摘 要

随着人们对通信技术要求的增长，光通信技术成为通信领域中浓墨重彩的一笔。光联网的日益普及使得光开关这一技术变得越来越重要。如何完成光开关的控制，对于提升整个机群网络性能，实现高效率数据传输具有重大意义。本文正是以此为目的，设计了电脑与光开关之间两种不同的互连方式，完成了小范围的光网络的互连。

国内外随着各种制造行业的技术发展，开始通过各项不同的技术研制不同原理的光开关，其中MENS技术作为其中最出众的一种，势必进一步推动光开关技术的发展，从而提升整个光互连网络。

本课题拟完成的PCI全带宽网络接口卡设计，用于构建高效高性能的信号传输结构的高性能光互连机群网络，并且研制2x2光开关驱动电路板，分别实现并口串口两种方式通信。在实现思路上，通过数据的复用和解复用完成接口卡信号传输，用Centronics接口，缓冲芯片以及晶体管实现并行数据控制光路，用RS-232以及MCS-51单片机实现串口数据通讯，并且用程序实现了单片机的控制功能。经过电路板的制作及调试，可以完成PC端和光开关驱动板之间两种方式的数据传输功能。

关键词：光通信网络 MENS光开关 PCI全带宽网络 光互连机群网络

abstract

With the communication technology requirements of the growth, optical communication technology has become more important in the field of communication. With the increasing popularity of optical networking, the technology of optical switch is becoming more and more important. How to complete the control of optical switches is of great significance to improve the performance of the whole cluster network and to achieve high efficiency data transmission. For this purpose, two different interconnection modes between computer and optical switch are designed, and the interconnection of a small range of optical networks is completed.

At home and abroad with the development of technology manufacturing industry, started through the different optical switch technology in the development of different principle, the MENS technology as one of the most outstanding one is bound to further promote the development of optical switching technology, so as to enhance the optical interconnection network.

This paper intends to complete the full bandwidth PCI interface card design for high performance optical interconnection network cluster signal transmission structure, high performance, and the development of the drive circuit board of 2x2 optical switch, respectively realize the communication serial parallel two ways. In the realization of ideas, to complete the signal transmission interface card by multiplexing and de multiplexing data, using Centronics interface, buffer chip and transistor to realize parallel data to control the light path, the realization of serial data communication with RS-232 and MCS-51 MCU, and MCU control function was realized by using the program. After the manufacture and debugging of the circuit board, the data transmission function of two ways between the PC terminal and the optical switch driver board can be completed.

Key words: optical communication network, MENS optical switch, PCI, full bandwidth network, optical interconnection, cluster network

目录

摘要 II

abstract III

第1章 绪论 1

1.1研究目的 1

1.2 光开关技术国内外现状 2

1.2.1微电子机械光开关 2

1.2.2热光效应光开关 3

1.2.3液晶式光开关 4

1.2.4气泡光开关 4

1.2.5全息光栅开关 4

1.3研究任务及解决方案 5

第2章 MENS光开关 6

2.1 MENS技术发展 6

2.2 MENS开关基本结构 7

2.3 MENS光开关应用前景 8

第3章 高性能光互连机群网络 10

3.1全光互连系统原理设计 10

3.2 PCI全带宽网络接口卡的设计 11

3.3 2x2机械式光开关 12

第4章 2x2光开关驱动控制电路 14

4.1并行接口驱动电路 14

4.1.1硬件电路 14

4.1.2程序设计 15

4.1.3电路实现 17

4.2串行接口驱动电路 18

4.2.1硬件电路 18

4.2.2程序设计 20

4.2.3 电路实现 22

第5章 总结与体会 25

参考文献 26

致谢 28

第1章 绪论

1.1研究目的

如今，计算机性能越来越高，以网络连接为基础的机群系统也随之慢慢出现。机群系统对互连网高带宽、低延迟的要求，使得传统的电互连根本无法满足机群系统进一步的发展。因为电子带有电荷，所以会通过磁场相互作用，致使信号之间互相干扰。而光子的物理性质稳定的多，几乎无法相互作用，这使得光信号可以沿着各自的通道传播，就算通道交叉也不会产生干扰。随着集成技术的提高，光互连可以有效的消除电互联固有问题，成为很好的代替品。

与电子互连相比，光互连的优点主要有：传输带宽高，不仅容量大，信息传输不依赖传输协议；传输速度快，除去了电子传输时很多因素限制，使得开关响应速度极快；全带宽可分割，利用多路技术来提高传输速率；由于光子间难以相互作用，可以再有高密度传输的同时保证互不干扰，这也变相的降低了功耗。

光互连主要有两种形式：波导和自由空间。前者互连通道的密度很高，也不存在对准问题，在芯片内部或芯片之间层次上需要互连时一般就会用到这种互连。其缺点是易损不耐用，集成度也不高。后者互连密度可以达到很高的程度，逼近光的衍射极限，且信道对带宽的没有抑制，适用于芯片之间和MCM之间层次上的互连，但自由空间光互连的缺点是不易对准，至今也并未得到很好的解决。

除了上述与电互连相比较的优点外，光互在长距离互连时有良好的时钟同步性能，且经得起装置内温度的变化，不需要额外的功耗来控制温度。在设计上的复杂程度也较低，这是由于光学的并行性，系统的复杂程度并不取决于系统的大小，即当系统需要扩展时，并不需要复杂的设计。但是，光互连在技术上仍然面临着很多的挑战，一些短距离光互连（如on-chip）要求和硅电路兼容，而且有着需要功耗低、反应快、尺寸小等多重要求。