基于輸入端環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的光交換矩陣容錯(cuò)系統(tǒng)及其容錯(cuò)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種容錯(cuò)系統(tǒng)及其容錯(cuò)方法，具體地，涉及一種基于輸入端環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的光交換矩陣容錯(cuò)系統(tǒng)及其容錯(cuò)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛速發(fā)展的新興多媒體應(yīng)用和寬帶網(wǎng)絡(luò)，使得當(dāng)今光交換系統(tǒng)承載著巨大的數(shù)據(jù)流量。擁有多端口、大容量、高速率的光交換矩陣已經(jīng)成為目前和未來光交換系統(tǒng)的必要組成部分，并被廣泛應(yīng)用于各種光交換傳輸系統(tǒng)，超級計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。
[0003]雖然在過去的數(shù)十年間，對光交換系統(tǒng)的可靠性與容錯(cuò)能力研宄取得了卓有成效的進(jìn)展，但是作為光交換系統(tǒng)的重要組成部分的光交換矩陣，其容錯(cuò)性卻沒有得到足夠的重視。目前，只有少數(shù)針對光交換矩陣靠性與容錯(cuò)能力的研宄成果。
[0004]1:1容錯(cuò)系統(tǒng)常見于電信網(wǎng)，是提升光交換系統(tǒng)容錯(cuò)能力的最簡單方法，其特點(diǎn)在于將整個(gè)光交換矩陣進(jìn)行完整的備份。因此，在1:1容錯(cuò)系統(tǒng)的交換系統(tǒng)中，同時(shí)存在兩個(gè)完全相同的光交換矩陣，主交換矩陣和備份交換矩陣。當(dāng)主交換矩陣發(fā)生故障時(shí)，備份交換矩陣接替主交換矩陣?yán)^續(xù)工作，從而實(shí)現(xiàn)光交換矩陣的容錯(cuò)功能。但該容錯(cuò)方法不僅使系統(tǒng)的建設(shè)成本倍增，而且還大大增加了運(yùn)行與維護(hù)成本。此外，該容錯(cuò)系統(tǒng)使得系統(tǒng)體積和功耗增加顯著，難以滿足未來網(wǎng)絡(luò)對低功耗、集成化和小型化的需求。
[0005]相比于1:1容錯(cuò)系統(tǒng)對光交換矩陣進(jìn)行完全備份，1:N容錯(cuò)系統(tǒng)僅對交換矩陣引入共享冗余備份。文獻(xiàn)“L.Wosinska, L.Thylen andR.P.Holmstrom, ^Large-capacity strictly nonblocking optical cross-connectsbased on microelectrooptomechanical systems (MEOMS) switch matrices: Reliabilityperformance analysis, ’ IEEE/0SA J.Lightw.Technol., vol.19, n0.8,pp.1065-1075,Aug.2001.”公開了采用電交換機(jī)作為備份交換矩陣與光交換矩陣并行工作。而文獻(xiàn)“K.Bala, J.Gamelin and J.Tomlinson, ‘Optical matrix protect1n system, ’ U.S.Patent, US6307653B1, 2001.”則公開了采用一個(gè)簡單的光交換機(jī)對光交換矩陣進(jìn)行備份。雖然采用的備份交換矩陣不同，但兩者的核心思想一致，即采用功能簡單和容量小的交換矩陣作為備份交換矩陣。一旦光交換矩陣出現(xiàn)故障，由備份交換矩陣提供交換功能。由于備份交換矩陣被整個(gè)光交換矩陣所共享，這就意味著矩陣中任何處故障，都能獲得備份支持。這種方法所帶來的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在成本、功耗、小型化和集成化方面，更極大地簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜度。但是，由于采用的備份交換矩陣功能簡單且容量小，該方法的容錯(cuò)能力十分有限，即該方法使得系統(tǒng)僅能容忍少量的系統(tǒng)故障，甚至是單個(gè)系統(tǒng)故障，無法滿足電信運(yùn)營商對光交換系統(tǒng)容錯(cuò)能力日益增長的需求。
[0006]因此，目前急需一種既能夠獲得高容錯(cuò)能力，又能維持低成本、低功耗、小體積與低復(fù)雜度的光交換矩陣容錯(cuò)系統(tǒng)及其容錯(cuò)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于輸入端環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的光交換矩陣容錯(cuò)系統(tǒng)及其容錯(cuò)方法，其既能夠獲得高容錯(cuò)能力，而且具有成本低、功耗低、體積小、重量輕、實(shí)現(xiàn)簡單、系統(tǒng)復(fù)雜度低的特點(diǎn)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于輸入端環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的光交換矩陣容錯(cuò)系統(tǒng)，其特征在于，所述基于輸入端環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的光交換矩陣容錯(cuò)系統(tǒng)對于NXM光交換矩陣而言，由系統(tǒng)總控制模塊、輸入模塊、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)模塊、光交換矩陣模塊和輸出模塊組成；輸入模塊通過N根光纖與環(huán)型網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)模塊相連并進(jìn)行光信號傳輸；環(huán)型網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)模塊通過N根光纖與光交換矩陣模塊相連并進(jìn)行光信號傳輸；光交換矩陣模塊通過M根光纖與輸出模塊相連并進(jìn)行光信號傳輸；系統(tǒng)總控制模塊通過導(dǎo)線分別與輸入模塊、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)模塊中的容錯(cuò)結(jié)構(gòu)控制模塊、光交換矩陣模塊中的光交換矩陣控制與監(jiān)測模塊和輸出模塊相連，并對各個(gè)模塊進(jìn)行信息收集和控制，N和M均為大于I的自然數(shù)。
[0009]優(yōu)選地，所述輸入模塊具有以下功能:一、將接收來自系統(tǒng)外部的光信號，并將光信號通過光纖輸入環(huán)型網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)模塊；二、將光信號所請求的光交換矩陣的指定光信號輸出端通過導(dǎo)線通知系統(tǒng)總控制模塊；輸入模塊具有N個(gè)光信號輸入端與N個(gè)光信號輸出端。
[0010]優(yōu)選地，所述環(huán)型網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)功能；環(huán)型網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)模塊包括N個(gè)3 X 3光開關(guān)和一個(gè)容錯(cuò)結(jié)構(gòu)控制模塊，容錯(cuò)結(jié)構(gòu)控制模塊通過導(dǎo)線與N個(gè)3 X 3光開關(guān)相連，N個(gè)3X3光開關(guān)互連形成環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。
[0011]優(yōu)選地，所述容錯(cuò)結(jié)構(gòu)控制模塊具有以下功能:一、接收來自系統(tǒng)總控制模塊的控制信息；二、按照系統(tǒng)總控制模塊控制信息的要求，通過導(dǎo)線控制N個(gè)3X3光開關(guān)的在指定光信號輸入端與光信號輸出端之間光路的連接。
[0012]優(yōu)選地，所述光交換矩陣模塊由光交換矩陣、光交換矩陣控制與監(jiān)測模塊構(gòu)成。
[0013]優(yōu)選地，所述光交換矩陣主要功能是實(shí)現(xiàn)光交換矩陣中任意一對光信號輸入端與光信號輸出端之間光路的連接；光交換矩陣具有N個(gè)光信號輸入端與M個(gè)光信號輸出端。
[0014]優(yōu)選地，所述光交換矩陣控制與監(jiān)測模塊具有以下功能:一、通過導(dǎo)線接收來自系統(tǒng)總控制模塊的控制信息；二、通過導(dǎo)線向系統(tǒng)總控制模塊反饋光交換矩陣當(dāng)前的工作狀態(tài)，是否發(fā)生故障，以及發(fā)生故障的具體位置；三、通過導(dǎo)線控制光交換矩陣不同的光信號輸入端與光信號輸出端之間光路的連接；四、通過導(dǎo)線對光交換矩陣內(nèi)部各元件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測各元件是否發(fā)生故障。
[0015]優(yōu)選地，所述輸出模塊具有以下功能:一、通過光纖接收來自光交換矩陣的光信號，并將光信號輸出系統(tǒng)；二、向系統(tǒng)總控制模塊反饋當(dāng)前系統(tǒng)輸出光信號的實(shí)時(shí)情況；輸出模塊具有M個(gè)光信號輸入端與M個(gè)光信號輸出端。
[0016]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)總控制模塊具有以下功能:一、通過輸入模塊實(shí)時(shí)收集輸入系統(tǒng)的光信號的信息；二、通過輸出模塊實(shí)時(shí)收集輸出系統(tǒng)的光信號的信息；三、通過光交換矩陣控制與監(jiān)測模塊，按照輸入光信號的請求尋找可用的光路，一旦找到可用光路，控制光交換矩陣在指定光信號輸入端與光信號輸出端之間建立光路的連接；四、執(zhí)行本發(fā)明的容錯(cuò)方法；五、通過光交換矩陣控制與監(jiān)測模塊，實(shí)時(shí)收集光交換矩陣的工作狀態(tài)；六、根據(jù)光交換矩陣控制與監(jiān)測模塊反饋的故障信息，為受到故障影響的光信號尋找新的替代光路，一旦找到替代光路，通過光交換矩陣控制與監(jiān)測模塊和容錯(cuò)結(jié)構(gòu)控制模塊對環(huán)型網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)模塊與光交換矩陣模塊進(jìn)行光路重構(gòu)。
[0017]本發(fā)明還提供一種基于輸入端環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的光交換矩陣容錯(cuò)系統(tǒng)的容錯(cuò)方法，其特征在于，其包括以下步驟:當(dāng)一個(gè)光交換請求到達(dá)基于輸入端環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的光交換矩陣容錯(cuò)系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)請求的內(nèi)容，檢查所要求建立的連接是否存在故障，即光交換矩陣中指定光信號輸入端與光信號輸出端之間的連接是否能夠建立；若不存在故障，則根據(jù)請求配置光交換矩陣中的光路；否則激活容錯(cuò)進(jìn)制，搜尋距離該光交換請求所在光信號輸入端最近的替代光路，并判斷是否找到替代光路；若找到替代光路，則重新配置于輸入端環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的光交換矩陣容錯(cuò)系統(tǒng)與光交換矩陣，實(shí)現(xiàn)替代光路；否則拒絕該光交換請求。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:本發(fā)明無需添加額外冗余交換系統(tǒng)，而是通過光開關(guān)將光交換矩陣的相鄰光信號輸入端兩兩互連，形成環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得光信號可以在光交換矩陣內(nèi)部的所有子交換系統(tǒng)之間自由路由，從而實(shí)現(xiàn)光交換矩陣內(nèi)部交換資源的共享。簡而言之，對于光交換矩陣內(nèi)部的任意一個(gè)子交換系統(tǒng)，其他所有的子交換系統(tǒng)均為自己的冗余交換結(jié)構(gòu)。當(dāng)光交換矩陣的某個(gè)子交換系統(tǒng)發(fā)生故