基于光纤存储器的多种光通信器件的构造与控制

在目前的各种光通信应用当中，光纤通常被用作光信号的延迟线。这一应用的缺点在于光信号传播时延和顺序都是固定的。为了提高该应用的灵活性，光纤需要同光交换机结合起来以构造各种灵活的光存储器件，包括随机访问存储器、先入先出对列、优先级队列、以及具备顺序保留或非保留特性的灵活延迟线等。同时，该结合也适用于构造时隙排序器、时隙交换器、以及时隙复用器/分用器等光信号时域交换器件。在本项目中我们将会研究基于光纤和光交换机结合的多种光信号存储和交换器件的构造与控制方式。鉴于目前大规模光交换机依然昂贵的现实，这些设计将会在时间域对传统交换理论中的各种多级互连网络进行模拟。例如，预想中的时隙排序器设计将会模拟各种空间域的经典排序网络，而时隙交换器、复用队列、分用对列和先入先出对列的设计将会模拟最基本的二级和三级互连网络。其中基于二级互连网络的设计所需的交换控制是分布式的，因而特别适合实时高速光通信的应用。

本课题的研究目标对基于光纤和光交换机结合的多种光信号存储和交换器件的构造与控制方式进行研究，在时间域对传统交换理论中的各种多级互连网络进行模拟，最终实现对光信号的时隙排序器、时隙交换器、复用队列、分用对列和先入先出对列的高效构造和控制。根据上述研究目标，本课题在资助项目计划书中所设定的主要研究内容包括如下4个方面：.（1）基于光纤存储器的多种时隙排序器的构造和控制.（2）基于旋转器光纤存储器的多种时隙交换器构造和控制.（3）基于光纤存储器的复用对列和分用对列的构造和控制.（4）基于光纤存储器的先入先出对列的构造和控制.截至2013年12月，本课题已在上述4个研究方向上均已取得了理论突破，圆满完成了本课题所设定的研究目标。我们通过对各种空间域的经典排序网络，包括冒泡排序网络、插入排序网络、bitonic排序网络、奇偶排序网络和shell排序网络，进行时域模拟获得了多种基于光纤存储器的时隙排序器的构造和控制方法。同时，针对具备无阻塞性质的光信号交换机构造和控制复杂度很高的问题，我们提出将构造现有基于光纤存储器的时隙交换器所需要的无阻塞光信号交换机替换为低构造和控制复杂度的光信号旋转器，并设计了相应的周期性控制算法。而通过对经典交换理论中最基本的二级互连网络进行时域模拟，我们获得了基于光纤存储器的光信号复用队列、分用对列和先入先出对列的构造和控制方法。特别地，由于基于经典排序网络时域模拟所设计的光信号时隙排序器是基于带内信号控制的，而基于二级互连网络时域模拟所设计的各种光通信器件是分布式控制的，因此上述研究成果特别适合实时高速光通信的应用。.目前，课题组已将上述研究成果在有影响力的学术期刊和国际会议上发表和录用了学术论文6篇，其中SCI检索期刊论文2篇（包括1篇IEEE Transactions on Information Theory论文）和EI检索论文4篇，并已申请1项发明专利。此外，还有3篇已投出的国际期刊论文正在接受评审。与此同时，课题组成员也先后2次出国参加了Globecom国际会议，并2次邀请了海外学者来校访问。在后续的研究中，课题组将继续推进已录用和在审论文的修改、完善和发表工作。