光交換機(jī)架構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種光交換機(jī)包括第一級和第二級，第一級包括N個光輸入端和N個第一子交換機(jī)，其中，N是2的整數(shù)次冪并且是16或更大，以及其中，每個第一子交換機(jī)包括光輸入端中的1個光輸入端和4個第一輸出端，第二級耦接至第一級并且包括16個第二子交換機(jī)，其中，每個第二子交換機(jī)包括M個第二輸入端和M個第二輸出端，并且其中，M等于N/4。
【專利說明】光交換機(jī)架構(gòu)
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2014年8月14日由Hamid Mehrvar提交的題目為"Optical Switch (光交換機(jī))"的第62/037,460號美國臨時專利申請以及于2015年8月7日提交的第14/821， 034號美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其二者通過引用合并至本文中。
【背景技術(shù)】
[0003] 高性能計算(High-performance computing，HPC)在短時間段內(nèi)實現(xiàn)大的計算能 力。HPC可以以每秒浮點運算次數(shù)（floating point operations per second，F(xiàn)L0PS)為單 位來衡量。與之相對，高吞吐量計算(high-throughput computing，HTC)在長時間段例如數(shù) 個星期或數(shù)個月內(nèi)完成大量的計算任務(wù)。在分布式網(wǎng)絡(luò)中，HTC使用多個中央處理單元 (central processing unit，CPU)和多個存儲器。軟件對HTC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)管以有效地利用 CPU的功率。光交換機(jī)或光子交換機(jī)可以使CPU與存儲器互連，并且因此，光交換機(jī)或光子交 換機(jī)可以是實現(xiàn)高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部件。光交換機(jī)是具有輸入端、輸出端以及連接輸入端 和輸出端以交換光信號的通道的任何裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在一種實施方式中，本公開內(nèi)容包括一種光交換機(jī)，所述光交換機(jī)包括第一級和 第二級，所述第一級包括N個光輸入端和N個第一子交換機(jī)，其中，N是2的整數(shù)次冪并且是16 或更大，以及其中，每個第一子交換機(jī)包括光輸入端中的1個光輸入端和4個第一輸出端，所 述第二級耦接至第一級并且包括16個第二子交換機(jī)，其中，每個第二子交換機(jī)包括M個第二 輸入端和M個第二輸出端，并且其中，M等于N/4。
[0005] 在另一實施方式中，本公開內(nèi)容包括一種光交換系統(tǒng)，所述光交換系統(tǒng)包括光交 換機(jī)和耦接至光交換機(jī)的處理器，所述光交換機(jī)包括:第一級的單元，所述第一級的單元包 括N個第一輸入端，其中N是整數(shù);耦接至第一級的第二級的單元;耦接至第二級的第三級的 單元，其中，第二級和第三級中的至少之一包括MXM的子交換機(jī)，并且其中，M等于N/4;以及 耦接至第三級并且包括N個第四輸出端的第四級的單元。
[0006] 在又一實施方式中，本公開內(nèi)容包括一種用于設(shè)計光交換機(jī)的方法，所述方法包 括:確定N，其中，N是2的整數(shù)次冪并且是16或更大;確定M，其中，M等于N/4;設(shè)置N個光輸入 端;設(shè)置第一級的N個第一子交換機(jī)，其中，每個第一子交換機(jī)包括1個第一輸入端和4個第 一輸出端;將第一輸入端耦接至光輸入端;設(shè)置第二級的16個第二子交換機(jī)，其中，每個第 二子交換機(jī)包括M個第二輸入端和M個第二輸出端；以及將第二級耦接至第一級。
[0007] 在再一實施方式中，本公開內(nèi)容包括一種方法，所述方法包括:從裝置接收用于將 數(shù)據(jù)包路由通過光交換機(jī)的請求;確定通過光交換機(jī)的通道，其中，所述通道經(jīng)過光交換機(jī) 的第一級的N個光輸入端中之一、光交換機(jī)的第二級的第二子交換機(jī)的M個輸入端中之一、 光交換機(jī)的第三級的第三子交換機(jī)的M個輸入端中之一以及光交換機(jī)的第四級的N個光輸 出端中之一，并且其中，N是整數(shù)，并且M等于N/4;以及向光交換機(jī)發(fā)送用于經(jīng)由所述通道來 路由數(shù)據(jù)包的指令。
[0008] 根據(jù)以下結(jié)合附圖和權(quán)利要求進(jìn)行的詳細(xì)描述可以更清楚地理解這些和其他特 征。
【附圖說明】
[0009] 為了更全面地理解本公開內(nèi)容，現(xiàn)在參照以下結(jié)合附圖進(jìn)行的簡要描述以及具體 實施方式，其中，相似的附圖標(biāo)記表示相似的部件。
[0010] 圖1是8 X 8的擴(kuò)展型banyan光交換機(jī)的示意圖。
[0011] 圖2是8 X 8的簡化樹形光交換機(jī)的示意圖。
[0012]圖3是8 X 8的縱橫式(crossbar)光交換機(jī)的示意圖。
[0013] 圖4是8\8的混合擴(kuò)展1^1168增強(qiáng)型（117131^(1(1;[1&七6(11361168 61111&1106(1，!101^)光 交換機(jī)的示意圖。
[0014] 圖5是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的HTC系統(tǒng)的示意圖。
[0015] 圖6是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的示意圖。
[0016] 圖7是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的轉(zhuǎn)發(fā)器聚合器的示意圖。
[0017] 圖8是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的N X N的光交換機(jī)的示意圖。
[0018] 圖9是AXA的Benes交換機(jī)的示意圖。
[0019] 圖1〇是4 X 4的Benes交換機(jī)的示意圖。
[0020] 圖11是另一4 X 4的Benes交換機(jī)的示意圖。
[0021]圖12是又一4 X 4的Benes交換機(jī)的示意圖。
[0022] 圖13是8 X 8的Benes交換機(jī)的示意圖。
[0023] 圖14是另一8 X 8的Benes父換機(jī)的不意圖。
[0024] 圖15是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的16 X 16的光交換機(jī)的示意圖。
[0025]圖16是根據(jù)本公開內(nèi)容的另一實施方式的16 X 16的光交換機(jī)的不意圖。
[0026] 圖17是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實施方式的16 X 16的光交換機(jī)的示意圖。
[0027] 圖18是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實施方式的16 X 16的光交換機(jī)的示意圖。
[0028]圖19是根據(jù)本公開內(nèi)容的再一實施方式的16 X 16的光交換機(jī)的不意圖。
[0029]圖20是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的32 X 32的光交換機(jī)的示意圖。
[0030] 圖21是示出用于設(shè)計根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的光交換機(jī)的方法的流程圖。
[0031] 圖22是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的用于選擇通道的方法的流程圖。
[0032] 圖23是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的用于確定通道的方法的流程圖。
[0033]圖24是網(wǎng)絡(luò)裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0034]首先應(yīng)當(dāng)理解，盡管下文提供一種或更多種實施方式的說明性實現(xiàn)，但所公開的 系統(tǒng)和/或方法可以使用任何數(shù)目的技術(shù)來實現(xiàn)，無論所述技術(shù)是否為當(dāng)前已知或現(xiàn)有的。 本公開內(nèi)容決不應(yīng)當(dāng)限于下文所說明的包括本文所說明并描述的示例性設(shè)計和實現(xiàn)在內(nèi) 的說明性實現(xiàn)、附圖和技術(shù)，而是可以在所附權(quán)利要求書的范圍以及其等同方式的全部范 圍內(nèi)修改。
[0035] 具有N個輸入端和M個輸出端的光交換機(jī)可以被稱為NXM的交換機(jī)。N和M是任意正 整數(shù)并且可以是相同的。所期望的光交換機(jī)應(yīng)當(dāng)滿足以下七個標(biāo)準(zhǔn)：少的單元個數(shù);低串 擾;通過快速實時通道計算或快速實時路由計算、快速交換機(jī)設(shè)置和快速交換速度的短的 總時延;可接受的少量阻塞(理想地是無阻塞）；低插入損耗;可擴(kuò)展的架構(gòu)；以及靈活的架 構(gòu)。
[0036] 光交換單元是光交換機(jī)的基本構(gòu)建塊，在本文中，光交換單元被簡稱為單元。與交 換機(jī)相似，作為交換機(jī)的一部分的單元具有I個輸入端和J個輸出端。I和J是任意正整數(shù)并 且可以是相同的。例如，單元尺寸可以是IX 2、2X1或2X2。因此，單元可以被限定為具有輸 入端、輸出端以及連接輸入端和輸出端的通道的最小不可分割的交換元件。
[0037] 單元個數(shù)是指光交換機(jī)中的單元的數(shù)目。少的單元個數(shù)使得光交換機(jī)能夠是緊湊 的。串?dāng)_是指不期望的信號耦合。例如，當(dāng)單元在輸入端處接收光信號并且將該信號引導(dǎo)至 兩個可能的輸出端中的期望的輸出端時，不是所有的光功率都被傳遞至所期望的輸出端。 相反地，會發(fā)生少量的泄漏，這導(dǎo)致光功率的一部分被引導(dǎo)至不期望的輸出端。在2X2的單 元中，這會導(dǎo)致不同的輸入信號彼此干擾，這被稱為串?dāng)_。降低串?dāng)_的一種方法是確保每個 單元在任何給定時間接收僅一個輸入信號。
[0038] 總時延被限定為從當(dāng)信號進(jìn)入光交換機(jī)時到當(dāng)信號離開光交換機(jī)時的時間段?？?時延取決于通道計算、交換機(jī)設(shè)置以及交換速度。通道計算是指確定將輸入端連接至輸出 端的最佳通道的處理。交換機(jī)設(shè)置是指識別通道中的所有單元并且使這些單元準(zhǔn)備供使用 的處理。交換速度是指從先前的通道交換至新的通道的速度。
[0039] 當(dāng)連接不同輸入端和輸出端的通道交疊時發(fā)生阻塞。非阻塞是指不存在這樣的交 疊。通常存在三種類型的非阻塞:狹義非阻塞、廣義非阻塞和可重排非阻塞。狹義非阻塞是 指輸入端總是可以連接至輸出端而無需重排現(xiàn)有通道。廣義非阻塞是指如果遵守某些規(guī)則 則輸入端總是可以連接至輸出端而無需重排現(xiàn)有通道。可重排非阻塞是指輸入端總是可以 連接至輸出端，但是這樣做可能需要重排現(xiàn)有通道。
[0040] 插入損耗是指由于光交換機(jī)的存在而造成的信號功率從光交換機(jī)的輸入端至輸 出端的損耗。插入損耗與連接輸入端和輸出端的通道中的單元的數(shù)目成比例。具有大插入 損耗的光交換機(jī)可能需要使用放大器來放大信號以進(jìn)行補(bǔ)償。大插入損耗降低信噪比并且 使信號質(zhì)量劣化?？蓴U(kuò)展的架構(gòu)需要以下述方式來構(gòu)造光交換機(jī):輸入端和輸出端的數(shù)目 的增加不需要對附加單元的顯著需求。靈活的架構(gòu)需要光交換機(jī)能夠在保持其功能性的同 時添加或刪除單元。
[0041 ]圖1是8 X 8的擴(kuò)展型banyan光交換機(jī)100的示意圖。光交換機(jī)100包括112個單元 110、8個輸入端120以及8個輸出端130。單元110是用作IX 2的單元、2 Xl的單元以及2 X 2的 單元的2X2的單元。在其他實施方式中，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以使用I X2的單元和 2 Xl的單元代替具有受限制的輸入端或輸出端的2 X 2的單元的用法。光交換機(jī)100的架構(gòu) 提供低串?dāng)_、低插入損耗、快速通道計算以及非阻塞，但是光交換機(jī)100的架構(gòu)需要高單元 個數(shù)，高單元個數(shù)在需要單芯片的大多數(shù)應(yīng)用中是不能夠?qū)崿F(xiàn)的，因此光交換機(jī)100的架構(gòu) 是不可擴(kuò)展的并且是不靈活的。
[0042]圖2是8 X 8的簡化樹形光交換機(jī)200的示意圖。光交換機(jī)200包括64個單元210、8個 輸入端220以及8個輸出端230。單元210是用作IX 2的單元、2 X 2的單元以及2 Xl的單元的2 X2的單元。光交換機(jī)200的架構(gòu)提供低插入損耗、快速通道計算、低單元個數(shù)以及非阻塞， 但是因為兩個信號可以經(jīng)過2X2的單元240并且從而產(chǎn)生干擾，所以光交換機(jī)200的架構(gòu)具 有中等串?dāng)_，因此光交換機(jī)200的架構(gòu)是不可擴(kuò)展的并且是不靈活的。
[0043]圖3是8 X 8的縱橫式光交換機(jī)300的示意圖。光交換機(jī)300包括64個單元310、8個輸 入端320以及8個輸出端330。單元310具有各種尺寸。雖然縱橫式光交換機(jī)300簡單，但是縱 橫式光交換機(jī)300提供快速通道計算、低插入損耗以及非阻塞，但是縱橫式光交換機(jī)300受 到通道依賴型插入損耗、高串?dāng)_、中等單元個數(shù)以及不靈活性的影響。
[0044] 圖4是8 X 8的HDBE光交換機(jī)400的示意圖。光交換機(jī)400包括48個單元410、8個輸入 端420、8個增強(qiáng)擴(kuò)展型banyan (enhanced di lated banyan，EDB)單元440以及8個輸出端 430。單元410包括IX 2的單元、2 X 2的單元以及2 Xl的單元。EDB單元440包括2個IX 2的單 元和2個2 X 1的單元。光交換機(jī)400的架構(gòu)提供使光交換機(jī)400能夠可擴(kuò)展的低單元個數(shù)、低 水平至中等水平的串?dāng)_以及低插入損耗，但是該架構(gòu)受到阻塞、慢速通道計算以及不靈活 性的影響。
[0045] 表1針對光交換機(jī)100、光交換機(jī)200、光交換機(jī)300以及光交換機(jī)400對上述七個標(biāo) 準(zhǔn)進(jìn)行了比較。在表1中，滿載是指連接輸入端和輸出端的所有通道均被建立。同步是指數(shù) 據(jù)包在同一時間進(jìn)入輸入端。異步是指數(shù)據(jù)包在不同的時間進(jìn)入輸入端。

[0048]表1.光交換機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的比較
[0049] 如從表1中可以看出，光交換機(jī)100、光交換機(jī)200、光交換機(jī)300以及光交換機(jī)400 都不滿足所有七個標(biāo)準(zhǔn)。因此，存在對滿足那些標(biāo)準(zhǔn)中的更多個標(biāo)準(zhǔn)的光交換機(jī)的需求。 [0050]本文所公開的是相較于光交換機(jī)100、光交換機(jī)200、光交換機(jī)300以及光交換機(jī) 400能夠更好地滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的光交換機(jī)的實施方式。具體地，光交換機(jī)提供少的單元個 數(shù)、低串?dāng)_、短的總時延、可接受的低水平阻塞、低插入損耗、可擴(kuò)展的架構(gòu)以及靈活的架 構(gòu)。光交換機(jī)可以是獨立型光交換機(jī)或者是HTC系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)、轉(zhuǎn)發(fā)器聚合器或另外 的合適的系統(tǒng)的一部分。
[0051 ]圖5是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的HTC系統(tǒng)500的示意圖。系統(tǒng)500包括一組光交 換機(jī)510、處理單元520以及多個裝置570。系統(tǒng)500還可以包括電光（616(^4〇31-七〇-optical，E0)部件和光電（〇口1:;^31-1:〇-616(31：1'；^31，(^)部件(未示出）以提供其他部件之間 的交互。HTC系統(tǒng)500的部件可以如所示的那樣或以任何其他合適的方式進(jìn)行布置。
[0052] 光交換機(jī)510是任何合適的光交換機(jī)。可以存在并聯(lián)布置的任何合適的數(shù)目的光 交換機(jī)510。例如，如圖5所示，可以存在四個光交換機(jī)510。光交換機(jī)510包括下面更全面地 描述的架構(gòu)。光交換機(jī)510可以是基于錯鈦酸鉛（lead zirconium titanate，PZT)、娃或其 他合適的基底。
[0053] 處理單元520是被配置成控制光交換機(jī)510以及執(zhí)行用于光交換機(jī)510的指令的任 何合適的處理器。處理單元520包括交換機(jī)驅(qū)動器模塊530、通道選擇模塊540、仲裁模塊550 以及多個串行器/解串器（serial izer/deserializer，SerDes) 560。交換機(jī)驅(qū)動器模塊530 是被配置成對光交換機(jī)510進(jìn)行驅(qū)動的任何合適的高速模擬電流電路。驅(qū)動可以是指提供 電流以進(jìn)行控制或邏輯上進(jìn)行控制。通道選擇模塊540尋找光交換機(jī)510的輸入端口與輸出 端口之間的通道。在一些實施方式中，通道選擇模塊540可以在現(xiàn)場可編程門陣列（field-programmable gate array，F(xiàn)PGA)或?qū)Ｓ眉呻娐罚╝pplication-specific integrated Circuit，ASIC)中實現(xiàn)。仲裁模塊550是被配置成形成數(shù)據(jù)包包頭、實現(xiàn)數(shù)據(jù)通過光交換機(jī) 510的調(diào)度、控制光交換機(jī)510以及執(zhí)行請求和準(zhǔn)許信號傳送的任何合適的處理模塊。 SerDes 560是被配置成沿每個方向?qū)Υ袛?shù)據(jù)接口與并行數(shù)據(jù)接口之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 的任何合適的裝置。
[0054]裝置570是被配置成經(jīng)由光交換機(jī)510在裝置570之間傳送數(shù)據(jù)的任何合適的電處 理器、或存儲器或者任何合適的電處理器和存儲器二者。合適的處理器可以通過硬件或軟 件來實現(xiàn)，并且可以作為一個或更多個中央處理單元(central processing unit，CPU)芯 片、內(nèi)核、FPGA、ASIC或數(shù)字信號處理器(digital signal processors，DSP)。合適的存儲器 可以是易失性存儲器或非易失性存儲器，而且可以是只讀存儲器（read-only memory， ROM)、隨機(jī)存取存儲器（random-access memory，RAM)、三態(tài)內(nèi)容尋址存儲器（ternary content-addressable memory，TCAM)或靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器（static random-access mem〇ry，SRAM)。來自裝置570中的第一裝置的數(shù)據(jù)經(jīng)過光信道并且通過光交換機(jī)510進(jìn)行的 交換而被發(fā)送至裝置570中的第二裝置。
[0055]在操作中，裝置570中的第一裝置向處理單元520傳送用于將數(shù)據(jù)包發(fā)送至裝置 570中的第二裝置的請求。仲裁模塊550對數(shù)據(jù)包的傳輸進(jìn)行調(diào)度，通道選擇模塊540確定用 于將光交換機(jī)510的輸入端連接至光交換機(jī)510的輸出端的最佳通道，以及交換機(jī)驅(qū)動器模 塊530驅(qū)動光交換機(jī)。處理單元520指示裝置570中的第一裝置向光交換機(jī)510的哪個輸入端 發(fā)送、指示光交換機(jī)510使用最佳通道來將數(shù)據(jù)包交換至輸出端以及指示裝置570中的第二 裝置從光交換機(jī)510的哪個輸出端接收。最后，裝置570中的第一裝置將數(shù)據(jù)包發(fā)送至光交 換機(jī)510,光交換機(jī)510經(jīng)由最佳通道路由數(shù)據(jù)包，以及裝置570中的第二裝置從光交換機(jī) 510接收數(shù)據(jù)包。通過SerDes 560實現(xiàn)了與處理單元520的通信。
[0056]圖6是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)600的示意圖。系統(tǒng)600包括服 務(wù)器610、架頂式（top-〇f-rack，ToR)交換機(jī)620、聚合節(jié)點630、控制器640以及光交換機(jī) 650。系統(tǒng)600的部件可以如所示的那樣或以任何其他合適的方式進(jìn)行布置。
[0057]服務(wù)器610是被配置成存儲數(shù)據(jù)并且與包括ToR交換機(jī)620的其他裝置共享所述數(shù) 據(jù)的任何合適的服務(wù)器。N臺服務(wù)器610耦接至每個ToR交換機(jī)62(LN是任意正整數(shù)。
[0058] ToR交換機(jī)620是被配置成將來自服務(wù)器610和其他外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)包流合并成更 少數(shù)目的高速流以及將數(shù)據(jù)包流分配至服務(wù)器610和其他外圍設(shè)備的任何合適的交換機(jī)。M 個ToR交換機(jī)620耦接至每個聚合節(jié)點630 J是任意正整數(shù)。
[0059]聚合節(jié)點630是被配置成實現(xiàn)調(diào)度、光子幀打包以及光子幀解包的任何合適的節(jié) 點。P個聚合節(jié)點630耦接至控制器640和光交換機(jī)650 J是任意正整數(shù)。
[0060]控制器640是被配置成實現(xiàn)同步和信號傳送以及使用控制信號來控制光交換機(jī) 650的任何合適的控制器?？刂破?40可以是FPGA。光交換機(jī)650是被配置成執(zhí)行數(shù)據(jù)包交換 的任何合適的光交換機(jī)。光交換機(jī)650包括下面更全面地描述的架構(gòu)。光交換機(jī)650可以是 基于PZT、硅或其他合適的基底。
[0061] 在操作中，第一多個服務(wù)器610向第一ToR交換機(jī)620發(fā)送數(shù)據(jù)包流。第一ToR交換 機(jī)620將數(shù)據(jù)包流合并成高速流并且將該高速流發(fā)送至第一聚合節(jié)點630。第一聚合節(jié)點 630對高速流中的數(shù)據(jù)包執(zhí)行光子打包以產(chǎn)生經(jīng)打包的光子幀并且向控制器640傳送將經(jīng) 打包的光子幀發(fā)送至光交換機(jī)650的期望。在題目為"System and Method for Photonic Switching(用于光子交換的系統(tǒng)和方法)"的第2014/0334819號美國專利申請公開中描述 了光子幀打包，該專利申請公開通過引用合并至本文中?？刂破?40對經(jīng)打包的光子幀的傳 輸進(jìn)行調(diào)度、指示第一聚合節(jié)點630向光交換機(jī)650的哪個輸入端口發(fā)送以及指示光交換機(jī) 650從哪個輸出端口發(fā)送經(jīng)打包的光子幀。然后，第一聚合節(jié)點630將經(jīng)打包的光子幀發(fā)送 至光交換機(jī)650,光交換機(jī)650交換經(jīng)打包的光子幀，并且光交換機(jī)650將經(jīng)打包的光子幀發(fā) 送至第二聚合節(jié)點630。第二聚合節(jié)點630接收經(jīng)打包的光子幀、對經(jīng)打包的光子幀進(jìn)行解 包以產(chǎn)生高速流并且將高速流發(fā)送至第二ToR交換機(jī)620。第二ToR交換機(jī)620接收高速流、 將高速流分割成數(shù)據(jù)包流并且將數(shù)據(jù)包流發(fā)送至第二多個服務(wù)器610。最后，第二多個服務(wù) 器610對數(shù)據(jù)包流進(jìn)行處理。
[0062] 圖7是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的轉(zhuǎn)發(fā)器聚合器700的示意圖。轉(zhuǎn)發(fā)器聚合器 700可以在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中使用并且包括分用器(de-multiplexer，de-mux)組710、轉(zhuǎn)接模塊 720、復(fù)用器(multiplexer，mux)組730以及一組光交換機(jī)740。轉(zhuǎn)發(fā)器聚合器700的部件可以 如所示的那樣或以任何其他合適的方式進(jìn)行布置。
[0063] 分用器組710包括被配置成將單個輸入信號分割成多個輸出信號的任何合適的分 用器。分用器可以是陣列波導(dǎo)光柵(arrayed waveguide grating，AWG)。轉(zhuǎn)接模塊720是被 配置成提供將分用器組710連接至復(fù)用器組730和光交換機(jī)740二者的傳輸通道的任何合適 的模塊。轉(zhuǎn)接模塊720可以包括與光纖或硅波導(dǎo)互連的多個光交換機(jī)。復(fù)用器組730包括被 配置成將多個輸入信號合并成單個輸出信號的任何合適的復(fù)用器。復(fù)用器還可以是AWG。
[0064] 光交換機(jī)740是被配置成插入和分出波長信道的任何合適的光交換機(jī)，波長信道 可以與光通道對應(yīng)。光交換機(jī)740包括下面更全面地描述的架構(gòu)。光交換機(jī)740可以是基于 PZT或硅。
[0065] 在操作中，輸入光信號進(jìn)入分用器組710中的第一分用器。第一分用器基于波長將 輸入光信號分割成經(jīng)分割的輸入光信號，然后將經(jīng)分割的輸入光信號發(fā)送至轉(zhuǎn)接模塊720。 光交換機(jī)740插入和分出波長信道以向經(jīng)分割的輸入光信號提供經(jīng)過轉(zhuǎn)接模塊720的光通 道?？商孢x地，經(jīng)分割的輸入光信號直接經(jīng)過轉(zhuǎn)接模塊720。然后，轉(zhuǎn)接模塊720路由經(jīng)分割 的輸入光信號并且將經(jīng)分割的輸入光信號發(fā)送至復(fù)用器組730中的第一復(fù)用器。第一復(fù)用 器將經(jīng)分割的輸入光信號合并成輸出光信號。最后，第一復(fù)用器將輸出光信號轉(zhuǎn)發(fā)至另一 部件或裝置以用于進(jìn)一步的處理。
[0066]圖8是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的NXN的光交換機(jī)800的示意圖。光交換機(jī)800 包括N個第一輸入端805、第一級810、第二級830、第三級850、第四級870以及N個第四輸出端 890，N是正整數(shù)。在一些實施方式中，N大于16并且是2的整數(shù)次冪。部件可以如所示的那樣 或以任何其他合適的方式進(jìn)行布置。
[0067] 第一級810包括N個IX 4的第一子交換機(jī)820。每個第一子交換機(jī)820包括：1個第一 輸入端805 ; 3個I X 2的第一單元815 ;以及4個第一輸出端即第一輸出端822、第一輸出端 824、第一輸出端826和第一輸出端828。因此，第一級810總共包括N個第一輸入端805、3N個 第一單元815以及4N個第一輸出端。
[0068] 第二級830包括4個第二部分即第二部分832、第二部分834、第二部分836和第二部 分838。第二部分832、第二部分834、第二部分836和第二部分838中的每個第二部分包括4個 第二子交換機(jī)840。每個第二子交換機(jī)840是下面更全面地描述的M XM的Benes交換機(jī)，并且 每個第二子交換機(jī)840包括M個第二輸入端、多個2X2的第二單元、M個第二輸出端以及下面 更全面地描述的結(jié)構(gòu)。M是2的整數(shù)次冪并且是4或更大，并且M等于N/4。因此，第二級830包 括4N個第二輸入端、多個第二單元以及4N個第二輸出端。
[0069]第一級810和第二級830如以下那樣連接:每個第一子交換機(jī)820的4個第一輸出端 即第一輸出端822、第一輸出端824、第一輸出端826和第一輸出端828中的每個第一輸出端 連接至來自不同的第二部分即第二部分832、第二部分834、第二部分836和第二部分838的 第二輸入端，使得每個第一子交換機(jī)820連接至所有的第二部分即第二部分832、第二部分 834、第二部分836和第二部分838。例如，第一輸出端822連接至第二部分832的第二輸入端、 第一輸出端824連接至第二部分834的第二輸入端、第一輸出端826連接至第二部分836的第 二輸入端以及第一輸出端828連接至第二部分838的第二輸入端。
[0070] 第三級850包括4個第三部分即第三部分852、第三部分854、第三部分856和第三部 分858,第三部分852、第三部分854、第三部分856和第三部分858中的每個第三部分包括4個 第三子交換機(jī)860。每個第三子交換機(jī)860包括MXM的Benes交換機(jī)并且包括M個第三輸入 端、多個2X2的第三單元、M個第三輸出端以及下面更全面地描述的結(jié)構(gòu)。因此，第三級850 包括4N個第三輸入端、多個第三單元以及4N個第三輸出端。
[0071] 第二級830和第三級850如以下那樣連接:第二部分832連接至第三部分852、第二 部分834連接至第三部分854、第二部分836連接至第三部分856以及第二部分838連接至第 三部分858。第二部分832、第二部分834、第二部分836和第二部分838中的每個第二部分以 完全連接的方式連接至與其對應(yīng)的第三部分852、第三部分854、第三部分856和第三部分 858。完全連接是指例如第一部分832中的每個第二子交換機(jī)840連接至第三部分852中的每 個第三子交換機(jī)860。
[0072] 第四級870包括N個4 X 1的第四子交換機(jī)880。每個第四子交換機(jī)880包括4個第四 輸入端即第四輸入端882、第四輸入端884、第四輸入端886和第四輸入端888;3個2X2的第 四單元875;以及1個第四輸出端890。因此，第四級870總共包括:4N個第四輸入端即第四輸 入端882、第四輸入端884、第四輸入端886和第四輸入端888; 3N個第四單元875;以及N個第 四輸出端890。
[0073]第三級850和第四級870如以下那樣連接:每個第四子交換機(jī)880的4個第四輸入端 即第四輸入端882、第四輸入端884、第四輸入端886和第四輸入端888中的每個第四輸入端 連接至來自不同的第三部分即第三部分852、第三部分854、第三部分856和第三部分858的 第三輸出端，使得每個第四子交換機(jī)880連接至所有的第三部分即第三部分852、第三部分 854、第三部分856和第三部分858。例如，第四輸入端882連接至第三部分852、第四輸入端 884連接至第三部分854、第四輸入端886連接至第三部分856、以及第四輸入端888連接至第 三部分858。
[0074]圖9是AXA的Benes交換機(jī)900的示意圖。當(dāng)M大于或等于4時，交換機(jī)900可以是第 二子交換機(jī)840或第三子交換機(jī)860中的任一個。交換機(jī)900包括第一單元組910、第一 Benes 子交換機(jī)930、第二Benes子交換機(jī)950以及第二單元組970 j是2的正整數(shù)次冪并且是8或更 大。部件可以如所示的那樣或以任何其他合適的方式進(jìn)行布置。
[0075] 第一單元組910包括f個第一單元920。每個第一單元920是2 X 2的單元并且包括2 個第一輸入端即第一輸入端912和第一輸入端914以及2個第一輸出端即第一輸出端922和 第一輸出端924。因此，第一單兀組910包括:A個第一輸入端即第一輸入端912和第一輸入端 914 個第一單元920;以及A個第一輸出端即第一輸出端922和第一輸出端924。 2
[0076] 第一Benes子交換機(jī)930是y X 的交換機(jī)并且包括7個第二輸入端940和$個第 二輸出端945。第二Benes子交換機(jī)950是g X #的交換機(jī)并且包括#個第二輸入端954和I 2 2 I ? 個第二輸出端956。每個第一單元920的第一輸出端922連接至第一 Benes子交換機(jī)930的第 二輸入端940中之一，并且每個第一單元920的第一輸出端924連接至第二Benes子交換機(jī) 950的第二輸入端954中之一。
[0077] 第三單元組970包括$個第三單元960。每個第三單元960是2 X 2的單元并且包括2 個第三輸入端即第三輸入端962和第三輸入端964以及2個第三輸出端即第三輸出端966和 第三輸出端968。因此，第三單元組970包括A個第三輸入端即第三輸入端962和第三輸入端 964、4個第三單元960以及A個第三輸出端即第三輸出端966和第三輸出端968。每個第三單 2 元960的第三輸入端962連接至第一 Benes子交換機(jī)930的第二輸出端945中之一，并且每個 第三單元960的第三輸入端964連接至第二Benes子交換機(jī)950的第二輸出端956中之一。 [0078] 圖10至圖12示出了 4X4的Benes交換機(jī)的三種配置。當(dāng)M等于4時，所述配置可以用 于第二子交換機(jī)840或第三子交換機(jī)860中的任一個。圖10是4 X 4的Benes交換機(jī)1000的示 意圖。交換機(jī)1000包括4個輸入端1010、6個2 X 2的單元1020以及4個輸出端1030。圖11是另 一4 X4的Benes交換機(jī)1100的示意圖。交換機(jī)1100包括4個輸入端1110、5個2 X 2的單元1120 以及4個輸出端1130。圖12是又一 4X4的Benes交換機(jī)1200的示意圖。交換機(jī)1200包括4個輸 入端1210、4個2X2的單元1220以及4個輸出端1230。如可以看出的，所述配置的不同之處在 于:交換機(jī)1000包括6個單元，交換機(jī)1100包括5個單元，而交換機(jī)1200包括4個單元。
[0079]圖13是8 X 8的Benes交換機(jī)1300的示意圖。當(dāng)M等于8時，交換機(jī)1300可以是第二子 交換機(jī)840或第三子交換機(jī)860中的任一個。交換機(jī)1300包括第一單元組1310、第一 Benes子 交換機(jī)1320、第二Benes子交換機(jī)1330以及第二單元組1340。第一單元組1310包括8個第一 輸入端、4個2 X 2的單元以及8個第一輸出端。第一Benes子交換機(jī)1320和第二Benes子交換 機(jī)1330可以都是交換機(jī)1000。第二單元組1340包括8個第二輸入端、4個2 X 2的單元以及8個 第二輸出端。因此，交換機(jī)1300包括8個輸入端、20個2 X 2的單元以及8個輸出端。
[0080] 圖14是另一8 X 8的Benes交換機(jī)1400的示意圖。當(dāng)M等于8時，交換機(jī)1400可以是第 二子交換機(jī)840或第三子交換機(jī)860中的任一個。交換機(jī)1400包括第一單元組1410、第一 4 X 4的Benes子交換機(jī)1420、第二4X4的Benes子交換機(jī)1430以及第二單元組1440。與交換機(jī) 1300不同，交換機(jī)1400中的第一 Benes子交換機(jī)1420和第二Benes子交換機(jī)1430可以都是交 換機(jī)1200。因此，交換機(jī)1400包括8個輸入端、16個2 X 2的單元以及8個輸出端。
[0081 ] 返回至圖8，當(dāng)?shù)诙咏粨Q機(jī)840包括m個2 X 2的單元時，第二子交換機(jī)840包括 (皿/4)111-21+11(^2(1〇個2\2的單元。例如，如果第二子交換機(jī)840是4\4的861^交換機(jī) 1000,則因為交換機(jī)1000包括6個2 X 2的單元，所以m等于6。類似地，當(dāng)?shù)谌咏粨Q機(jī)860包 括n2個2 X 2的單元時，第三子交換機(jī)860包括(M/4)n2-2M+Mlog2(M)個單元。例如，如果第三 子交換機(jī)860是4 X 4的Benes交換機(jī)1100，則因為交換機(jī)1100包括5個2 X 2的單元，所以n2等 于5。因為第二級830包括16個第二子交換機(jī)840,所以第二級830總共包括4Nlog 2(N) + (m-16)N個單元。類似地，第三級850總共包括4Nlog2(N) + (n2-16)N個單元。最后，將第二級830和 第三級850以及第一級810和第四級870的單元總數(shù)相加，光交換機(jī)800總共包括8Nlog 2(N) + (ηι+Π 2-26)Ν 個單元。
[0082]為了提供快速數(shù)據(jù)包交換，對于每個馬赫曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder ;[1^6"61'01]16丨61'，]\121)交換單元構(gòu)建塊而言，光交換機(jī)800中的每個單元平均需要5.5根電 線。電線提供驅(qū)動電流、光電二極管監(jiān)測以及接地，因此光交換機(jī)800的引線接合的總數(shù)是 5 · 5N(m+n2-26)+44Nlog2(N)個。例如，當(dāng)m和Π2二者都等于6時，單元總計為8Nlog2(N)_14N 個，并且引線接合總計為44Nlog2(N)-77N個。當(dāng)ηι和Π2二者都等于4時，單元總計為8Nlog2 (N)-18N個，并且引線接合總計為44Nlog2(N)-99N個。
[0083]圖15是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的16 X 16的光交換機(jī)1500的示意圖。光交換機(jī) 1500與光交換機(jī)800相似，但是光交換機(jī)1500是針對N等于16的特定情況的。光交換機(jī)1500 包括第一級1510、第二級1530、第三級1550和第四級1570,第一級1510、第二級1530、第三級 1550和第四級1570以與圖8中的光交換機(jī)800的第一級810、第二級830、第三級850和第四級 870相同的方式彼此連接。部件可以如所示的那樣或以任何其他合適的方式進(jìn)行布置。 [0084] 第一級1510包括16個IX 4的第一子交換機(jī)1520。每個第一子交換機(jī)1520包括1個 第一輸入端1505、3個IX 2的第一單元1515以及4個第一輸出端1525。因此，第一級1510總共 包括16個第一輸入端1505、48個第一單元1515以及64個第一輸出端1525。
[0085] 第二級1530包括4個第一部分1540。每個第一部分1540包括4個第二子交換機(jī) 1535。第二子交換機(jī)1535與圖10中的4 X4的Benes交換機(jī)1000相同。因此，每個第二子交換 機(jī)1535包括4個第二輸入端1532、6個2 X 2的第二單元1545以及4個第二輸出端1542。因此， 第二級1530總共包括64個第二輸入端1532、96個第二單元1545以及64個第二輸出端1542。 [0086] 第三級1550包括4個第三部分1560。每個第三部分1560包括4個第三子交換機(jī) 1555。第三子交換機(jī)1555與圖10中的4X4的Benes交換機(jī)1000相同。因此，每個第三子交換 機(jī)1555包括4個第三輸入端1552、6個2 X 2的第三單元1554以及4個第三輸出端1562。因此， 第三級1550總共包括64個第三輸入端1552、96個2 X 2的第三單元1554以及64個第三輸出端 1562〇
[0087] 第四級1570包括16個4X1的第四子交換機(jī)1580。每個第四子交換機(jī)1580包括4個 第四輸入端1572、3個2 X 2的第四單元1575以及1個第四輸出端1582。因此，第四級1570總共 包括64個第四輸入端1572、48個第四單元1575以及16個第四輸出端1582。
[0088]因此，光交換機(jī)1500總共包括16個輸入端、288個單元以及16個輸出端。光交換機(jī) 1500滿足上述所有的七個標(biāo)準(zhǔn)。具體地，光交換機(jī)1500包括少于289個的單元并且呈現(xiàn)出以 下特性：
[0089] 1.小于-25分貝（decibel，dB)的串?dāng)_（當(dāng)每個2X2的單元經(jīng)過僅一個信號時，總串 擾基本上較小并且一階串?dāng)_基本上被消除）；
[0090] 2.20dB或更小的插入損耗；
[0091 ] 3.在添加或去除給定通道中的某數(shù)目的單元時的靈活性；
[0092] 4.無阻塞或可接受水平的阻塞；
[0093] 5.可擴(kuò)展的架構(gòu)；以及
[0094] 6.實現(xiàn)小于200納秒(nanosecond，ns)的總時延的快速路由算法，總時延包括請求 處理、通道尋找、準(zhǔn)許授權(quán)、交換機(jī)配置以及交換速度，其中，交換速度小于10ns。
[0095]圖16是根據(jù)本公開內(nèi)容的另一實施方式的16 X 16的光交換機(jī)1600的不意圖。光交 換機(jī)1600與圖15中的光交換機(jī)1500相同，但是光交換機(jī)1600被重新編號以說明級之間的連 接。光交換機(jī)1600包括第一級1605、第二級1640、第三級1685和第四級1690。
[0096] 第一級1605包括第一子交換機(jī)1610。第一子交換機(jī)1610包括被標(biāo)記為1的1個第一 輸入端1615以及4個第一輸出端即第一輸出端1620、第一輸出端1625、第一輸出端1630和第 一輸出端1635。第二級1640包括具有被標(biāo)記為1的第二輸入端1650的第二部分1645、具有被 標(biāo)記為1的第二輸入端1660的第二部分1655、具有被標(biāo)記為1的第二輸入端1670的第二部分 1665以及具有被標(biāo)記為1的第二輸入端1680的第二部分1675。因為第一子交換機(jī)1610包括 被標(biāo)記為1的第一輸入端1615，所以第一子交換機(jī)1610的第一輸出端1620、第一輸出端 1625、第一輸出端1630和第一輸出端1635分別連接至第二輸入端1650、第二輸入端1660、第 二輸入端1670和第二輸入端1680,第二輸入端1650、第二輸入端1660、第二輸入端1670和第 二輸入端1680也被標(biāo)記為1。第一級1605中的其余的子交換機(jī)通過相應(yīng)的標(biāo)記編號以類似 的方式連接至第二部分1645、第二部分1655、第二部分1665和第二部分1675。第三級1685和 第四級1690以類似的方式連接，并且第二級1640和第三級1685以與圖8中的光交換機(jī)800的 第二級830和第三級850相同的方式彼此連接。
[0097]圖17是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實施方式的16X16的光交換機(jī)1700的示意圖。光交 換機(jī)1700與圖15中的光交換機(jī)1500相同，但是示出光交換機(jī)1700是為了說明數(shù)據(jù)包路由。 光交換機(jī)1700包括16個第一輸入端1705、第二輸入端1710、第三輸出端1715以及16個第四 輸出端1720，第一輸入端1705、第二輸入端1710、第三輸出端1715和第四輸出端1720被標(biāo)記 成表示如以上針對圖16中的光交換機(jī)1600所描述的連接。
[0098] 光交換機(jī)1700還包括經(jīng)過單元1799的16個數(shù)據(jù)包通道1725至1797。雖然有四個單 元1799被標(biāo)記為1799,但是標(biāo)記1799適用于光交換機(jī)1700中的所有的單元。通道選擇模塊 例如通道選擇模塊540基于數(shù)據(jù)包到達(dá)的順序和通道尋找算法來確定通道1725至通道 1797。通道算法可以每次僅允許一個數(shù)據(jù)包經(jīng)過單元1799中的每個單元并且另外被優(yōu)化成 滿足上述七個標(biāo)準(zhǔn)。表2按照其通過光交換機(jī)1700的處理的順序概述了所得出的通道。
[0101] 表2.通過光交換機(jī)1700的通道1725至通道1797
[0102] 如表2和圖17所示，每次僅一個數(shù)據(jù)包經(jīng)過每個單元1799。此外，單元1799中的朝 向光交換機(jī)1700的底部的許多單元還未被使用。
[0103] 圖18是根據(jù)本公開內(nèi)容的又一實施方式的16X16的光交換機(jī)1800的示意圖。除了 下述之外，光交換機(jī)1800與光交換機(jī)1500相似:光交換機(jī)1500包括與圖10中的4X4的Benes 交換機(jī)1000相同的第二子交換機(jī)1535，而光交換機(jī)1800包括與圖12中的4 X 4的Benes交換 機(jī)1200相同的第二子交換機(jī)1810。然而，與光交換機(jī)1500相似，光交換機(jī)1800包括與圖10中 的交換機(jī)1000相同的第三子交換機(jī)1820。由于交換機(jī)1000包括6個單元并且交換機(jī)1200包 括4個單元，所以光交換機(jī)1500包括288個單元，而光交換機(jī)1800包括256個單元1830。
[0104] 圖19是根據(jù)本公開內(nèi)容的再一實施方式的16X16的光交換機(jī)1900的示意圖。除了 下述之外，光交換機(jī)1900與光交換機(jī)1500相似:光交換機(jī)1500包括與圖10中的4X4的Benes 交換機(jī)1000相同的第二子交換機(jī)1535和第三子交換機(jī)1555,而光交換機(jī)1900包括與圖12中 的4 X 4的Benes交換機(jī)1200相同的第二子交換機(jī)1910和第三子交換機(jī)1920。由于交換機(jī) 1000包括6個單元并且交換機(jī)1200包括4個單元，所以光交換機(jī)1500包括288個單元，而光交 換機(jī)1900包括224個單元1930。
[0105] 當(dāng)假設(shè)存在16個通道時，光交換機(jī)1500、光交換機(jī)1800和光交換機(jī)1900的阻塞率 如以下那樣限定： 阻塞率=被阻塞的通道總數(shù)
[0106] ^ 16χ映射總數(shù) (1)
[0107] 映射是輸入端與輸出端之間的可以在任何時間存在的通道的詳盡列表。為了使串 擾最小化，任何通道均不應(yīng)當(dāng)共享任何單元。在模擬光交換機(jī)1500的一百萬映射時:在每次 僅允許一個數(shù)據(jù)包經(jīng)過一個單元的情況下，98.36 %的映射建立所有16個通道;在每次僅允 許一個數(shù)據(jù)包經(jīng)過一個單元的情況下，1.6%的映射建立15個通道，從而允許其中2個數(shù)據(jù) 包共享一個單元的1個通道；以及在每次僅允許一個數(shù)據(jù)包經(jīng)過一個單元的情況下， 0.017%的映射建立13個通道，從而允許其中2個數(shù)據(jù)包共享一個單元的2個通道。在后兩種 情形下，單元共享在稍微增大串?dāng)_的條件下減少阻塞。在模擬中，所得到的阻塞率為僅 0.1%。針對光交換機(jī)1800和光交換機(jī)1900獲得相同的結(jié)果。表3概述了光交換機(jī)1500、光交 換機(jī)1800以及光交換機(jī)1900在兩種情況下的阻塞率。第一種情況是允許單元共享或重排的 情況，而第二種情況是既不允許單元共享也不允許重排的情況。
[0109] 表3.光交換機(jī)阻塞率的比較
[0110] 如所示的，盡管具有逐漸減少的單元個數(shù)，但是光交換機(jī)1500、光交換機(jī)1800以及 光交換機(jī)1900各自顯示出非阻塞特性。雖然未示出，但是光交換機(jī)1500、光交換機(jī)1800以及 光交換機(jī)1900還保持低串?dāng)_，尤其是當(dāng)兩個通道不能共享一個單元時保持低串?dāng)_。表3還包 括混合式光交換機(jī)，混合式光交換機(jī)在第二級采用4X4的Benes交換機(jī)1100并且在第三級 采用4X4的Benes交換機(jī)1000?；旌鲜焦饨粨Q機(jī)實現(xiàn)了與光交換機(jī)1500、光交換機(jī)1800以及 光交換機(jī)1900相似的結(jié)果。通過使用不同的4X4的Benes交換機(jī)，光交換機(jī)1500、混合式光 交換機(jī)、光交換機(jī)1800以及光交換機(jī)1900可以改變單元個數(shù)和引線接合個數(shù)，而在阻塞率、 插入損耗和串?dāng)_方面保持良好的性能。因此，光交換機(jī)1500、混合式光交換機(jī)、光交換機(jī) 1800以及光交換機(jī)1900顯示了在插入和分出單元時的靈活性。 圖20是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的32 X 32的光交換機(jī)2000的示意圖。光交換機(jī) 2000與光交換機(jī)800相似，但是光交換機(jī)2000是針對N等于32的特定情況的。光交換機(jī)2000 包括第一級2010、第二級2020、第三級2030和第四級2040,第一級2010、第二級2020、第三級 2030和第四級2040以與圖8中的光交換機(jī)800的第一級810、第二級830、第三級850和第四級 870相同的方式以及與圖15中的光交換機(jī)1500的第一級1510、第二級1530、第三級1550和第 四級1570相同的方式彼此連接。與在光交換機(jī)800和光交換機(jī)1500中不同，光交換機(jī)2000的 第二級2020和第三級2030包括8 X 8的Benes交換機(jī)。因此，光交換機(jī)2000包括32個輸入端 2050、704個單元2060以及32個輸出端2070。
[0112] 圖21是示出用于制造根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的光交換機(jī)的方法2100的流程 圖。方法2100可以用于制造例如光交換機(jī)800、光交換機(jī)1500以及光交換機(jī)2000。在步驟 2110中，確定N 13N是正整數(shù)，并且在一些實施方式中，N大于16并且是2的冪數(shù)。
[0113] 在步驟2120中，確定M13M等于N/4。在步驟2130中，設(shè)置N個光輸入端。在步驟2140 中，設(shè)置第一級的N個第一子交換機(jī)。例如，第一級為第一級810并且第一子交換機(jī)為第一子 交換機(jī)820。每個第一子交換機(jī)包括1個第一輸入端和4個第一輸出端。例如，第一輸入端為 第一輸入端805并且第一輸出端為第一輸出端822、第一輸出端824、第一輸出端826和第一 輸出端828。在步驟2150中，將第一輸入端耦接至光輸入端。
[0114] 在步驟2160中，設(shè)置第二級的16個第二子交換機(jī)。例如，第二級為第二級830并且 第二子交換機(jī)為第二子交換機(jī)840。每個第二子交換機(jī)包括M個第二輸入端和M個第二輸出 端。最后，在步驟2170中，將第二級耦接至第一級。
[0115] 圖22是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的用于選擇通道的方法2200的流程圖。該 方法可以在系統(tǒng)500中例如在處理單元520中實現(xiàn)。在步驟2210中，接收通道請求。例如，裝 置570中的第一裝置向處理單元520傳送將數(shù)據(jù)包發(fā)送至裝置570中的第二裝置的期望，并 且處理單元520在內(nèi)部生成和接收通道請求。通道請求可以是用于將數(shù)據(jù)包從光交換機(jī)510 的特定輸入端路由至特定輸出端例如從第一輸入端路由至第一輸出端的請求。
[0116] 在判定菱形框2220處，確定是否已經(jīng)存在任何通道。例如，處理單元520確定在光 交換機(jī)510中是否已經(jīng)創(chuàng)建了任何通道。查詢不限于從第一輸入端至第一輸出端的通道。換 言之，確定光交換機(jī)510是否已經(jīng)被初始化。如果不存在通道，則方法2200進(jìn)行至步驟2230。 在步驟2230中，選擇任何合適的通道。例如，處理單元520選擇從光交換機(jī)510中的任一光交 換機(jī)的第一輸入端至第二輸入端的任何合適的通道。如果已經(jīng)存在通道，則方法2200進(jìn)行 至判定菱形框2240。
[0117]在判定菱形框2240處，確定是否存在合適的新通道。例如，處理單元520確定在符 合任何兩個數(shù)據(jù)包均不應(yīng)當(dāng)在同一時間經(jīng)過一個單元以及不應(yīng)當(dāng)重排現(xiàn)有通道的約束條 件的情況下合適的新通道是否可以將第一輸入端連接至第一輸出端。如果不存在合適的新 通道，則方法2200進(jìn)行至步驟2250。在步驟2250中，阻擋通道請求并且方法2200結(jié)束。如果 存在合適的新通道，則方法2200進(jìn)行至步驟2260。
[0118] 在步驟2260中，選擇合適的新通道并且結(jié)束方法2200。例如，處理單元520選擇在 判定菱形框2240處確定的通過具有最高數(shù)目的現(xiàn)有通道的光交換機(jī)510的合適的通道。因 為僅當(dāng)光交換機(jī)510具有預(yù)定數(shù)目的優(yōu)異的選定通道時處理單元520可以指示光交換機(jī)510 交換數(shù)據(jù)包，所以處理單元520可以進(jìn)行上述動作。換言之，數(shù)據(jù)包可以保持在隊列中直到 光交換機(jī)510補(bǔ)充夠所選定的通道為止。
[0119] 圖23是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的用于確定通道的方法2300的流程圖。該 方法可以在系統(tǒng)500、系統(tǒng)600以及系統(tǒng)700中實現(xiàn)。在步驟2310中，從裝置接收用于將數(shù)據(jù) 包路由通過光交換機(jī)的請求。例如，處理單元520從裝置570中的一個裝置接收用于將數(shù)據(jù) 包路由通過光交換機(jī)510、光交換機(jī)650、光交換機(jī)740、光交換機(jī)800、光交換機(jī)1500、光交換 機(jī)1600、光交換機(jī)1700、光交換機(jī)1800、光交換機(jī)1900和光交換機(jī)2000中之一的請求。
[0120] 在步驟2320中，確定通過光交換機(jī)的通道。例如，處理單元520內(nèi)的通道選擇模塊 540確定通道。通道經(jīng)過光交換機(jī)的第一級的N個光輸入端中之一、光交換機(jī)的第二級的第 二子交換機(jī)的M個輸入端中之一、光交換機(jī)的第三級的第三子交換機(jī)的M個輸入端中之一以 及光交換機(jī)的第四級的N個光輸出端中之一。N是整數(shù)，并且M等于N/4。最后，在步驟2330中， 向光交換機(jī)發(fā)送用于經(jīng)由該通道路由數(shù)據(jù)包的指令。
[0121] 圖24是網(wǎng)絡(luò)裝置2400的示意圖。網(wǎng)絡(luò)裝置2400可以適于實現(xiàn)所公開的實施方式。 例如，網(wǎng)絡(luò)裝置2400可以實現(xiàn)：系統(tǒng)500中的處理單元520和裝置570;系統(tǒng)600中的服務(wù)器 610、T〇R交換機(jī)620、聚合節(jié)點630和控制器640;以及方法2100、方法2200和方法2300。網(wǎng)絡(luò) 裝置2400包括：用于接收數(shù)據(jù)的入站端口2410和接收機(jī)單元(receiver unit，Rx)2420;用 于處理數(shù)據(jù)的處理器、邏輯單元或中央處理單元(central processing unit，CPU)2430;用 于發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)射機(jī)單元(transmitter unit，Tx)2440和出站端口2450;以及用于存儲數(shù) 據(jù)的存儲器2460。網(wǎng)絡(luò)裝置2400還可以包括耦接至入站端口 2410、接收機(jī)單元2420、發(fā)射機(jī) 單元2440以及出站端口 2450以用于電信號或光信號的出站或入站的EO部件和OE部件。
[0122] 處理器2430可以通過硬件和軟件來實現(xiàn)。處理器2430可以被實現(xiàn)為一個或更多個 CPU芯片、內(nèi)核(例如，實現(xiàn)為多核處理器）、現(xiàn)場可編程門陣列（field-programmable gate array，F(xiàn)PGA)、專用集成電路（application specific integrated circuit，ASIC)以及數(shù) 字信號處理器(digital signal processor，DSP)。處理器2430與入站端口 2410、接收機(jī)單 元2420、發(fā)射機(jī)單元2440、出站端口 2450以及存儲器2460進(jìn)行通信。
[0123] 存儲器2460包括一個或更多個磁盤、磁帶驅(qū)動器和固態(tài)驅(qū)動器并且可以用作溢出 數(shù)據(jù)存儲裝置，該溢出數(shù)據(jù)存儲裝置用于當(dāng)程序被選擇用于執(zhí)行時存儲這樣的程序以及存 儲在程序執(zhí)行期間所讀取的指令和數(shù)據(jù)。存儲器2460可以是易失性存儲器和非易失性存儲 器而且可以是只讀存儲器（read-onIy memory，R0M)、隨機(jī)存取存儲器（random-access memory，RAM)、三態(tài)內(nèi)容尋址存儲器（ternary content-addressable memory，TCAM)和靜態(tài) 隨機(jī)存取存儲器（static random-access memory，SRAM) 〇
[0124] 雖然本公開內(nèi)容中已提供若干實施方式，但應(yīng)理解，在不脫離本公開內(nèi)容的精神 或范圍的情況下，所公開的系統(tǒng)和方法可以以許多其他特定形式來體現(xiàn)。本示例應(yīng)被視為 說明性而非限制性的，且本發(fā)明并不限于本文中所給出的細(xì)節(jié)。例如，各種元件或部件可以 被組合或合并在另一系統(tǒng)中，或者某些特征可以省略或不被實施。
[0125] 此外，在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，各種實施方式中描述和說明為離散 或單獨的技術(shù)、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和方法可以與其他系統(tǒng)、模塊、技術(shù)或方法進(jìn)行組合或合并。展 示或論述為彼此耦接或直接耦接或通信的其他項可以采用電方式、機(jī)械方式或其他方式通 過某種接口、裝置或中間部件間接地耦接或通信。在不脫離本文所公開的精神和范圍的情 況下，可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員得出并且可以作出變化、替代和改變的其他示例。
【主權(quán)項】
1. 一種光交換機(jī)，包括： 第一級，所述第一級包括： N個光輸入端，其中，N是2的整數(shù)次冪并且是16或更大;和 N個第一子交換機(jī)，其中，每個第一子交換機(jī)包括所述光輸入端中的1個光輸入端和4個 第一輸出端；以及 第二級，所述第二級耦接至所述第一級并且包括16個第二子交換機(jī)，其中，每個第二子 交換機(jī)包括M個第二輸入端和M個第二輸出端，并且其中，M等于N/4。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交換機(jī)，還包括： 第三級，所述第三極耦接至所述第二級并且包括16個第三子交換機(jī)，其中，每個第三子 交換機(jī)包括M個第三輸入端和M個第三輸出端；以及 第四級，所述第四級耦接至所述第三級并且包括： N個光輸出端;和 N個第四子交換機(jī)，其中，每個第四子交換機(jī)包括4個第四輸入端和所述光輸出端中的1 個光輸出端。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光交換機(jī)，其中，每個第一子交換機(jī)包括3個第一單元。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光交換機(jī)，其中，每個第二子交換機(jī)包括m個第二單元，其中， m大于或等于4。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光交換機(jī)，其中，每個第三子交換機(jī)包括Π 2個第三單元，其中， Π 2是大于或等于4的整數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光交換機(jī)，其中，每個第四子交換機(jī)包括3個第四單元。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光交換機(jī)，其中，所述第一單元、所述第二單元、所述第三單元 和所述第四單元總計為8Nlog2(N)+N(m+n2_26)個單元。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光交換機(jī)，其中，所述16個第二子交換機(jī)被分組成4個第一部 分，并且其中，每個第一部分包括4個第二子交換機(jī)。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光交換機(jī)，其中，所述16個第三子交換機(jī)被分組成4個第二部 分，并且其中，每個第二部分包括4個第三子交換機(jī)。10. -種光交換系統(tǒng)，包括： 光交換機(jī)，所述光交換機(jī)包括： 第一級的單元，所述第一級的單元包括N個第一輸入端，其中N是整數(shù)； 耦接至所述第一級的第二級的單元； 耦接至所述第二級的第三級的單元，其中，所述第二級和所述第三級中的至少之一包 括MXM的子交換機(jī)，并且其中，M等于N/4;和 耦接至所述第三級并且包括N個第四輸出端的第四級的單元；以及耦接至所述光交換 機(jī)的處理器。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述第二級包括16個MXM的子交換機(jī)并且所述 第三級包括16個MXM的子交換機(jī)。12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，至少一個裝置包括至少一個中央處理單元 (CPU)、或者至少一個存儲器、或者所述至少一個中央處理單元(CPU)和所述至少一個存儲 器二者。13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器包括： 交換機(jī)驅(qū)動器模塊； 通道選擇模塊；以及 仲裁模塊。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述交換機(jī)驅(qū)動器模塊是被配置成對所述光交 換機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的高速模擬電流電路。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述通道選擇模塊被配置成實現(xiàn)用于尋找通過 所述光交換機(jī)的通道的算法。16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述仲裁模塊被配置成對數(shù)據(jù)包經(jīng)過所述光交 換機(jī)執(zhí)行調(diào)度和爭用控制。17. -種用于設(shè)計光交換機(jī)的方法，所述方法包括： 確定N，其中，N是2的整數(shù)次冪并且是16或更大； 確定M，其中，M等于N/4; 設(shè)置N個光輸入端； 設(shè)置第一級的N個第一子交換機(jī)，其中，每個第一子交換機(jī)包括1個第一輸入端和4個第 一輸出端； 將所述第一輸入端耦接至所述光輸入端； 設(shè)置第二級的16個第二子交換機(jī)，其中，每個第二子交換機(jī)包括M個第二輸入端和M個 第二輸出端；以及 將所述第二級耦接至所述第一級。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括： 設(shè)置第三級的16個第三子交換機(jī)，其中，每個第三子交換機(jī)包括M個第三輸入端和M個 第三輸出端； 將所述第三級耦接至所述第二級； 設(shè)置第四級的N個第四子交換機(jī)，其中，每個第四子交換機(jī)包括4個第四輸入端和1個第 四輸出端； 將所述第四級耦接至所述第三級； 設(shè)置N個光輸出端；以及 將所述光輸出端耦接至所述第四輸出端。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，每個第一子交換機(jī)包括3個第一單元，其中，每 個第二子交換機(jī)包括m個第二單元，其中，m是大于或等于4的整數(shù)，其中，每個第三子交換 機(jī)包括m個第三單元，其中，m是大于或等于4的整數(shù)，其中，每個第四子交換機(jī)包括3個第四 單元，并且其中，所述光交換機(jī)包括總共N(m+n2-26)+8Nlog2(N)個單元。20. -種方法，包括： 從裝置接收用于將數(shù)據(jù)包路由通過光交換機(jī)的請求； 確定通過所述光交換機(jī)的通道，其中，所述通道經(jīng)過所述光交換機(jī)的第一級的N個光輸 入端中之一、所述光交換機(jī)的第二級的第二子交換機(jī)的M個輸入端中之一、所述光交換機(jī)的 第三級的第三子交換機(jī)的M個輸入端中之一以及所述光交換機(jī)的第四級的N個光輸出端中 之一，并且其中，N是整數(shù)，并且M等于N/4;以及 向所述光交換機(jī)發(fā)送用于經(jīng)由所述通道來路由所述數(shù)據(jù)包的指令。
【文檔編號】G02F1/29GK105917663SQ201580004939
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年8月11日
【發(fā)明人】哈米德·麥赫瓦
【申請人】華為技術(shù)有限公司