量失配问题,还具有对光信号速率、调制方式和通信协议透明的优势。光交换结构（Optical Switching Fabrics）是光交换节点的核心部件,为光信号的交换提供物理支持,应具备低串音（Crosstalk）,均匀损耗,内部无阻塞以及灵活扩展等特征。针对上述特征,本文以2×2定向耦合器光开关搭建的Banyan类网络（Banyan-type Networks）为研究对象,利用改进的无阻塞方法,消除了该网络的第一阶（First-order）光开关串音和链路阻塞,构建了更小光开关复杂度的低串音无阻塞空分型光交换结构,应用于WDM光交换结构模型,并分析了输入端所需的波长分配方式。首先,介绍了光交换节点的作用及其通用配置模型与功能模块,并给出简化的WDM光交换结构模型,以及与该模型内部的空分型光交换结构相关的光开关元件、性能评价指标、Banyan类网络特点及其低串音无阻塞扩展法所涉及的HC（N, m）网络与VS（N, p）光交换结构的基本概念。然后,研究讨论了基于Banyan类网络的低串音、无阻塞光交换结构的现有结论。其次,对VS（N, p）光交换结构,提出了输入端波长分配原则,证明了在该原则下,空间与多波长混合扩展法,实现低串音可重构无阻塞充要条件为p≥2[n/2],小于或等于已有结论p≥2[（n+1）/2],其中, n = log2N,[x]为x的整数部分。同时,利用二部分图边染色算法,建立了任意全置换在VS（N, p）光交换结构内部的路由。针对f×f w-波长WDM VS（ N ,2[n/2] ）光交换结构,给出了具体的w-f波长分配方式。再次,对于HC（N, m）网络的低串音可重构无阻塞问题,分析了只研究n-m为偶数情况的原因,并且,采用内部2（n-m-2）/2层堆叠,创建基于HC（N, m）网络的HVM(N, m, 2（n-m-2）/2结构,进而,直接利用外部双层堆叠HVM(N, m, 2（n-m-2）/2结构,提出了低串音可重构无阻塞的VHV（N, m）光交换结构。根据光开关总数的数值计算,VHV（N, m）光交换结构优于已有的VH(N, m, 2（n-m+1）/2光交换结构。最后,针对空间扩展法实现无阻塞Banyan类网络,存在着光开关和链路冗余空闲问题,提出双端（DE:Double-end）裁剪Banyan类网络,利用所得结构,递归构造了两种严格无阻塞的DE模块,DEM-α和DEM-β,优化了冗余空闲资源。另外,鉴于f×f w-波长WDM光交换结构的可扩展要求,在Clos网络基础上,根据w不同取值范围,给出了四种输入端波长排列方式,以及与之相应的DEM-α和DEM-β的不同选择方案,获得了三种低串音无阻塞Clos-（β,1）网络,Clos-（β,2）网络,Clos-（β,3）网络。光开关总数的比较显示,此三种Clos网络优于WDM VS（ N ,2[n/2]）光交换结构。