用于无源光交换的方法和系统的制作方法
用于无源光交换的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于无源光交换的方法和系统 相关申请的香叉引用
[0001] 本专利申请要求于2012年11月26日递交的题为"用于无源光交换的方法和系 统"的美国临时专利申请61/729, 872的权利，该专利申请的全部内容通过引用而包括在本 申请中。
技术领域
[0002] 本发明设及光网络，尤其设及一种用于减小时延的无源光交叉连接网络。
【背景技术】
[0003] 近年来，我们见证了由不断增长的带宽需求所驱动的光接入和局域网的快速发展 W及竞争技术的根本乏力，例如基于双绞铜线、同轴电缆或无线传输来进行传送的技术的 乏力。因此，光纤传输已经成为用于通信的通用方式，该些通信设及从到达城域的长程网络 到宽带接入网络的各种通信，从而导致促使光因特网激增，W及不同媒体流（例如数据、语 音和视频）汇集为光域中被递送到最终用户的因特网协议数据。光接入光纤提供了一种 解决"最后一英里"瓶颈的经得住未来考验的解决方法，该解决方案不仅显著增加了网络容 量还消除了从光域到电域的昂贵转变（反之亦然）。在局域网、城域网和广域网（LAN、MAN 和WAN)中，光纤亦可提供可扩展的网络，所述可扩展的网络在2. 5Gbs和10Gb/s(0C-48/ 0C-192)时分复用的基础上采用与具有（例如）4、8、16、32、48或64个波长的长程网络相同 的波分复用（WDM)技术，尽管可通过离散波长进行扩展。
[0004] 该样的网络采用多种架构，包括但不限于点到点、线性（亦称作总线）、环形、星 形、树形和网格化及单向流量（每光纤）（多根光线）和双向流量（每光纤）化及TDM、粗波 分复用（CWDM)和密波分复用值WDM)技术。线性网络通常在长程网络中使用，网格网络W 及相关的全连接网络也是如此。环形网通常出现在LAN、MAN和WAN中，而树形网用于光纤 到户/路边/驻地（FTTH/FTTC/FTT巧（通常统称为FTTx)。对网络拓扑进行的该些逻辑分 类描述了数据在节点之间所行进的路径，该路径与节点之间的实际物理连接相对。逻辑拓 扑通常与媒体接入控制（MAC)方法与协议紧密相关，在大多数情况下，MAC方法和协议也可 通过采用路由器和/或交换机来动态地重新配置。
[0005] 因此，该些光网络形成了一个网络结构，可向当今客户提供高速因特网接入、点播 音视频内容分配、无限简单消息服务（SM巧等，从而使得用于通信、娱乐W及商业应用的 无线和有线电子设备变得几乎无处不在。因此，用于存储内容的术语，比如"服务器集群" 和"数据中屯、"，成为了表示成百上千的计算机服务器和存储驱动器（硬盘驱动器）被共 置一一W支持因特网上的数据存储和分配一一的位置的代名词的一部分。内部采用光网络 的"服务器集群"和"数据中屯、"是现在被称为企业光网络的一部分，除其他元件外，企业光 网络还采用旨在满足应用程序和非通用计算应用需求的网络附加存储（NA巧和存储区域 网络（SAN)。NAS设备无非是专用于文件共享的服务器，并且在不关掉服务器W进行维护和 升级的情况下使得更多的硬盘存储空间能够被增加到已经使用该些服务器的网络上。利用 NAS设备，存储器不再是服务器的一个集成部分，而是由服务器对数据进行所有处理，该些 数据由一个或多个NAS设备递送给服务器W及用户。NAS设备不必放置在服务器内，而是 可存在于网络（通常为LAN)中的任何位置，并且NSA设备自身可由多个联网的NAS设备组 成。SAN是共享存储设备的高速子网络，其中每个存储设备仅包含用于存储数据的硬盘。理 想情况下，SAN的架构应使得所有存储设备对SAN所连接的网络上的所有服务器均可用。
[0006] 对于多于1亿的网站上估计超过1000亿的网页，数据中屯、包含海量数据。对于 接入所有该些网站的大约20亿用户，连同不断增长的高带宽视频，容易认识到但难W理 解的是，因特网每分钟的上传和下载数据量。目前，用户之间的全球IP业务量的年复合增 长率（CAGR)介于 40 % (基于Cisco的分析，参见ht1:p://www.cisco.com/en/US/solut ions/collateral/ns341/n巧25/ns537/ns705/ns827/white_pape;r_cll-481360_ns827_ Networking_Solutions_White_Paper.html)与50% (基于明巧苏达大学的明巧苏达因 特网业务量研究（MINT巧分析）之间。到2016年，用户业务量预计将超过每月100艾字节， 即超过100, 000, 000兆字节，或者超过每秒42, 000千兆字节。然而，考虑到高峰期时超过 6亿用户同时使用因特网高分辨率视频，峰值需求将会明显更高。
[0007] 所有该些数据将发生在经由数据中屯、流动的用户或者访问数据中屯、中的内容的 用户之间，并因而发生在数据中屯、之间W及数据中屯、内，该些IP业务流必须被放大许多倍 W建立真正的总IP业务流。数据中屯、布满被电缆架包围的高的电子设备机柜，数据通常被 存储在大型且快速的硬盘驱动器上，计算机服务器接受请求并且使用当下的快速电子交换 机来移动数据，从而访问正确的硬盘驱动器。在该些数据中屯、的外围，路由器将计算机服务 器连接到因特网。同时，由于该些不断增长的需求，诸如云计算之类的演进应用也与日俱 增，其中计算平台不再是独立的系统而是被托管在大规模数据中屯、中的同质互联计算基础 设施，其被称为仓库级计算机（WSC)，WSC提供无处不在的互联平台作为共享资源用于具有 某些要求的分布式服务，而该些要求难W通过数据中屯、的传统机架/服务器得到满足。该 似乎不足W发展商业实践、商业模式、W及用户对于转移和/或存储的每比特成本的持续 价格侵蚀（如果不是消除）的预期。
[0008] 因此，有必要开发出在内部连接数据中屯、和WSCW及实现互联的经济有效且可扩 展得方法，W使得数据中屯、和WSCW及电信网络能够应对带宽和速度的呈指数式增长的需 求所带来的挑战，而又不会显著增长基础设施的成本和功率。同时，对访问内容时的低时延 或无时延的期望带来了额外的压力。因此，数据中屯、互联（在本文中，为简单起见，使用数 据中屯、该一术语来包括WSC、NAS、SAN、服务器集群W及传统的数据中屯、）已经成为决定因 特网和大量采用数据中屯、互联的商业、金融和个人应用的整体性能的关键因素。光纤技术 已经在数据中屯、运行方面发挥了重要作用，并且将不断W此为目标，即W最小的时延、最低 的成本、最低的功耗和最小的空间占用尽可能快地移动数据。因此，千兆比特W太网太慢， 并且当部署诸如W太网、光纤信道W及Intel的光峰的lOGb/s解决方案时，会受到限制。 光纤信道已经接近16/20抓/s，W太网正向40抓/s和100抓/s迈进。在40抓/s和100抓/ S下，现有及正在形成的标准需要多个lOGb/s信道在平行多模光纤电缆上运行或者需要在 单模光纤上进行波分复用（WDM)。对于40Gb/s，多模光纤链路通常需要8根光纤，即每个方 向具有4x10抓/s;对于100抓/s则需要20根光纤，即每个方向具有10x10抓/s。按照标准， 对于采用0M3/0M4多模光纤的100GBASE-SR10链路，该分别限定了 100m/150m的距离。相 比之下，对于100GBASE-LR4单模光纤（SMF)链路W及诸如lOxlOGMSA的其他旧式电信解 决方法，所限定的距离为10km。lOxlOGMSA也包括用于40km链路的提案标准。
[0009] 然而，当数据传输速度增加到给定的信息块在更短的时间段内被传输时，该些进 化系统将无法解决时延，即提出数据请求与该数据被提供之间的时间，也无法解决会增加 时延的网络故障。通常，该些光网络所采用的架构（例如）为线性、总线或环形网络，其中， 网络上任意两个节点之间的时延取决于该两个节点与网络接入点之间的距离W及该些网 络接入点在网络上的相对位置；或者为星形网络，其中，时延取决于其与核屯、的距离W及中 央交换结构将数据从网络的一个"臂"路由到另一个臂的能力。当速度、成本和某些时延通 过针对网络的"臂"采用光纤链路而得W解决时，中央交换结构仍采用较大的电子交叉连接 W处理链路容量。
[0010] 光交换结构迄今主要聚焦于空间交换应用，例如保护、故障恢复，W及可重新配置 的塞取多路复用器，交换速度大约为毫秒，而不是提供数据内的帖或其他块水平的交换所 需的纳秒及皮秒。当用于在该些时间尺度上运行的光交换设计存在（例如）基于魄酸裡、神 化嫁和磯化铜的光电路时，其成本、性能和可扩展性将该些光交换设计的部署限制在演示 和实验测试床内。但是，明显的是，如果来自一个节点的数据被同时分配给所有节点而不是 通过环形网络、线性网络、总线网络、网格网络或核屯、电子路由进行路由，则时延可被降低。
[0011] 根据本发明的实施例，发明人提出了基于全无源光网络的架构，并将全无源光网 络称为无源光交叉连接网络（P0CXN)，该架构支持用于减小时延的分配方式W及与架构的 部署相关的协议。有利的是，该一P0CXN概念采用已经得到大批量生产技术支持的光学部 件。
[0012] 通过结合附图审阅下述对本发明的具体实施例的描述，本领域的普通技术人员将 清楚本发明的其他方面和特征。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于解决与光网络相关的现有技术中的问题，尤其设及提供用于减 小时延的无源光交叉连接网络。
[0014] 根据本发明的实施例，提供了一种设备，包括： 多个分配级，每个分配级包括预定数量的具有输入端口和输出端口的无源光分路器， 所述无源光分路器将所述输入端口中的每一个处的光信号同时禪合到所有所述输出端口； W及 多个互联级，每个互联级将所述多个互联级的第一预定级连接至所述多个互联级的第 二预定级，W使得所述光信号的来自所述多个互联级的所述第一预定级的第一预定数量的 无源光分路器的输出端的预定部分W预定的方式被禪合至所述多个互联级的所述第二预 定级的第二预定数量的无源光分路器的输入端的预定部分。
[0015] 根据本发明的实施例，提供了一种方法，包括： 提供一种无源光交叉连接网络（P0XN)，该P0XN包括第一组多个输入端口和第二组多 个输出端口； 提供禪合至所述P0XN的多个节点W使得所述多个节点中的一个节点发送的信号在不 存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个节点； 提供在每个节点上执行的协议引擎，所述协议引擎执行单个节点发现序列和至少一个 数据转移序列的周期性重复处理； 其中，在所述至少一个数据转移序列期间每个节点所发送的数据依靠在所述节点发现 序列期间请求发送数据的节点的数量W及每个请求发送的节点必须发送的数据量来进行 确定。
[0016] 同意时，插入独立权利要求W进行完善。
[0017] 根据本发明的实施例，提供了一种方法，包括： 提供一种无源光交叉连接网络（P0XN)，该P0XN包括第一组多个输入端口和第二组多 个输出端口； 提供禪合至所述P0XN的多个发射器节点W使得所述多个发射器节点中的发射器节点 发送的信号在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到多个接收器节点，每个接收器节 点在预定波长上进行发射； 提供禪合至所述P0XN的所述多个接收器节点W使得所述多个发射器节点发送的信号 在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个接收器节点，每个接收器节点从所 述多个发射器节点中的所有正在发射的发射器节点接收所述信号； 提供多个电子处 理元件，所述多个电子处理元件从所述多个发射器节点接收多个接收 信号，每个电子处理元件从所述多个接收信号的每个接收信号中滤波掉不用于所述多个接 收器节点的一个接收器节点的全部内容，该接收器节点与该电子处理元件相关联；W及 提供多个缓冲节点，每个缓冲节点从所述多个发射器节点接收经滤波的接收信号并将 所述经滤波的接收信号排序用于传输到被连接至该缓冲节点的数据宿。
[001引根据本发明的实施例，提供了一种方法，包括： 提供第一无源光交叉连接网络（P0XN)，该第一P0XN包括第一组多个第一输入端口和 第二组多个第一输出端口； 提供第二无源光交叉连接网络（P0XN)，该第二P0XN包括第一组多个第二输入端口和 第二组多个第二输出端口； 提供多个数据源，每个数据源被禪合至所述第一组多个第一输入端口的预定第一输入 端、所述第一组多个第一输出端口的预定第一输出端、所述第二组多个第二输入端口的预 定第二输入端、所述第二组多个第二输出端口的预定第二输出端。
[0019] 根据本发明的实施例，提供了一种方法，包括： 提供多个无源光交叉连接网络（P0XN)，每个P0XN包括多个输入端口和多个输出端口； W及 提供多个数据源，每个数据源被禪合至所述多个P0XN的每个P0XN的预定输入端W及 被禪合至所述多个P0XN的每个P0XN的预定输出端。
[0020] 通过结合附图审阅下述对本发明的具体实施例的描述，本领域的普通技术人员将 清楚本发明的其他方面和特征。
【附图说明】
[0021] 现在将仅W示例的方式参考附图对本发明的实施例进行描述，其中：
[0022] 图1A和1B描绘了根据现有技术所述的烙融光纤无源光功率分路器/合路器；
[0023] 图2描绘了根据本发明实施例所述的27x27星形禪合器的示例性架构；
[0024] 图3描绘了根据本发明实施例所述的27x27星形禪合器的示例性架构；
[0025] 图4描绘了随根据现有技术和本发明实施例所述的星形禪合器的端口数变化的 多余光损耗；
[0026] 图5描绘了根据本发明实施例所述的结合星形禪合器的基于示例性WDM的链路拓 扑；
[0027] 图6描绘了根据本发明实施例所述的作为采用星形禪合器的网络协议一部分的 发现序列；
[0028] 图7描绘了根据本发明实施例所述的作为采用星形禪合器的网络协议一部分的 数据转移序列；
[0029] 图8描绘了根据本发明实施例所述的无源光交叉连接网络；
[0030] 图9描绘了部署在二维超级P0XN内根据本发明实施例所述的无源光交叉连接网 络；
[0031] 图10描绘了部署在二维超级P0XN内根据本发明实施例所述的无源光交叉连接网 络；化及
[0032] 图11描绘了部署在=维超级P0XN内根据本发明实施例所述的无源光交叉连接网 络。
【具体实施方式】
[0033] 本发明设及光网络，尤其设及一种用于减小时延的无源光交叉连接网络。
[0034] 随后的描述仅提供了示例性实施例，并不用于限制本公开的范围、应用性或配置。 更确切地说，随后对本发明示例性实施例的描述将向本领域技术人员提供能够实施示例性 实施例的描述。应该理解，在不偏离所附权利要求中提出的精神和范围的情况下，可对一些 元件的功能和布置做出各种改变。
[0035] 此部分W及整个公开中所使用的"便携式电子设备（P邸）"是指用于通信和其他应 用的无线设备，该无线设备需要电池或者其他独立形式的能量用于供电。该包括但不限于 移动电话、智能手机、个人数字助理（PDA)、便携式计算机、寻呼机、便携式多媒体播放器、便 携式游戏控制台、膝上型计算机、平板计算机W及电子阅读器。此部分W及整个公开中所使 用的"固定电子设备（FED)"是指用于通信和其他应用的无线和/或有线设备，该无线和/ 或有线设备需要连接到固定的接口W通电。该包括但不限于膝上型计算机、个人计算机、计 算机服务器、信息亭、游戏控制台、数字机顶盒、模拟机顶盒、因特网使能设备、因特网使能 电视W及多媒体播放器。
[0036]无源光否义连接；参考图1A，其描绘了根据现有技术所述的烙融光纤无源光功率 分路器/合路器的第一视图100A和第二视图100B。参考第一视图100A，其描绘了烙融2x2 禪合器，其中，第一光纤105A和第二光纤105B分别在（例如）施加火焰的情况下在一区域 中被拉伸和绞合到一起，W使得光纤软化并且可被拉制使得其纤巧和包层减小，从而增大 一根光纤与另一光纤在长度为d的中央锥形区域115内的禪合。还描绘了第一锥形部110A 和第二锥形部110B，其中光纤朝向中央锥形区域115从其初始几何尺寸（例如9ym纤巧 和125ym包层）逐渐变窄。因此，根据光纤的拉锥工艺和端面，一根光纤（例如第一光纤 105A)内的光信号在两个输出端之间W功率PauTl和PDUT2进行分配。因此0《PP?W及p日UT2=PIN-P日UTI，w使得可实现多个分光比，例如10:90、25:75、50:50等。通常在形成星 形禪合器时，使用50:50的禪合器。
[0037] 生成的烙融光纤禪合器易碎，所W通常被组装在保护壳体中，如第二视图100B所 示。在该里，烙融禪合器135使用环氧树脂130被安装在石英基板145上。光纤（通常具 有最初的250ym涂层）处于管120内，管120的每个端部同样被附接在石英基板145上。 然后该一组件通常被插入金属管125中，并且保持套管150被附接W密封金属管125的端 部W及把持管120。该样的封装的示例由第S视图100C中的第一组装分路器155A和第二 组装分路器155B进行描绘，155A和155B分别使用900ym次级管和250ym初级涂层，封装 直径为5. 6mmW及长度为76mm;也通过第S视图100C中的第S组装分路器160A和第四组 装分路器160B进行描述，160A和160B同样分别采用900ym次级管和250ym初级涂层，封 装直径为4mm。为了减小该样的禪合器的占用面积，一些供应商，例如Viscore，推出了直径 为3. 0mm并且长度为54mm或60mm的烙融光纤封装。在图1的第四视图100D中，还描绘了 第一至第S星形禪合器165、170和175,分别表示4x4模块、16x16模块W及32x32的安装 在机架上的星形禪合器。
[0038] 参考图1B，其分别描绘了第一网络180和第二网络190,180和190代表了用于实 现具有M= 2"的星形禪合器所谓的"全混洗"架构W及Banyan架构，其中对于根据现有技 术所述的4x4、8x8、16xl6等星形禪合器，n= 2, 3, 4…等。实现"全混洗"的第一网络100E 采用R=M/2 2x2禪合器的n= 3个臂，其中，在每对臂之间实现了 "全混洗"。相比之下， 第二网络190同样采用R=M/2 2x2禪合器的3个臂，但是此时2x2禪合器的第一臂与第 二臂之间的混洗和2x2禪合器的第二臂与第S臂之间的混洗是不同的。在2x2禪合器的第 一臂和第二臂内，混洗路由被划分W使得第一臂的上半部与所有的禪合器禪合并且第一臂 的下半部同样与所有的禪合器禪合，但在2x2禪合器的第二臂与第=臂之间，混洗被分开 W使得混洗的上半部仅与上半部禪合并且下半部同样仅与下半部禪合。根据第二网络190 中所描述的Banyan架构，在对星形禪合器设计进行扩展的情况下，X= 2^禪合器作为R= M/2 2x2c禪合器的子集，此时每个域区间为1 = 1，2,…，n;对于该样的32x32的禪合器，在 每个域中，两组2x2禪合器禪合域在16, 8, 4之间。
[0039] 因此，明显的是，该样的星形禪合器的复杂度具有严重的问题，因为烙融光纤禪合 器阵列必须按照每根光纤必须路由的位置的限定序列被连接在一起。该需要较大的器件， 例如在图1A中被表示为第=星形禪合器175的安装在机架上的32x32星形禪合器。进一 步地，随着M的增大，插入损耗增大3地（无源分路损耗），另外还有烙融光纤2x2禪合器的 额外损耗（对于高质量烙融禪合器通常为0.4地）W及针对每个额外等级的2x2禪合器的 互联损耗（通常为0. 1地）。
[0040] 因此，考虑27x27星形禪合器的要求，则所要求的等级数为n= 5,即M= 32,因为 先前的等级，即n= 4,支持高达16个端口。因此，n= 5的理想分路器的插入损耗为Loss =3地Xn= 3地X5 = 15地，W及对于典型的组装分路器，插入损耗为Loss= 3. 5地X5 = 17. 5地。因此，有利于提供通过烙融光纤器件实现星形禪合器的途径，可随着端口数的增加 而减小器件的数量W及插入损耗。因此，发明人对使用ZXZ禪合器的星形禪合器组件进行 了分析，其中Z= 2, 3, 4,...。图1B的第一视图描绘了 1x3禪合器的截面图，某些禪合器 (比如1x3禪合器）提供了高度对称的用于烙融的结构，从而提供了较其他禪合器（比如 1x4)改进的均匀性。
[0041] 对本领域普通技术人员而言，明显有利的是，星形禪合器从一个输入端口到任一 输出端口的时延实际上是恒定的，该不同于环形、总线形和网格形架构中的节点到节点时 延。考虑到光学结构中不包含有源器件的系统，即光域中不存在用来提供信号放大或重新 生成的光学放大，则功率预算成为禪合器结构的端口密度的确定性因子。为了计算禪合器 结构的功率预算，首先需要估计来自系统的其余部分的功率损耗，其主要包括复用器/解 复用器插入损耗和光纤传输损耗。具体来说，对于基于薄膜滤波器的CWDM，复用器/解复用 器造成的功率损耗大约为2. 5地。假设损耗为0. 3地/km并且长度为10km(通常为数据中屯、 内的最大距离要求），则复用器/解复用器与禪合器结构之间的每个光纤段的链路预算为 3地。在大多数交叉连接应用中，光纤长度会远小于10km。在系统层面，来自发射器到达接 收器的光信号行进经过一个复用器、一个解复用器W及长度最大为20km的光纤，从而产生 11地的功率损耗。考虑到35地的系统功率预算（该对于现有的光器件技术是可行的），则 针对禪合器结构的功率预算为24地。
[0042] 发明人也开发了用于具有较多的信道端口数量的星形禪合器的设计，该些设计结 合了烙融光纤禪合器设计（比如2x2和3x3禪合器），从而提供所需要的设计。参考图2， 其描绘了根据本发明实施例所述的27x27星形禪合器的示例性架构200,其中采用了树型 配置的3x3禪合器210。每个3x3禪合器210具有4. 77地的本征损耗，并且基于现有的烙 融光纤技术批量制造的额外损耗为0. 5地。如图2所示，架构200最初将所有输入信号并入 单个3x3禪合器210中，然后在所有输出端之间再次使用3x3禪合器210相等地分路信号 功率。对于N输入端W及N输出端，该一设计需要2[log3闲-1级3x3禪合器210。考虑到 用于互联相邻级的接头损耗为0. 2地W及0. 5地的额外损耗，则每个输出端处的功率损耗 为5. 47 (2 [log3闲-1)-0. 2地。因此，对于24地功率预算，发射器与接收器之间的端口数量 N在超过该损耗之前只能达到9。该设计的问题在于=分之二的功率在每个合路或分路操 作期间被完全浪费掉。
[0043] 同样地，参考图3,其描绘了根据本发明实施例所述的27x27星形禪合器的示例性 架构300,其中采用了经修改的Banyan配置的3x3禪合器330,所述经修改的Banyan配置 使用提供9x9星形 禪合器的第一子块310W及使用3个3x3禪合器330的第二子块320。 可提供更高效设计的架构300使用Banyan或基线拓扑将3x3禪合器330互联W使得全部 输入功率在相等功率分路的情况下被递送到输出端。与图2中的前一设计相比，示例性架 构300内的级数从5减至3。更一般地说，对于N输入端W及N输出端，只需要[log3闲级 的3x3禪合器330,该在任一输出端处对应于5. 47 [log3闲-0. 2地的功率损耗。对于24地 的功率预算，禪合器结构的端口数量可W扩展到N= 81。该一情况下每个输出端处的功率 损耗为21. 68地。请注意，如果具有相同额外损耗的3. 01地2x2禪合器用于构建禪合器结 构，则该禪合器结构的端口数量可W高达N= 64,输出端处的精确功率损耗为22. 06地。
[0044] 输出端处的功率损耗包括；功率分路造成的基本损耗，W及由禪合器额外损耗 和光纤接头损耗引入的附加损耗。使用3x3和2x2光禪合器对附加损耗的贡献分别为 0. 7 [log3闲-0. 2地和0. 7 [log2闲-0. 2地。图4对该些额外损耗进行了绘制，其中，从额外 损耗和接头损耗的角度来看，3x3禪合器是明显优于2x2禪合器的构建块。因此，基于发明 人所进行的分析表明，与基于2x2烙融光纤禪合器的现有技术的构建方法不同，星形禪合 器在与烙融器件组装时，提供了更强的性能。相应地，考虑到3x3构建块，则随着n的增加， 端口数量为3、9、27、81W及243,而现有技术设计的端口数量为2、4、8、16W及32。不过， 发明人也分析了采用3x3禪合器和2x2禪合器的混合星形禪合器设计，使得中等数量的端 口得W实现，其中支持的端口数量N可W是具有且仅具有质因数3和/或2的任意整数，例 如N= 48)。
[0045] 对本领域普通技术人员而言，明显有利的是，星形禪合器从一个输入端口到任一 输出端口的时延（如图3和图4中的示例性架构300和400所示）实际上是恒定的，该不 同于环形、总线形和网格形架构中的节点到节点时延。
[0046] 明显的是，可W使用各种其他架构，该些其他架构采用小型ZxZ禪合器（例如2x2 和3x3)的不同组合，从而提供所需的星形禪合器功能。同样明显的是，可使用其他小型ZxZ 禪合器，只要该些ZxZ禪合器具有高性能，包括（例如）4x4和6x6等。进一步地，某些架构 可采用小型MxN禪合器，比如3x1和4x2。当之前相对于星形禪合器和小型ZxZ禪合器进行 表示和讨论的架构相对于采用烙融光纤器件技术进行讨论时，对于本领域的普通技术人员 而言，明显的是，可交替采用自由空间或其他光波导技术W提供整个星形禪合器结构或对 小型ZxZ禪合器构建块进行连接。自由空间技术连同微光ZxZ禪合器（同光纤一样）在不 存在干扰（串扰）的情况下，允许不同路径之间存在低损耗跨接。进一步地，某些P0XN架 构可使用反射结构进行"折叠"W使得节点的发射器端口和接收器端口可被禪合至P0XN的 同一侧而不是节点的所有发射器端口被禪合至一侧且节点的所有接收器端口被禪合至其 他侧。使用合适的附加光学器件时，在每个节点处，发射/接收信道在单根光纤上而不是在 一对光纤上进行双向发射。
[0047] 可选地，各种折叠的全连接网络（包括但不限于Banyan、碟形W及全混洗网络）可 用于部分或整体提供光禪合器结构。在本发明的其他实施例中，一个或多个绕射光栅可用 作自由空间光学混合版本的一部分W提供分路功能。在本发明的其他实施例中，光栅可配 置W使得可配置的结构能够得W实现。进一步地，在本发明的其他变型中，混合自由空间光 禪合器可作为一个构建块，例如4x4和6x6,W在根据本发明实施例所述的P0XN中使用。在 使用绕射光栅的某些折叠的P0XN元件中，该些光栅中的一部分可被波长选择开关（WS巧所 代替。
[0048] 上述的星形禪合器是使得能够在数据中屯、内构建光交叉连接网络的无源分配器 件。因此，用于该样的交叉连接的主要光学器件为NxN非波长依赖型禪合器结构，其具有 N个输入端和N个输出端。每个输入端的光功率在N个输出端之间进行等分W使得在光交 叉连接网络中，在任一输入端与任一输出端之间建立回路W及在任一输入端与任一输出端 之间建立时延时，不需要进行重新配置。该使得无源光交叉连接能够支持各种类型的业务。 然而，最初也考虑到带宽效率会减小，因为在不同的输入-输出对之间不可能进行空间波 长复用，在有源交换的交叉连接中会使用不同的输入-输出对。但是，为了完全理解光学技 术的带宽效益，在禪合器结构的每个输入端处使用波分复用（WDM)。在该分析中，受到数据 中屯、部署对成本的敏感性的推动，在现有设计中倡导CWDM。凭借现有的CWDM技术，每个波 长可在lOGb/s下运行，且每个端口可支持18个波长。因此，在该种情况下，光交叉连接网络 的总带宽容量为180Gb/s。此外，可在每个波长上使用时分复用（TDM)W提供子波长粒度下 的带宽利用率，该从w下分析中可明显看出。在本发明的其他实施例中，在根据链路长度、 成本等产生的限制的情况下，当在C波段（1528. 77皿至1563. 86nm)内lOOGHz处使用DWDM 的情况下波长的数量增至44个波长时或者使用交织器W及在1550nm区域中采用S波段和 L波段扩展的情况下波长数量更多时，每个波长可在增大的数据速率下运行，例如20Gb/s、 40抓/s等。
[0049] 参考图5,其描绘了传输系统500,该传输系统500使用具有第一至第S节点510、 520和530的交叉连接结构，第一至第S节点510、520和530分别表示禪合至2MX2M禪合 器结构540的M个节点。在本说明书的剩余部分，该样的交叉连接结构被称为无源光交叉 连接（P0XC)结构。在第一至第S节点510、520和530的每一个中，网络接口卡（NIC) 550 具有发射端口和接收端口。每个发射端口（作为复用器580的输出端）配有位于发射器块 560内的固定（或可调）发射器阵列，所有发射器均在不同的波长下工作，该些发射器由第 一至第N发射器565A至565N表示。起初，该些不同的波长被不同的光纤所携带，其中，所 有的波长信号随后通过复用器550并入一根光纤。接收端口是发射端口的反面，其能够接 收所有N个波长。接收端口与发射端口具有相似的结构，其中，复用器580和发射器块560 分别被解复用器590和接收器块570所代替。接收器块560包括第一至第N接收器575A 至575N。为使精确时钟同步和延迟测量能够实现，假设具有一个NIC550的发射器和接收 器与禪合器结构具有相同的光纤距离，W使得从信源NIC550到信宿NI巧50的传播延迟与 从信宿返回信源的传播延迟相同。该一假设通常在实际系统中得W满足。
[0050]无源光否义连接协议；对于本领域普通巧术人员而言，明显的是，由于其广播特 性，P0XC结构意味着带宽资源在所有的输入端之间进行共享。因此，为了在输出端口避免 来自不同输入端口的帖碰撞，重要的是开发一种在链路层协调端口传输的多接入协议。在 前述描述中，18波长lOG/s的CWDM部署被认为提供了 180抓/s的总带宽容量。理想情况 下，如果所有N个输入端都有数据要发送，则多接入协议应使得对于N个输入端，能够达到 每端口 180/NGb/s的平均传输速率；W及如果仅一个端口有数据要发送，则瞬时传输速率 为180抓/s。但是，控制开销是无法避免的，从而导致任一情况下传输速率降低。
[0051] 发明人通过利用端口的对等特性W及介质的广播特性，提出了一种具有服务质量 怕〇巧支持的高度分布协议。被称为高效分布式接入协议（肥DA巧的协议，对于主-从基础 设施可实现高于轮询方法的效率的同时保持完全分布式操作W避免单点故障。肥DAP被分 为两个阶段；发现阶段和数据传输阶段。发现阶段旨在实现可使网络的运行成本最小化的 即插即用目标。在该阶段期间，P0XN中的端口将有机会发现该P0XN中的其他端口、建立公 共参考时钟、将时钟同步到所述参考时钟W及测量往返时间和回送时间。图6中的发现序 列610已示出发现阶段，并且其后具有多个数据转移序列650,每个数据转移序列在调度周 期640内发生。下文给出了发现阶段的细节。
[0052]图7所描绘的数据转移阶段在发现阶段之后，但是其完成的时间较发现阶段长， W使得由发现阶段引入的开销可实现最小化。在发现序列610之后，数据转移阶段被进一 步分为多个调度周期640,每个调度周期包括数据转移阶段650。在发现阶段所发现的每个 端口将有机会在每个调度周期内发送突发的帖。在突发的末尾，端口还会公布其在下一个 周期期间需要发送的业务量。梢带方法使得所有其他端口能够通过基于广播的P0XN获知 请求的同时可用于维持一一来自不同信源端口的业务突发之间的一一端口间保护间隔的 带宽浪费最小化。与轮询方法（主节点轮询从节点，基于响应制作调度表，然后通知从节点 其相应的调度表）不同，POXN中的端口可在获知来自其他端口的所有公布之后，在本地层 面单独制作自己的调度表。只要公共调度算法被所有端口使用，就可W避免调度冲突。该 类似于对等网络中所使用的方法，在对等网络的该方法中，公共哈希函数被所有的对等体 所使用W建立分布式哈希表值HT)，而不需要中央服务器。利用发现阶段中所测得的回送时 间，可对时钟漂移和传播延迟进行补偿，W使得来自不同端口的调度表可在周期内被及时 地完全对准。因为不存在轮询方法中的轮询消息，周期可W-个紧接着一个，而之间的间隙 很小。该进一步减小了与轮询方法相关的开销。
[0053] 考虑到端口的流失，发明人允许在数据转移阶段运行足够长时间W后重复发现阶 段。发现阶段的重复使得；能够发现新的端口，时钟能够被重新参考与重新同步（当发生时 钟参考端口故障时），W及往返时间和回送时间能够被再次测量（当发生时钟参考端口故 障时）。发现阶段之间的时段应当足够长W容纳尽可能多的调度周期，同时应该足够短W使 加入网络的新端口的延迟和对时钟漂移的影响最小化。协议可作为个别情况进行实施W将 多个波长作为逻辑上的一个资源块进行管理，或者作为多个独立情况进行实施，每种情况 针对一个波长，W实现更好的可管理性、灵活性和可靠性。两种实施模式具有相同的带宽效 率。下面分别参考图6和图7对该些阶段进行描述。
[0054] 发现阶段：系统启动时的发现阶段一一当系统启动时，所有端口开始监听P0XN- 段时间。基于在该时段内不会检测到传输的事实，每个端口得知系统刚刚启动。然后，所有 端口在各自的随机回退时段之后开始发送DISCOVERY(发现）消息W使得自身能够被所有 其他端口所识别的同时最小化消息碰撞。DISCOVERY消息携带发送方端口的MAC地址、发送 消息的时间戳、用于发现窗口的时段W及在第一调度周期中待发送的业务量。在进行发送 时，端口也在其接收侧监听DISCOVERY消息。该些消息包括端口自身发送的消息。在没有 传输协调的情况下，很有可能发生消息碰撞。碰撞的消息在端口的接收侧的MAC层进行检 巧。。相似的技术已用于EP0NQE邸标准802. 3-2008)中。通过在发送每个DISCOVERY消息 之前强加随机回退来避免持续的碰撞。发现窗口始于所有端口对第一DISCOVERY消息的正 确接收，并且其持续时间如该消息中指定的那样。
[0055] 由于每个端口可收听到来自信道的完全相同的消息流，所W端口可安全地推断出 在该端口的本地接收器处所成功接收到的第一DISCOVERY消息也就是所有其他端口所成 功接收到的第一DISCOVERY消息， W使得所述发现窗口是完全一致的。如果多个波长由单 个协议实例进行管理，则可在同一时刻接收不同波长上的消息。在该种情况下，所有端口使 用同一判据策略W选择相同的第一消息。所有DISCOVERY消息必须在发现窗口内被任意 端口所接收。由于端口到端口的传播延迟，允许发送DISCOVERY消息的实际窗口（由$t_ (TW}$表示）小于所通告的发现窗口 $t_{TW}$。由于此时端口到端口的传播延迟未知，所 W20km最大光纤距离上的最坏情况下的传播延迟$T'{PP}_{MA对=100\11111.3$被假设为 接近安全传输窗口。因此得到$t_{LW} =t_{DW}-r巧巧_{MAX}$。如果在$t_{TW}$内检 测到任何消息碰撞（可W是或者不是其自身的DISCOVERY消息），则端口将在新的随机回退 时段之后调度重新传输直到其自身的DISCOVERY消息在其本地接收器处被适当地接收（因 而也被所有其他端口所接收）或者直到所述传输窗口 $t_{TW}$结束。对DISCOVERY消息 的成功接收表明发送方端口已为所有端口所知。该样的端口被称为成功端口。第一成功端 口决定发现窗口，并且其时钟还作为用于同步的参考时钟。在图6中，假设端口 1为第一成 功端口，并且端口 2和端口 3依次为第二成功端口和第=成功窗口。端口 1则可决定其回 送时间为$T_{L1} = 同样地，端口 2和端口 3可决定其相应的回送时间 分别为$T_{L2} $和$T_{U} $。在第一成功端口所通告的时间窗口的时段到期之后，不允许 其他端口进行发送。
[005引然后，第一端口将广播CONFIRMATION(确认）消息W向每个已知端口总结信息， 比如端口的MAC地址、来自端口的DISCOVERY消息的传输时间（即该DISCOVERY消息内 的时间戳）、DISCOVERY消息在第一端口处的接收时间、W及第一调度周期的业务请求。 CONFIRMATION消息还会通知后续数据传输阶段的开始时间所包含的调度周期 的总数量、W及用于下一发现阶段的发现窗口的大小。然后，每个端口可使用该些信息W 决定到达第一端口的往返时间W及相对于第一端口的参考时钟的时钟偏移。W端口 2为 例。使$t' {12} _ {rtt} $和$t_{offset} $分别表示其到达端口 1的往返时间W及相对于端 口 1 的时钟偏移。极易确定 W及 $t_ {22} =t_{15}+t_{offset}+l/2t-{12}_{rtt}$。因此，得到 = (t_{22}t_ {1 引）+\left(t_{13}-t_{21}\ri曲t)$，W及 $t_{offset} =l/2\left[\left(t_{22}t_ {15} \ri曲t)-\left \ri曲t) \ri曲t] $。然后，端口 2使用偏移值来校正其 时钟。
[0057]当CONFIRMATION消息被所有端口接收时，所有时钟都被同步到参考时钟。每个端 口将按照各个端口成功发送其DISCOVERY消息的顺序W及各个端口在即将到来的第一调 度周期中待发送的业务量，维护发现阶段所发现的所有端口的列表。利用该列表，每个端口 可为所有端口制作调度表W决定其发送自身业务的时间和可发送的业务量。在假设所有端 口使用相同的算法的情况下，极易看出每个端口在本地产生的调度结果完全相同W确保在 第一调度周期内不存在与其他端口的突发碰撞。如果未接收到CONFIRMATION消息，则端口 会再次重启。
[0058] 正常操作期间的发现阶段一一一旦开始数据转移，每个数据转移阶段紧随发现阶 段。在每个发现阶段期间，现有端口不发送DISCOVERY消息，因为相互认识。现有端口将监 听和记录来自由潜在新端口所产生的任何DISCOVERY消息的信息。当新端口试图加入P0XN 时，其需要等待CONFIRMATION消息W获知共享信道的所有现有端口，获取下一发现窗口的 大小W及需要得知当前数据转移阶段中调度周期的数量W进一步确定下一发现阶段的开 始时间。该意味着新端口在使自身被其他节点所认识之前，必须等待至少一个数据转移阶 段。在等待时段内，新端口监视网络、记录来自其接收的所有消息的信息、并且追踪调度周 期W计算下一发现窗口的精确开始时间。
[0059] 在下一发现阶段期间，只有新端口需要发送DISCOVERY消息。该将最小化碰撞。在 发现窗口结束之后，在系统启动时，第一成功端口（或者更精确地，当前时钟参考端口）将 发送CONFIRMATION消息，如果可能的话，会考虑端口故障。CONFIRMATION消息包含；与现有 和新加入端口有关的信息、后续数据转移阶段、W及下一发现阶段。所有端口将使用该信息 W计划其将来的操作事件。如果未接收到CONFIRMATION消息，端口将会认为在发现阶段内 时钟参考端口碰巧故障，然后重新启动。但是，考虑到下文所示的发现阶段的短持续时间， 该样的故障事件应该很罕见。
[0060] 数据转移阶段一-调度算法将决定端口可进行发送的时间W及可发送的量。不对 哪些调度算法可被使用进行限制，只要所有端口遵循同一调度算法。例如，在图6中，假设 所使用的调度算法决定在第一调度周期中发送数据业务的顺序为端口 2、端口 3、端口 1。然 后，数据转移阶段开始于端口 2在t23 =tCl-TL2/2时刻发送其自身的数据突发W使数据 突发如在CONFIRMATION消息中所定义的那样准确地在时刻tCl到达禪合器结构。在完成 其数据突发之后，端口 2将公布其回送时间tL2W及其对下一调度周期的请求（作为通过 REQ肥ST(请求）消息的梢带）。所有其他端口将在各自的列表中记录回送时间W及所请求 的量用于下一周期计算。端口 3在端口 2之后进行发送。端口 3将调度其业务突发W使得 该业务突发正好在端口 2所发送的梢带信息的最后一比特之后到达禪合器结构。端口 3可 W该样做，因为它知道到达禪合器结构的传播时间（即，TL3/2)。如果即使在校正之后时钟 也不完美，则需要一个保护时间W避免重叠。在完成其突发后，端口 3会像端口 2那样公布 其回送时间W及对下一周期的请求。所有其他端口将进行记录。
[0061] 继续该处理直到最后一个端口完成其数据突发和梢带请求。当来自最后一个端口 的REQUEST消息被所有端口接收时，每个端口获知所有端口的回送时间W及所有端口在第 二调度周期中的请求。假设在第二周期中，调度算法所给出的传输顺序与第一周期中的传 输顺序相同。然后，端口 2马上开始第二周期。理想情况下，来自端口 2的第一比特应当正 好在上一周期的最后一比特之后到达禪合器结构。然而，问题在于端口 2可能没有收到最 后几个端口所发送的梢带请求，因为端口 2需要较早发送其突发W减小由传播延迟导致的 间隙。在未接收到最后几个端口的梢带请求的情况下，端口 2仅具有部分请求信息用W计 算针对下一周期的调度表。在该种情形下，端口 2可能需要等待直到接收到来自所有端口 的梢带请求，如图6所示。第二周期tC3的开始时间由每个端口进行本地计算，即tC3 =tC 2+l/2max{TLl，化2,化3}+Tproc+TL2/2,其中，tC2表示上一周期的最后一比特到达禪合器 结构的时间，l/2max{TLl，化2,化3}是该最后一比特从禪合器结构传播到最远的端口所用 的时间，Tproc是在端口处设置用于消息处理、算法运行等的恒定时间值，W及化2/2是第 一传输端口的第一比特在当前周期（即端口 2)到达禪合器结构的传播时间。请注意，tC2 作为调度算法的输出在前一周期给出。
[006引同样，后续调度周期的开始时间相继得W确定。因此，通过从CONFIRMATION消息 开始监听信道，信道接入事件的时间可贯穿整个数据转移阶段进行精确计算。该使得未知 的新端口能够紧随数据转移阶段的最后一比特的接收，识别出发现窗口。周期之间的信道 空闲间隙可通过开发更复杂的调度算法来消除，而今后可从此方面入手进行研究。
[006引在时刻tl5,当发送CONFIRMATION信息时，端口 1仅知道其自身的回送时间。为 使数据转移阶段能够在任一端口处开始，端口 1假设最远端口与禪合器结构相距10km。使 TCPMAX= 50 □S表示对应的单程传播时间。因此，时间tCl计算为tCl=tl5+tCFMtran s+tLl/化2TCPMAX+化roc,其中，tCFMtrans表示消息传输时间。此外，由于每个端口在第一 调度周期结束时得知所有端口的回送时间，所W此后端口之间的传输顺序可W随周期而改 变。很容易看出，上述协议可支持QoS,因为只要所有端口使用相同的确定性调度算法，就 不会对调度算法增加任何特殊要求，该使得本发明的算法简单且对于不同应用都很具吸引 力。
[0064] 当端口停止运行时，其他端口将检测到该一情况，因为停止运行的端口不再发送 对下一周期的请求。所有其他端口（除了在调度w后的周期时假设停止运行的端口不会发 送任何数据之外）不需要执行任何操作。如果停止运行的端口是时钟参考端口，则所有其 他端口仍W相同的方式运行直到下一发现阶段为止。在下一发现阶段期间，所有其他端口 将从各自的列表中移出失效的端口。列表上的第二端口则变成时钟参考端口。
[0065] 功率效率一一当端口不发送数据时，该端口关闭其发射器W避免干扰其他端口的 传输。该也有助于节能。此外，当端口在非高峰期具有较少的数据要发送时，该端口可W简 单地完全关闭自身的某些发射器使得看起来该端口在相应的波长上"停止运行"。该一特性 进一步降低了能量，并且当协议基于每波长实施时，能够获得很好的支持。当业务需求增加 时，该些发射器可通过利用周期性发现阶段该一机会再次开启。
[0066] 带宽效率一一在下文中，通过数值示例来示出所提出的协议的带宽效率。如下面 的表1所示，所使用的参数基于现有的EP0N技术。假设禪合器结构已互联64个端口。首 先，考虑由整个发现阶段产生的带宽开销，假设发现阶段每一分钟被触发一次。发现窗口被 认为是500yS，其中，100yS用于消息传播，化及400yS用于随机回退。应当注意，消息仅 在禪合器结构内可能发生碰撞。因为禪合器结构内的消息传输时间和传播延迟两者都很 小，所W两个或多个帖碰撞的几率实际上非常小。发现阶段WCONFIRMATION消息的传输而 结束，CONFIRMATION消息到达最远端口所花的时间为100yS。因此，发现阶段的开销估计 为[巧00+100)xl0-6]/60xl00%= 0. 001%，该对带宽效率的影响可忽略，因而不将其考虑 在内。也就是说，带宽效率完全决定于数据转移阶段。假设一个简单的调度算法，该调度算 法不会消除调度周期之间的信道空闲间隙，如图6和图7所示。信道空闲间隙包括；禪合器 结构至最远端口的传播延迟、每个端口内恒定的处理时间化roc、W及下一周期的第一传输 端口到禪合器结构的传播延迟。在最坏的情况下，每个传播延迟为=5〇件。因此，所提 出的协议的带宽效率大约为[l-(l0X1Q-9+50Xl0-6x化2000X10-9X63)/10-3]X100% = 77. 4%。因此，每个端口具有2. 72XlO5字节/调度周期的平均突发大小，或者等效地，具 有2. 18Gb/s的平均传输速率。如果一个端口有数据要发送，则该端口可用的最大突变大小 为1. 74X107字节，对应于139. 3抓/s的瞬时传输速率。明显的是，可通过使用高级调度算 法进一步提高带宽效率，该高级算法可使调度周期之间的信道空闲间隙变小。
[0067] 协议一一协议的一个示例如下所示。 定义L为排序列 表 定义R为当前时间待发送的业务量 定义Mac为端口的Mac地址 定义T_Wait为初始等待时间 定义T_Discove巧为发现窗口大小 定义N_Sche化ling为两个发现阶段之间的调度周期的数量 定义T_First为CONFIRMATION封包的发送时间与数据转移封包的第一比特到达禪合 器结构的时间之间的时间间隙 函数getclock返回本地时钟时间 函数receive返回帖或者所接收帖的突发 函数send发送帖或者帖的突发 函数create创建帖
37:clock_error= ((getclock-packet,timestamp)- (packet.Mac.receive_time-packet.Mac.timestamp))/2 38: roundtrip_time= ( (getclock-packet.timestamp) + (packet.Mac. receive_time-packet.Mac.timestamp))/2 39:endelse 40:count=N_Schedule 41:Whilecount二！Odo 42:count-- 43:settimeout(schedule(L,T_first))goto47whentimeout 44:packet=receive0 45:insertpacketinfointoL 46:goto44 47:ifdiscovery_count=Othense打d(burst,民) 48:endwhile49:discovery_count= 0 50:goto6
表1 ;肥DAP协议总结表
[0068] 上述示例性协议是可为连接至POXN的节点提供所要求的新颖网络功能的多个协 议之一。正如上文所讨论的，每个节点会发送和接收数据，执行协议的节点的协议引擎会处 理该数据，从而形成由使用一个或多个微处理器的节点所完成的总体处理的一部分。
[0069] 基于无源光交叉连接的分布式光交换机；在前述部分，关于将无源光交叉连接用 作连接具有低时延的N个节点到具有2NX2N个端口的P0XN的光网络的基础，给出了一个 协议，其中，P0XN的N个端口从N个节点接收CWDM(或DWDM)信号，并且N个端口将来自P0XN 的分配的CWDM(或DWDM)信号禪合至所述N端口。在本说明书的该部分，发明人给出了基 于P0XN的分布式光交换机。我们将其看作用于光交叉连接（0XC)发射器/接收器（TxRx) 的经调度的ITnR设计，并且在下文中描述了所形成的POXN分布式光交换机（POXDO巧如何 等同于无阻塞交换机。
[0070] 在P0XD0S800的ITnR实施中，参考图8,所有发射器（Tx)810可同时工作，发送来 自各自连接的数据源805的数据，因为各个Tx810在不同的波长（WL)上运行。每个接收 器850在光层接收所有札，但是仅能够对一个全速WL(来自仅一个Tx)进行处理。该将峰 值接收比特率限制为1WL比特率。该样一来，该仅需要1WL比特率用于接收数据，发明人认 为该等效于交换机，因为所有端口可W同时工作。相应地，每个Tx810被禪合到P0XN815 的一个端口，W及每个接收器850被禪合到P0XN815的另一端口，其中，每个接收器850的 输出端禪合至数据宿840。
[0071] 在每个接收器850内，WDM820对来自NTx810的N波长进行解复用，将经解复用 的WL禪合至光接收器825的阵列。光接收器825的输出端则被禪合到第一电子处理单元 830,其中，对于每个信道，第一电子处理单元830仅允许用于数据宿840的数据包前进到 第二电子处理单元835,第二电子处理单元835将该些允许的数据包按顺序排列到数据宿 840,从而消除了来自在不同WL上同时发送的数据包的冲突。相应地，每个接收器850可同 时接收来自多个发射器的数据。
[0072] 对于本领域的普通技术人员，明显的是，信宿地址冲突可被实施使得在任一时间， 对于一个特定的Rx端口，仅一个Tx被允许发送全速业务包到该Rx端口。此外，解决信宿 地址冲突的协议也可为光接收器阵列选择/锁定电子接收器850。相应地，交换智能和控制 可在本发明的实施例中进行分配。
[0073] 在本发明的某些实施例中，所有端口可W诸如ITnR的方式结合诸如如上所述的 调度协议进行工作W交换业务控制信息。相应地，与数据业务相比，低速业务允许所有接收 器在空闲时监听其他端口的状态消息，进而充分利用P0XN的广播特性。相应地，接收器锁 定在协议的光/数字域中，并且P0XD0S在高速/全速下工作。在输送序列完成后，接收端 口切换回空闲模式并且广播其空闲状态。当一个端口与另一端口进行交换时，其他端口可 建立其他链路，但不是达到占用的Rx端口的链路直到该占用的Rx端口被释放。
[0074] 相应地，具有相关联的Tx/Rx的一个端口可同时从一个端口接收而向另一端口发 送，因而使用调用方式协议来提供扩展的业务控制。根据本发明的另一实施例，所有N个接 收器可同时运行W递送NXWLbitkate的接收速度，从而充分利用了全P0XN能力。然而，该还 要求每个接收器支持相当于NXWLeiTKATE的数字处理能力，造价会很昂贵，因而可选择性地 设置在某些P0XD0S实施中。
[00巧]图9描绘了部署在二维超级P0XN(2DHyperP0XN)900内根据本发明实施例所述 的无源光交叉连接网络（P0XN)。相应地，如所描绘的那样，所述2DHyperP0XN900包括功 能单元920,所述功能单元920经由P0XN910被禪合至垂直路由930、水平路由940W及下 一垂直行的功能单元920内的功能单元920。经由垂直路由930,功能单元920还被连接到 同一水平行中的相邻功能单元920。经由水平路由940,数据中屯、还被连接到下一垂直行的 功能单元920内的下个功能单元920。相应地，从功能单元920提取出的数据可路由到其他 功能单元920或者分别路由到水平/垂直路由940和930,并且在此被分配到整个2DHyper P0XN900。2DHyperP0XN900内的边缘元件（为清楚起见，未示出）经由外部W及内部连 接到2DHyperP0XN900内的元件上。
[0076] 图10描绘了部署在二维超级P0XN(2DHyperP0XN) 1000内根据本发明实施例 所述的无源光交叉连接网络（P0XN)。对本领域普通技术人员而言，明显的是，如上所述的 P0XN可视为线性总线（等效于同时向该线性总线上的所有节点提供信号）或者可视为具 有"一到多"和"一到一"切换功能的光交叉连接。相应地，在图10和2DHyperP0XN1000 中，P0XN可被描述为线性总线元件，即P0XNA1010和P0XNB1020,其中，从功能单元1030 到P0XN的连接为从该功能单元1030到该P0XN的一个端口的连接。相应地，如图10和2D HyperP0XN1000所示，每个功能单元1030连接至两个P0XN，即分别为P0XNA1010和P0XN B1020。相应地，对本领域普通技术人员而言，明显的是，一个或两个P0XN可被无源光交叉 连接（P0XC)结构（如上文中关于图5所描述的结构）所代替。
[0077] 参考图11，其描绘了部署在S维超级P0XN(3DHyperP0XN) 1100内根据本发明实 施例所述的无源光交叉连接网络（P0XN)。正如图10所示，对本领域普通技术人员而言，明 显的是，P0XN可视为线性总线（同时向该线性总线上的所有节点提供信号）。相应地，在图 11 和 3DHyperP0XN1100，P0XN可被描述为线性总线元件，即P0XNA1110、P0XNB1120 和POXNC1130。从功能单元（例如，处理器A1140,存储器1150或者处理器B1160)到 P0XN的连接在物理层面为从功能单元到P0XN的被描述为P0XN的线性总线表示的端口的连 接。相应地，如图11和3DHyperP0XN1100所示，3DHyperP0XN1100内的每个功能单 元被描述为连接到两个P0XN，即分别为P0XNA1110和P0XNB1120,同时3DHyperP0XN 1100内处于左上行中的该些功能单元也连接至P0XNC1130,W使得其被连接到3个POXN， 即分别为POXNA1110、POXNB1120 和POXNC1130。该样一来，POXNC1130 起作用W 在不同层的功能单元之间进行禪合，不同层的功能单元经由2DHyperPOXN进行连接，如图 10中的2DHyperP0XN1000所描述的那样。该些层在3DHyperP0XN1100内表示为层1 至层8。边界1170内的那些功能元件被描绘为仅被连接到两个POXN。可选地，该些功能单 元也可连接至第SPOXNC1170或者可连接至其他POXN。
[0078] 相应地，对本领域普通技术人员而言，明显的是，一个、两个或全部=个POXN可被 无源光交叉连接（P0XC)结构（如上文中关于图5所描述的结构）所代替。对本领域的普 通技术人员而言，明显的是，该些概念可扩展至一般的N维网格（NDMESH)，其中，每个功能 单元连接至不同组合中的POXN和/或P0XC。2DHyperPOXN1000和3DHyperPOXN1100 形成了被发明人命名为"超级光学云（册C)"的离散实施例。
[0079] 上文描述中给出了具体的细节W帮助完全理解实施例。但是，应该理解，本发明的 实施例可W不通过该些具体细节而实施。例如，可框图形式给出电路，W使不必要的细节不 会模糊该些实施例。在其他示例中，为了避免模糊实施例，没有显示一些公知的电路、过程、 算法、结构和技术的非必要细节。
[0080] 可W用各种方式来实施上面描述的技术、框图、步骤和手段。例如，可W用硬件、软 件或两者的结合来实现该些技术、框图、步骤和手段。对于硬件实施，可W在一个或多个特 定用途集成电路（ASIC)、数字信号处理器值SP)、数字信号处理器件值SPD)、可编程逻辑器 件（PLD)、现场可编程口阵列（FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于执行 上述功能的其他电子单元和/或它们的组合中实施处理单元。
[0081] 还应注意，可将该些实施例描述为W流程表、流程图、数据流程图、结构图或框图 的形式描绘的过程。尽管流程图可W描述作为连续处理的操作，然而，所述操作中的许多操 作可w并行或同时执行。此外，操作的顺序可w重新设置。当过程的操作完成时，该过程即 被终止，但是该过程可能包括未包含在图中的附加步骤。过程可对应于方法、函数、步骤、子 例程、子程序等。当过程对应于函数时，过程的终止对应于该函数对调用函数或主函数的返 回。
[0082] 此外，实施例可通过硬件、软件、脚本语言、固件、中间件、微码、硬件描述语言和/ 或W上各项的任意组合来实现。当W软件、固件、中间件、脚本语言和/或微码的形式实施 时，用W完成必要任务的程序代码或代码段可存储在机器可读介质中，例如存储介质。代码 段或机器的可执行指令可表示步骤、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、脚本、 等级或指令、数据结构和/或程序语句的任意组合。代码段可通过传递和/或接收信息、数 据、变元、参数和/或存储器内容而被禪合至另一代码段或硬件电路。信息、变元、参数、数 据等可通过任何合适的手段进行传递、转发或发送，该手段包括内存共享、消息传递、令牌 传递、网络传输等。
[0083] 对于固件和/或软件实施，可通过 模块（例如，步骤、函数等）来实施方法，该模块 执行本申请中所述的功能。任何使指令具体化的机器可读介质可用于实施本申请中所述的 方法。例如，软件代码可存储在存储器中。存储器可W在处理器内实施或者在处理器外部 实施，并且根据实施方式的不同而改变，其中，当存储器被用来执行软件代码时，存储器被 用来存储供后续执行的软件代码。正如本文所使用的，术语"存储器"是指任何类型的长期、 短期、易失性、非易失性、或其他存储介质，并且不限于存储器的任何特定类型、或存储器的 数目或存储存储器的介质类型。
[0084] 此外，本文中的术语"存储介质"可W表示一个或多个用于存储数据的装置，包括 只读存储器（ROM)、随机存取存储器（RAM)、磁性RAM、核屯、存储器、磁盘存储介质、光存储介 质、闪存装置和/或其他用于存储信息的计算机可读介质。术语"机器可读介质"包括但不 限于便携式或固定存储设备、光学存储设备、无线信道、和/或各种能够存储、包含或承载 指令和/或数据的其他介质。
[0085] 在一个或多个实施例中，本申请中所描述的方法可通过机器来执行，该机器包括 一个或多个接受含有指令的代码段的处理器。对于本申请中所描述的任一方法，当机器执 行指令时，该机器即执行所述方法。任何能够执行一组指令（顺序或其他）的机器都被包 括在内，该组指令指定了该机器所要执行的动作。因此，典型的机器示例可为包括一个或多 个处理器的典型处理系统。每个处理器可包括一个或多个CPU、图像处理单元和可编程DSP 单元。处理系统还可包括存储器子系统，其包括主RAM和/或静态RAM、和/或ROM。可包 括总线子系统，用于部件之间的通信。如果处理系统需要显示器，则可包括该样的显示器， 例如液晶显示器（LCD)。如果需要手动数据输入，则处理系统还包括输入装置，比如一个或 多个字母输入单元（例如键盘）、指向控制装置（例如鼠标）等。
[0086] 存储器包括含有指令的机器可读代码段（例如，软件或软件代码），当被处理系统 执行时，所述指令用于实现本申请中所描述的一种或多种方法。软件可整体位于存储器中， 或者在由计算机系统执行时完全或至少部分位于RAM内和/或处理器内。因此，存储器和 处理器也可组成包括机器可读代码的系统。
[0087] 在替代性实施例中，机器作为单独的装置运行或者可W联网部署的方式连接至 (联网）其他机器，机器可在服务器-客户网络环境中W服务器或客户机的身份运行，或者 在对等或分布式网络环境中，w对等机的身份运行。所述机器可w(例如）是计算机、服务 器、服务器簇、计算机簇、网页应用、分布式计算环境、云计算环境或者任何能够执行指定该 机器所要采取的动作的一组指令（顺序或其他）的机器。术语"机器"也可包括一组机器， 该些机器可单独或结合执行一组（或多组）指令W完成本文中所述的一种或多种方法。
[0088] 本发明的示例性实施例的前述公开已经表明了其示意和说明的目的。并不意在穷 尽本发明或限制本发明现在所公开的精确形式。根据上述公开，对本领域的普通技术人员 而言，本文中所描述的实施例的各种变型和修改将是明显的。本发明的范围仅由所附权利 要求及其对等物进行限定。
[0089] 进一步地，在描述本发明的示例性实施例的过程中，说明书可能将本发明的方法 和/或过程表示为特定序列的步骤。然而，所述方法或过程不依赖于在此所述的特定步骤 顺序，从该个意义上说，所述方法或过程不应限制于所述特定的步骤顺序。正如本领域普通 技术人员所理解的那样，其他步骤顺序也是有可能的。因此，说明书中所给出的特定顺序不 应被理解为对权利要求进行限制。另外，设及本发明的方法和/或过程的权利要求不应当 局限于按照所写顺序执行其步骤，并且本领域的普通技术人员能够容易理解顺序可能发生 变化，并且仍未超出本发明的精神和范围。
【主权项】
1. 一种设备，包括： 多个分配级，每个分配级包括预定数量的具有输入端口和输出端口的无源光分路器， 所述无源光分路器将所述输入端口中的每一个处的光信号同时耦合到所有所述输出端口； 以及 多个互联级，每个互联级将所述多个互联级的第一预定级连接至所述多个互联级的第 二预定级，以使得所述光信号的来自所述多个互联级的所述第一预定级的第一预定数量的 无源光分路器的输出端的预定部分以预定的方式被耦合至所述多个互联级的所述第二预 定级的第二预定数量的无源光分路器的输入端的预定部分。2. 根据权利要求1所述的设备，其中， 所述设备包括至少一个具有三个输入端口和三个输出端口的光分路器。3. 根据权利要求1所述的设备，其中， 所述设备包括预定数量的具有三个输入端口和三个输出端口的第一光分路器以及预 定数量的具有两个输入端口和两个输出端口的第二光分路器。4. 一种方法，包括： 提供一种无源光交叉连接网络（POXN)，该POXN包括第一组多个输入端口和第二组多 个输出端口； 提供耦合至所述POXN的多个节点以使得所述多个节点中的一个节点发送的信号在不 存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个节点； 提供在每个节点上执行的协议引擎，所述协议引擎执行单个节点发现序列和至少一个 数据转移序列的周期性重复处理； 其中，在所述至少一个数据转移序列期间每个节点所发送的数据依靠在所述节点发现 序列期间请求发送数据的节点的数量以及每个请求发送的节点必须发送的数据量来进行 确定。5. 根据权利要求4所述的方法，其中， 提供所述P0XN，包括： 提供多个分配级，每个分配级包括预定数量的具有输入端口和输出端口的无源光分路 器，所述无源光分路器将所述输入端口中的每一个处的光信号同时耦合到所有所述输出端 口；以及 提供多个互联级，每个互联级将所述多个互联级的第一预定级连接至所述多个互联级 的第二预定级，以使得所述光信号的来自所述多个互联级的所述第一预定级的第一预定数 量的无源光分路器的输出端的预定部分以预定的方式被耦合至所述多个互联级的所述第 二预定级的第二预定数量的无源光分路器的输入端的预定部分。6. 根据权利要求5所述的方法，其中， 所述POXN包括至少一个具有三个输入端口和三个输出端口的光分路器。7. 根据权利要求5所述的设备，其中， 所述POXN包括预定数量的具有三个输入端口和三个输出端口的第一光分路器以及预 定数量的具有两个输入端口和两个输出端口的第二光分路器。8. 根据权利要求4所述的方法，其中， 接收数据的时延在预定量内是恒定的，接收数据在所述POXN的输入端口处由所述多 个节点的第一节点发送至所述POXN的所有输出端口。9. 一种方法，包括： 提供一种无源光交叉连接网络（POXN)，该POXN包括第一组多个输入端口和第二组多 个输出端口； 提供耦合至所述POXN的多个发射器节点以使得所述多个发射器节点的发射器节点发 送的信号在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到多个接收器节点，每个接收器节点 在预定波长上进行发射； 提供耦合至所述POXN的所述多个接收器节点以使得所述多个发射器节点发送的信号 在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个接收器节点，每个接收器节点从所 述多个发射器节点的所有正在发射的发射器节点接收所述信号； 提供多个电子处理元件，所述多个电子处理元件从所述多个发射器节点接收多个接收 信号，每个电子处理元件从所述多个接收信号的每个接收信号中滤波掉不用于所述多个接 收器节点中一个接收器节点的全部内容，该接收器节点与该电子处理元件相关联；以及 提供多个缓冲节点，每个缓冲节点从所述多个发射器节点接收经滤波的接收信号并且 将所述经滤波的接收信号排序用于传输到被连接至该缓冲节点的数据宿。10. 根据权利要求9所述的方法，还包括： 提供在所述多个发射器节点和所述多个接收器节点的每一个上执行的协议引擎，每个 协议引擎执行单个节点发现序列和至少一个数据转移序列的周期性重复处理； 其中，在所述至少一个数据转移序列期间每个发射器节点发送的数据依靠在所述节点 发现序列期间请求发送数据的节点的数量以及每个请求发送的节点必须发送的数据量来 进行确定。11. 一种方法，包括： 提供第一无源光交叉连接网络（POXN)，该第一POXN包括第一组多个第一输入端口和 第二组多个第一输出端口； 提供第二无源光交叉连接网络（POXN)，该第二POXN包括第一组多个第二输入端口和 第二组多个第二输出端口； 提供多个数据源，每个数据源被耦合至所述第一组多个第一输入端口的预定第一输入 端、所述第一组多个第一输出端口的预定第一输出端、所述第二组多个第二输入端口的预 定第二输入端、所述第二组多个第二输出端口的预定第二输出端。12. 根据权利要求11所述的方法，其中， 至少一个P0XN，还包括： 提供耦合至所述POXN的所述多个接收器节点以使得所述多个发射器节点发送的信号 在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个接收器节点，每个接收器节点从所 述多个发射器节点的所有正在发射的发射器节点接收所述信号； 提供多个电子处理元件，所述多个电子处理元件从所述多个发射器节点接收多个接收 信号，每个电子处理元件从所述多个接收信号的每个接收信号中滤波掉不用于所述多个接 收器节点的一个接收器节点的全部内容，该接收器节点与该电子处理元件相关联；以及 提供多个缓冲节点，每个缓冲节点从所述多个发射器节点接收经滤波的接收信号并且 将所述经滤波的接收信号排序用于传输到被连接至该缓冲节点的数据宿。13. -种方法，包括： 提供多个无源光交叉连接网络（POXN)，每个POXN包括多个输入端口和多个输出端口； 以及 提供多个数据源，每个数据源被耦合至所述多个POXN的每个POXN的预定输入端以及 被耦合至所述多个POXN的每个POXN的预定输出端。14. 根据权利要求13所述的方法，其中， 至少一个P0XN，还包括： 提供耦合至所述POXN的所述多个接收器节点以使得所述多个发射器节点发送的信号 在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个接收器节点，每个接收器节点从所 述多个发射器节点的所有正在发射的发射器节点接收所述信号； 提供多个电子处理元件，所述多个电子处理元件从所述多个发射器节点接收多个接收 信号，每个电子处理元件从所述多个接收信号的每个接收信号中滤波掉不用于所述多个接 收器节点的一个接收器节点的全部内容，该接收器节点与该电子处理元件相关联；以及 提供多个缓冲节点，每个缓冲节点从所述多个发射器节点接收经滤波的接收信号并且 将所述经滤波的接收信号排序用于传输到被连接至该缓冲节点的数据宿。
【专利摘要】光网络变得无处不在，其可提供低成本、高速通信网络，为通过长城网络到海底的FTTH提供通信支持。提供给每根用户光纤的大量用户和高速意味着托管信息的数据中心内的信息检索和路由功能可成为速度和时延的瓶颈。根据本发明的实施例，发明人提出了基于全光无源光网络的架构，该架构支持用于减小时延的分配方式以及与架构的部署相关的协议。有利的是，这样的POCXN概念所采用的光学部件已经得到大批量制造技术以及用于增加吞吐量的CWDM/DWDM技术的支持。
【IPC分类】H04B10/80, H04Q3/52, H04B10/27
【公开号】CN104904143
【申请号】CN201380069142
【发明人】刘云曲, 梁金伟, 倪文达, 黄昌成
【申请人】维斯柯科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月26日
【公告号】EP2923455A1, US20150296278, WO2014078940A1
【专利说明】用于无源光交换的方法和系统 相关申请的香叉引用
[0001] 本专利申请要求于2012年11月26日递交的题为"用于无源光交换的方法和系 统"的美国临时专利申请61/729, 872的权利，该专利申请的全部内容通过引用而包括在本 申请中。
技术领域
[0002] 本发明设及光网络，尤其设及一种用于减小时延的无源光交叉连接网络。
【背景技术】
[0003] 近年来，我们见证了由不断增长的带宽需求所驱动的光接入和局域网的快速发展 W及竞争技术的根本乏力，例如基于双绞铜线、同轴电缆或无线传输来进行传送的技术的 乏力。因此，光纤传输已经成为用于通信的通用方式，该些通信设及从到达城域的长程网络 到宽带接入网络的各种通信，从而导致促使光因特网激增，W及不同媒体流（例如数据、语 音和视频）汇集为光域中被递送到最终用户的因特网协议数据。光接入光纤提供了一种 解决"最后一英里"瓶颈的经得住未来考验的解决方法，该解决方案不仅显著增加了网络容 量还消除了从光域到电域的昂贵转变（反之亦然）。在局域网、城域网和广域网（LAN、MAN 和WAN)中，光纤亦可提供可扩展的网络，所述可扩展的网络在2. 5Gbs和10Gb/s(0C-48/ 0C-192)时分复用的基础上采用与具有（例如）4、8、16、32、48或64个波长的长程网络相同 的波分复用（WDM)技术，尽管可通过离散波长进行扩展。
[0004] 该样的网络采用多种架构，包括但不限于点到点、线性（亦称作总线）、环形、星 形、树形和网格化及单向流量（每光纤）（多根光线）和双向流量（每光纤）化及TDM、粗波 分复用（CWDM)和密波分复用值WDM)技术。线性网络通常在长程网络中使用，网格网络W 及相关的全连接网络也是如此。环形网通常出现在LAN、MAN和WAN中，而树形网用于光纤 到户/路边/驻地（FTTH/FTTC/FTT巧（通常统称为FTTx)。对网络拓扑进行的该些逻辑分 类描述了数据在节点之间所行进的路径，该路径与节点之间的实际物理连接相对。逻辑拓 扑通常与媒体接入控制（MAC)方法与协议紧密相关，在大多数情况下，MAC方法和协议也可 通过采用路由器和/或交换机来动态地重新配置。
[0005] 因此，该些光网络形成了一个网络结构，可向当今客户提供高速因特网接入、点播 音视频内容分配、无限简单消息服务（SM巧等，从而使得用于通信、娱乐W及商业应用的 无线和有线电子设备变得几乎无处不在。因此，用于存储内容的术语，比如"服务器集群" 和"数据中屯、"，成为了表示成百上千的计算机服务器和存储驱动器（硬盘驱动器）被共 置一一W支持因特网上的数据存储和分配一一的位置的代名词的一部分。内部采用光网络 的"服务器集群"和"数据中屯、"是现在被称为企业光网络的一部分，除其他元件外，企业光 网络还采用旨在满足应用程序和非通用计算应用需求的网络附加存储（NA巧和存储区域 网络（SAN)。NAS设备无非是专用于文件共享的服务器，并且在不关掉服务器W进行维护和 升级的情况下使得更多的硬盘存储空间能够被增加到已经使用该些服务器的网络上。利用 NAS设备，存储器不再是服务器的一个集成部分，而是由服务器对数据进行所有处理，该些 数据由一个或多个NAS设备递送给服务器W及用户。NAS设备不必放置在服务器内，而是 可存在于网络（通常为LAN)中的任何位置，并且NSA设备自身可由多个联网的NAS设备组 成。SAN是共享存储设备的高速子网络，其中每个存储设备仅包含用于存储数据的硬盘。理 想情况下，SAN的架构应使得所有存储设备对SAN所连接的网络上的所有服务器均可用。
[0006] 对于多于1亿的网站上估计超过1000亿的网页，数据中屯、包含海量数据。对于 接入所有该些网站的大约20亿用户，连同不断增长的高带宽视频，容易认识到但难W理 解的是，因特网每分钟的上传和下载数据量。目前，用户之间的全球IP业务量的年复合增 长率（CAGR)介于 40 % (基于Cisco的分析，参见ht1:p://www.cisco.com/en/US/solut ions/collateral/ns341/n巧25/ns537/ns705/ns827/white_pape;r_cll-481360_ns827_ Networking_Solutions_White_Paper.html)与50% (基于明巧苏达大学的明巧苏达因 特网业务量研究（MINT巧分析）之间。到2016年，用户业务量预计将超过每月100艾字节， 即超过100, 000, 000兆字节，或者超过每秒42, 000千兆字节。然而，考虑到高峰期时超过 6亿用户同时使用因特网高分辨率视频，峰值需求将会明显更高。
[0007] 所有该些数据将发生在经由数据中屯、流动的用户或者访问数据中屯、中的内容的 用户之间，并因而发生在数据中屯、之间W及数据中屯、内，该些IP业务流必须被放大许多倍 W建立真正的总IP业务流。数据中屯、布满被电缆架包围的高的电子设备机柜，数据通常被 存储在大型且快速的硬盘驱动器上，计算机服务器接受请求并且使用当下的快速电子交换 机来移动数据，从而访问正确的硬盘驱动器。在该些数据中屯、的外围，路由器将计算机服务 器连接到因特网。同时，由于该些不断增长的需求，诸如云计算之类的演进应用也与日俱 增，其中计算平台不再是独立的系统而是被托管在大规模数据中屯、中的同质互联计算基础 设施，其被称为仓库级计算机（WSC)，WSC提供无处不在的互联平台作为共享资源用于具有 某些要求的分布式服务，而该些要求难W通过数据中屯、的传统机架/服务器得到满足。该 似乎不足W发展商业实践、商业模式、W及用户对于转移和/或存储的每比特成本的持续 价格侵蚀（如果不是消除）的预期。
[0008] 因此，有必要开发出在内部连接数据中屯、和WSCW及实现互联的经济有效且可扩 展得方法，W使得数据中屯、和WSCW及电信网络能够应对带宽和速度的呈指数式增长的需 求所带来的挑战，而又不会显著增长基础设施的成本和功率。同时，对访问内容时的低时延 或无时延的期望带来了额外的压力。因此，数据中屯、互联（在本文中，为简单起见，使用数 据中屯、该一术语来包括WSC、NAS、SAN、服务器集群W及传统的数据中屯、）已经成为决定因 特网和大量采用数据中屯、互联的商业、金融和个人应用的整体性能的关键因素。光纤技术 已经在数据中屯、运行方面发挥了重要作用，并且将不断W此为目标，即W最小的时延、最低 的成本、最低的功耗和最小的空间占用尽可能快地移动数据。因此，千兆比特W太网太慢， 并且当部署诸如W太网、光纤信道W及Intel的光峰的lOGb/s解决方案时，会受到限制。 光纤信道已经接近16/20抓/s，W太网正向40抓/s和100抓/s迈进。在40抓/s和100抓/ S下，现有及正在形成的标准需要多个lOGb/s信道在平行多模光纤电缆上运行或者需要在 单模光纤上进行波分复用（WDM)。对于40Gb/s，多模光纤链路通常需要8根光纤，即每个方 向具有4x10抓/s;对于100抓/s则需要20根光纤，即每个方向具有10x10抓/s。按照标准， 对于采用0M3/0M4多模光纤的100GBASE-SR10链路，该分别限定了 100m/150m的距离。相 比之下，对于100GBASE-LR4单模光纤（SMF)链路W及诸如lOxlOGMSA的其他旧式电信解 决方法，所限定的距离为10km。lOxlOGMSA也包括用于40km链路的提案标准。
[0009] 然而，当数据传输速度增加到给定的信息块在更短的时间段内被传输时，该些进 化系统将无法解决时延，即提出数据请求与该数据被提供之间的时间，也无法解决会增加 时延的网络故障。通常，该些光网络所采用的架构（例如）为线性、总线或环形网络，其中， 网络上任意两个节点之间的时延取决于该两个节点与网络接入点之间的距离W及该些网 络接入点在网络上的相对位置；或者为星形网络，其中，时延取决于其与核屯、的距离W及中 央交换结构将数据从网络的一个"臂"路由到另一个臂的能力。当速度、成本和某些时延通 过针对网络的"臂"采用光纤链路而得W解决时，中央交换结构仍采用较大的电子交叉连接 W处理链路容量。
[0010] 光交换结构迄今主要聚焦于空间交换应用，例如保护、故障恢复，W及可重新配置 的塞取多路复用器，交换速度大约为毫秒，而不是提供数据内的帖或其他块水平的交换所 需的纳秒及皮秒。当用于在该些时间尺度上运行的光交换设计存在（例如）基于魄酸裡、神 化嫁和磯化铜的光电路时，其成本、性能和可扩展性将该些光交换设计的部署限制在演示 和实验测试床内。但是，明显的是，如果来自一个节点的数据被同时分配给所有节点而不是 通过环形网络、线性网络、总线网络、网格网络或核屯、电子路由进行路由，则时延可被降低。
[0011] 根据本发明的实施例，发明人提出了基于全无源光网络的架构，并将全无源光网 络称为无源光交叉连接网络（P0CXN)，该架构支持用于减小时延的分配方式W及与架构的 部署相关的协议。有利的是，该一P0CXN概念采用已经得到大批量生产技术支持的光学部 件。
[0012] 通过结合附图审阅下述对本发明的具体实施例的描述，本领域的普通技术人员将 清楚本发明的其他方面和特征。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于解决与光网络相关的现有技术中的问题，尤其设及提供用于减 小时延的无源光交叉连接网络。
[0014] 根据本发明的实施例，提供了一种设备，包括： 多个分配级，每个分配级包括预定数量的具有输入端口和输出端口的无源光分路器， 所述无源光分路器将所述输入端口中的每一个处的光信号同时禪合到所有所述输出端口； W及 多个互联级，每个互联级将所述多个互联级的第一预定级连接至所述多个互联级的第 二预定级，W使得所述光信号的来自所述多个互联级的所述第一预定级的第一预定数量的 无源光分路器的输出端的预定部分W预定的方式被禪合至所述多个互联级的所述第二预 定级的第二预定数量的无源光分路器的输入端的预定部分。
[0015] 根据本发明的实施例，提供了一种方法，包括： 提供一种无源光交叉连接网络（P0XN)，该P0XN包括第一组多个输入端口和第二组多 个输出端口； 提供禪合至所述P0XN的多个节点W使得所述多个节点中的一个节点发送的信号在不 存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个节点； 提供在每个节点上执行的协议引擎，所述协议引擎执行单个节点发现序列和至少一个 数据转移序列的周期性重复处理； 其中，在所述至少一个数据转移序列期间每个节点所发送的数据依靠在所述节点发现 序列期间请求发送数据的节点的数量W及每个请求发送的节点必须发送的数据量来进行 确定。
[0016] 同意时，插入独立权利要求W进行完善。
[0017] 根据本发明的实施例，提供了一种方法，包括： 提供一种无源光交叉连接网络（P0XN)，该P0XN包括第一组多个输入端口和第二组多 个输出端口； 提供禪合至所述P0XN的多个发射器节点W使得所述多个发射器节点中的发射器节点 发送的信号在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到多个接收器节点，每个接收器节 点在预定波长上进行发射； 提供禪合至所述P0XN的所述多个接收器节点W使得所述多个发射器节点发送的信号 在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个接收器节点，每个接收器节点从所 述多个发射器节点中的所有正在发射的发射器节点接收所述信号； 提供多个电子处 理元件，所述多个电子处理元件从所述多个发射器节点接收多个接收 信号，每个电子处理元件从所述多个接收信号的每个接收信号中滤波掉不用于所述多个接 收器节点的一个接收器节点的全部内容，该接收器节点与该电子处理元件相关联；W及 提供多个缓冲节点，每个缓冲节点从所述多个发射器节点接收经滤波的接收信号并将 所述经滤波的接收信号排序用于传输到被连接至该缓冲节点的数据宿。
[001引根据本发明的实施例，提供了一种方法，包括： 提供第一无源光交叉连接网络（P0XN)，该第一P0XN包括第一组多个第一输入端口和 第二组多个第一输出端口； 提供第二无源光交叉连接网络（P0XN)，该第二P0XN包括第一组多个第二输入端口和 第二组多个第二输出端口； 提供多个数据源，每个数据源被禪合至所述第一组多个第一输入端口的预定第一输入 端、所述第一组多个第一输出端口的预定第一输出端、所述第二组多个第二输入端口的预 定第二输入端、所述第二组多个第二输出端口的预定第二输出端。
[0019] 根据本发明的实施例，提供了一种方法，包括： 提供多个无源光交叉连接网络（P0XN)，每个P0XN包括多个输入端口和多个输出端口； W及 提供多个数据源，每个数据源被禪合至所述多个P0XN的每个P0XN的预定输入端W及 被禪合至所述多个P0XN的每个P0XN的预定输出端。
[0020] 通过结合附图审阅下述对本发明的具体实施例的描述，本领域的普通技术人员将 清楚本发明的其他方面和特征。
【附图说明】
[0021] 现在将仅W示例的方式参考附图对本发明的实施例进行描述，其中：
[0022] 图1A和1B描绘了根据现有技术所述的烙融光纤无源光功率分路器/合路器；
[0023] 图2描绘了根据本发明实施例所述的27x27星形禪合器的示例性架构；
[0024] 图3描绘了根据本发明实施例所述的27x27星形禪合器的示例性架构；
[0025] 图4描绘了随根据现有技术和本发明实施例所述的星形禪合器的端口数变化的 多余光损耗；
[0026] 图5描绘了根据本发明实施例所述的结合星形禪合器的基于示例性WDM的链路拓 扑；
[0027] 图6描绘了根据本发明实施例所述的作为采用星形禪合器的网络协议一部分的 发现序列；
[0028] 图7描绘了根据本发明实施例所述的作为采用星形禪合器的网络协议一部分的 数据转移序列；
[0029] 图8描绘了根据本发明实施例所述的无源光交叉连接网络；
[0030] 图9描绘了部署在二维超级P0XN内根据本发明实施例所述的无源光交叉连接网 络；
[0031] 图10描绘了部署在二维超级P0XN内根据本发明实施例所述的无源光交叉连接网 络；化及
[0032] 图11描绘了部署在=维超级P0XN内根据本发明实施例所述的无源光交叉连接网 络。
【具体实施方式】
[0033] 本发明设及光网络，尤其设及一种用于减小时延的无源光交叉连接网络。
[0034] 随后的描述仅提供了示例性实施例，并不用于限制本公开的范围、应用性或配置。 更确切地说，随后对本发明示例性实施例的描述将向本领域技术人员提供能够实施示例性 实施例的描述。应该理解，在不偏离所附权利要求中提出的精神和范围的情况下，可对一些 元件的功能和布置做出各种改变。
[0035] 此部分W及整个公开中所使用的"便携式电子设备（P邸）"是指用于通信和其他应 用的无线设备，该无线设备需要电池或者其他独立形式的能量用于供电。该包括但不限于 移动电话、智能手机、个人数字助理（PDA)、便携式计算机、寻呼机、便携式多媒体播放器、便 携式游戏控制台、膝上型计算机、平板计算机W及电子阅读器。此部分W及整个公开中所使 用的"固定电子设备（FED)"是指用于通信和其他应用的无线和/或有线设备，该无线和/ 或有线设备需要连接到固定的接口W通电。该包括但不限于膝上型计算机、个人计算机、计 算机服务器、信息亭、游戏控制台、数字机顶盒、模拟机顶盒、因特网使能设备、因特网使能 电视W及多媒体播放器。
[0036]无源光否义连接；参考图1A，其描绘了根据现有技术所述的烙融光纤无源光功率 分路器/合路器的第一视图100A和第二视图100B。参考第一视图100A，其描绘了烙融2x2 禪合器，其中，第一光纤105A和第二光纤105B分别在（例如）施加火焰的情况下在一区域 中被拉伸和绞合到一起，W使得光纤软化并且可被拉制使得其纤巧和包层减小，从而增大 一根光纤与另一光纤在长度为d的中央锥形区域115内的禪合。还描绘了第一锥形部110A 和第二锥形部110B，其中光纤朝向中央锥形区域115从其初始几何尺寸（例如9ym纤巧 和125ym包层）逐渐变窄。因此，根据光纤的拉锥工艺和端面，一根光纤（例如第一光纤 105A)内的光信号在两个输出端之间W功率PauTl和PDUT2进行分配。因此0《PP?W及p日UT2=PIN-P日UTI，w使得可实现多个分光比，例如10:90、25:75、50:50等。通常在形成星 形禪合器时，使用50:50的禪合器。
[0037] 生成的烙融光纤禪合器易碎，所W通常被组装在保护壳体中，如第二视图100B所 示。在该里，烙融禪合器135使用环氧树脂130被安装在石英基板145上。光纤（通常具 有最初的250ym涂层）处于管120内，管120的每个端部同样被附接在石英基板145上。 然后该一组件通常被插入金属管125中，并且保持套管150被附接W密封金属管125的端 部W及把持管120。该样的封装的示例由第S视图100C中的第一组装分路器155A和第二 组装分路器155B进行描绘，155A和155B分别使用900ym次级管和250ym初级涂层，封装 直径为5. 6mmW及长度为76mm;也通过第S视图100C中的第S组装分路器160A和第四组 装分路器160B进行描述，160A和160B同样分别采用900ym次级管和250ym初级涂层，封 装直径为4mm。为了减小该样的禪合器的占用面积，一些供应商，例如Viscore，推出了直径 为3. 0mm并且长度为54mm或60mm的烙融光纤封装。在图1的第四视图100D中，还描绘了 第一至第S星形禪合器165、170和175,分别表示4x4模块、16x16模块W及32x32的安装 在机架上的星形禪合器。
[0038] 参考图1B，其分别描绘了第一网络180和第二网络190,180和190代表了用于实 现具有M= 2"的星形禪合器所谓的"全混洗"架构W及Banyan架构，其中对于根据现有技 术所述的4x4、8x8、16xl6等星形禪合器，n= 2, 3, 4…等。实现"全混洗"的第一网络100E 采用R=M/2 2x2禪合器的n= 3个臂，其中，在每对臂之间实现了 "全混洗"。相比之下， 第二网络190同样采用R=M/2 2x2禪合器的3个臂，但是此时2x2禪合器的第一臂与第 二臂之间的混洗和2x2禪合器的第二臂与第S臂之间的混洗是不同的。在2x2禪合器的第 一臂和第二臂内，混洗路由被划分W使得第一臂的上半部与所有的禪合器禪合并且第一臂 的下半部同样与所有的禪合器禪合，但在2x2禪合器的第二臂与第=臂之间，混洗被分开 W使得混洗的上半部仅与上半部禪合并且下半部同样仅与下半部禪合。根据第二网络190 中所描述的Banyan架构，在对星形禪合器设计进行扩展的情况下，X= 2^禪合器作为R= M/2 2x2c禪合器的子集，此时每个域区间为1 = 1，2,…，n;对于该样的32x32的禪合器，在 每个域中，两组2x2禪合器禪合域在16, 8, 4之间。
[0039] 因此，明显的是，该样的星形禪合器的复杂度具有严重的问题，因为烙融光纤禪合 器阵列必须按照每根光纤必须路由的位置的限定序列被连接在一起。该需要较大的器件， 例如在图1A中被表示为第=星形禪合器175的安装在机架上的32x32星形禪合器。进一 步地，随着M的增大，插入损耗增大3地（无源分路损耗），另外还有烙融光纤2x2禪合器的 额外损耗（对于高质量烙融禪合器通常为0.4地）W及针对每个额外等级的2x2禪合器的 互联损耗（通常为0. 1地）。
[0040] 因此，考虑27x27星形禪合器的要求，则所要求的等级数为n= 5,即M= 32,因为 先前的等级，即n= 4,支持高达16个端口。因此，n= 5的理想分路器的插入损耗为Loss =3地Xn= 3地X5 = 15地，W及对于典型的组装分路器，插入损耗为Loss= 3. 5地X5 = 17. 5地。因此，有利于提供通过烙融光纤器件实现星形禪合器的途径，可随着端口数的增加 而减小器件的数量W及插入损耗。因此，发明人对使用ZXZ禪合器的星形禪合器组件进行 了分析，其中Z= 2, 3, 4,...。图1B的第一视图描绘了 1x3禪合器的截面图，某些禪合器 (比如1x3禪合器）提供了高度对称的用于烙融的结构，从而提供了较其他禪合器（比如 1x4)改进的均匀性。
[0041] 对本领域普通技术人员而言，明显有利的是，星形禪合器从一个输入端口到任一 输出端口的时延实际上是恒定的，该不同于环形、总线形和网格形架构中的节点到节点时 延。考虑到光学结构中不包含有源器件的系统，即光域中不存在用来提供信号放大或重新 生成的光学放大，则功率预算成为禪合器结构的端口密度的确定性因子。为了计算禪合器 结构的功率预算，首先需要估计来自系统的其余部分的功率损耗，其主要包括复用器/解 复用器插入损耗和光纤传输损耗。具体来说，对于基于薄膜滤波器的CWDM，复用器/解复用 器造成的功率损耗大约为2. 5地。假设损耗为0. 3地/km并且长度为10km(通常为数据中屯、 内的最大距离要求），则复用器/解复用器与禪合器结构之间的每个光纤段的链路预算为 3地。在大多数交叉连接应用中，光纤长度会远小于10km。在系统层面，来自发射器到达接 收器的光信号行进经过一个复用器、一个解复用器W及长度最大为20km的光纤，从而产生 11地的功率损耗。考虑到35地的系统功率预算（该对于现有的光器件技术是可行的），则 针对禪合器结构的功率预算为24地。
[0042] 发明人也开发了用于具有较多的信道端口数量的星形禪合器的设计，该些设计结 合了烙融光纤禪合器设计（比如2x2和3x3禪合器），从而提供所需要的设计。参考图2， 其描绘了根据本发明实施例所述的27x27星形禪合器的示例性架构200,其中采用了树型 配置的3x3禪合器210。每个3x3禪合器210具有4. 77地的本征损耗，并且基于现有的烙 融光纤技术批量制造的额外损耗为0. 5地。如图2所示，架构200最初将所有输入信号并入 单个3x3禪合器210中，然后在所有输出端之间再次使用3x3禪合器210相等地分路信号 功率。对于N输入端W及N输出端，该一设计需要2[log3闲-1级3x3禪合器210。考虑到 用于互联相邻级的接头损耗为0. 2地W及0. 5地的额外损耗，则每个输出端处的功率损耗 为5. 47 (2 [log3闲-1)-0. 2地。因此，对于24地功率预算，发射器与接收器之间的端口数量 N在超过该损耗之前只能达到9。该设计的问题在于=分之二的功率在每个合路或分路操 作期间被完全浪费掉。
[0043] 同样地，参考图3,其描绘了根据本发明实施例所述的27x27星形禪合器的示例性 架构300,其中采用了经修改的Banyan配置的3x3禪合器330,所述经修改的Banyan配置 使用提供9x9星形 禪合器的第一子块310W及使用3个3x3禪合器330的第二子块320。 可提供更高效设计的架构300使用Banyan或基线拓扑将3x3禪合器330互联W使得全部 输入功率在相等功率分路的情况下被递送到输出端。与图2中的前一设计相比，示例性架 构300内的级数从5减至3。更一般地说，对于N输入端W及N输出端，只需要[log3闲级 的3x3禪合器330,该在任一输出端处对应于5. 47 [log3闲-0. 2地的功率损耗。对于24地 的功率预算，禪合器结构的端口数量可W扩展到N= 81。该一情况下每个输出端处的功率 损耗为21. 68地。请注意，如果具有相同额外损耗的3. 01地2x2禪合器用于构建禪合器结 构，则该禪合器结构的端口数量可W高达N= 64,输出端处的精确功率损耗为22. 06地。
[0044] 输出端处的功率损耗包括；功率分路造成的基本损耗，W及由禪合器额外损耗 和光纤接头损耗引入的附加损耗。使用3x3和2x2光禪合器对附加损耗的贡献分别为 0. 7 [log3闲-0. 2地和0. 7 [log2闲-0. 2地。图4对该些额外损耗进行了绘制，其中，从额外 损耗和接头损耗的角度来看，3x3禪合器是明显优于2x2禪合器的构建块。因此，基于发明 人所进行的分析表明，与基于2x2烙融光纤禪合器的现有技术的构建方法不同，星形禪合 器在与烙融器件组装时，提供了更强的性能。相应地，考虑到3x3构建块，则随着n的增加， 端口数量为3、9、27、81W及243,而现有技术设计的端口数量为2、4、8、16W及32。不过， 发明人也分析了采用3x3禪合器和2x2禪合器的混合星形禪合器设计，使得中等数量的端 口得W实现，其中支持的端口数量N可W是具有且仅具有质因数3和/或2的任意整数，例 如N= 48)。
[0045] 对本领域普通技术人员而言，明显有利的是，星形禪合器从一个输入端口到任一 输出端口的时延（如图3和图4中的示例性架构300和400所示）实际上是恒定的，该不 同于环形、总线形和网格形架构中的节点到节点时延。
[0046] 明显的是，可W使用各种其他架构，该些其他架构采用小型ZxZ禪合器（例如2x2 和3x3)的不同组合，从而提供所需的星形禪合器功能。同样明显的是，可使用其他小型ZxZ 禪合器，只要该些ZxZ禪合器具有高性能，包括（例如）4x4和6x6等。进一步地，某些架构 可采用小型MxN禪合器，比如3x1和4x2。当之前相对于星形禪合器和小型ZxZ禪合器进行 表示和讨论的架构相对于采用烙融光纤器件技术进行讨论时，对于本领域的普通技术人员 而言，明显的是，可交替采用自由空间或其他光波导技术W提供整个星形禪合器结构或对 小型ZxZ禪合器构建块进行连接。自由空间技术连同微光ZxZ禪合器（同光纤一样）在不 存在干扰（串扰）的情况下，允许不同路径之间存在低损耗跨接。进一步地，某些P0XN架 构可使用反射结构进行"折叠"W使得节点的发射器端口和接收器端口可被禪合至P0XN的 同一侧而不是节点的所有发射器端口被禪合至一侧且节点的所有接收器端口被禪合至其 他侧。使用合适的附加光学器件时，在每个节点处，发射/接收信道在单根光纤上而不是在 一对光纤上进行双向发射。
[0047] 可选地，各种折叠的全连接网络（包括但不限于Banyan、碟形W及全混洗网络）可 用于部分或整体提供光禪合器结构。在本发明的其他实施例中，一个或多个绕射光栅可用 作自由空间光学混合版本的一部分W提供分路功能。在本发明的其他实施例中，光栅可配 置W使得可配置的结构能够得W实现。进一步地，在本发明的其他变型中，混合自由空间光 禪合器可作为一个构建块，例如4x4和6x6,W在根据本发明实施例所述的P0XN中使用。在 使用绕射光栅的某些折叠的P0XN元件中，该些光栅中的一部分可被波长选择开关（WS巧所 代替。
[0048] 上述的星形禪合器是使得能够在数据中屯、内构建光交叉连接网络的无源分配器 件。因此，用于该样的交叉连接的主要光学器件为NxN非波长依赖型禪合器结构，其具有 N个输入端和N个输出端。每个输入端的光功率在N个输出端之间进行等分W使得在光交 叉连接网络中，在任一输入端与任一输出端之间建立回路W及在任一输入端与任一输出端 之间建立时延时，不需要进行重新配置。该使得无源光交叉连接能够支持各种类型的业务。 然而，最初也考虑到带宽效率会减小，因为在不同的输入-输出对之间不可能进行空间波 长复用，在有源交换的交叉连接中会使用不同的输入-输出对。但是，为了完全理解光学技 术的带宽效益，在禪合器结构的每个输入端处使用波分复用（WDM)。在该分析中，受到数据 中屯、部署对成本的敏感性的推动，在现有设计中倡导CWDM。凭借现有的CWDM技术，每个波 长可在lOGb/s下运行，且每个端口可支持18个波长。因此，在该种情况下，光交叉连接网络 的总带宽容量为180Gb/s。此外，可在每个波长上使用时分复用（TDM)W提供子波长粒度下 的带宽利用率，该从w下分析中可明显看出。在本发明的其他实施例中，在根据链路长度、 成本等产生的限制的情况下，当在C波段（1528. 77皿至1563. 86nm)内lOOGHz处使用DWDM 的情况下波长的数量增至44个波长时或者使用交织器W及在1550nm区域中采用S波段和 L波段扩展的情况下波长数量更多时，每个波长可在增大的数据速率下运行，例如20Gb/s、 40抓/s等。
[0049] 参考图5,其描绘了传输系统500,该传输系统500使用具有第一至第S节点510、 520和530的交叉连接结构，第一至第S节点510、520和530分别表示禪合至2MX2M禪合 器结构540的M个节点。在本说明书的剩余部分，该样的交叉连接结构被称为无源光交叉 连接（P0XC)结构。在第一至第S节点510、520和530的每一个中，网络接口卡（NIC) 550 具有发射端口和接收端口。每个发射端口（作为复用器580的输出端）配有位于发射器块 560内的固定（或可调）发射器阵列，所有发射器均在不同的波长下工作，该些发射器由第 一至第N发射器565A至565N表示。起初，该些不同的波长被不同的光纤所携带，其中，所 有的波长信号随后通过复用器550并入一根光纤。接收端口是发射端口的反面，其能够接 收所有N个波长。接收端口与发射端口具有相似的结构，其中，复用器580和发射器块560 分别被解复用器590和接收器块570所代替。接收器块560包括第一至第N接收器575A 至575N。为使精确时钟同步和延迟测量能够实现，假设具有一个NIC550的发射器和接收 器与禪合器结构具有相同的光纤距离，W使得从信源NIC550到信宿NI巧50的传播延迟与 从信宿返回信源的传播延迟相同。该一假设通常在实际系统中得W满足。
[0050]无源光否义连接协议；对于本领域普通巧术人员而言，明显的是，由于其广播特 性，P0XC结构意味着带宽资源在所有的输入端之间进行共享。因此，为了在输出端口避免 来自不同输入端口的帖碰撞，重要的是开发一种在链路层协调端口传输的多接入协议。在 前述描述中，18波长lOG/s的CWDM部署被认为提供了 180抓/s的总带宽容量。理想情况 下，如果所有N个输入端都有数据要发送，则多接入协议应使得对于N个输入端，能够达到 每端口 180/NGb/s的平均传输速率；W及如果仅一个端口有数据要发送，则瞬时传输速率 为180抓/s。但是，控制开销是无法避免的，从而导致任一情况下传输速率降低。
[0051] 发明人通过利用端口的对等特性W及介质的广播特性，提出了一种具有服务质量 怕〇巧支持的高度分布协议。被称为高效分布式接入协议（肥DA巧的协议，对于主-从基础 设施可实现高于轮询方法的效率的同时保持完全分布式操作W避免单点故障。肥DAP被分 为两个阶段；发现阶段和数据传输阶段。发现阶段旨在实现可使网络的运行成本最小化的 即插即用目标。在该阶段期间，P0XN中的端口将有机会发现该P0XN中的其他端口、建立公 共参考时钟、将时钟同步到所述参考时钟W及测量往返时间和回送时间。图6中的发现序 列610已示出发现阶段，并且其后具有多个数据转移序列650,每个数据转移序列在调度周 期640内发生。下文给出了发现阶段的细节。
[0052]图7所描绘的数据转移阶段在发现阶段之后，但是其完成的时间较发现阶段长， W使得由发现阶段引入的开销可实现最小化。在发现序列610之后，数据转移阶段被进一 步分为多个调度周期640,每个调度周期包括数据转移阶段650。在发现阶段所发现的每个 端口将有机会在每个调度周期内发送突发的帖。在突发的末尾，端口还会公布其在下一个 周期期间需要发送的业务量。梢带方法使得所有其他端口能够通过基于广播的P0XN获知 请求的同时可用于维持一一来自不同信源端口的业务突发之间的一一端口间保护间隔的 带宽浪费最小化。与轮询方法（主节点轮询从节点，基于响应制作调度表，然后通知从节点 其相应的调度表）不同，POXN中的端口可在获知来自其他端口的所有公布之后，在本地层 面单独制作自己的调度表。只要公共调度算法被所有端口使用，就可W避免调度冲突。该 类似于对等网络中所使用的方法，在对等网络的该方法中，公共哈希函数被所有的对等体 所使用W建立分布式哈希表值HT)，而不需要中央服务器。利用发现阶段中所测得的回送时 间，可对时钟漂移和传播延迟进行补偿，W使得来自不同端口的调度表可在周期内被及时 地完全对准。因为不存在轮询方法中的轮询消息，周期可W-个紧接着一个，而之间的间隙 很小。该进一步减小了与轮询方法相关的开销。
[0053] 考虑到端口的流失，发明人允许在数据转移阶段运行足够长时间W后重复发现阶 段。发现阶段的重复使得；能够发现新的端口，时钟能够被重新参考与重新同步（当发生时 钟参考端口故障时），W及往返时间和回送时间能够被再次测量（当发生时钟参考端口故 障时）。发现阶段之间的时段应当足够长W容纳尽可能多的调度周期，同时应该足够短W使 加入网络的新端口的延迟和对时钟漂移的影响最小化。协议可作为个别情况进行实施W将 多个波长作为逻辑上的一个资源块进行管理，或者作为多个独立情况进行实施，每种情况 针对一个波长，W实现更好的可管理性、灵活性和可靠性。两种实施模式具有相同的带宽效 率。下面分别参考图6和图7对该些阶段进行描述。
[0054] 发现阶段：系统启动时的发现阶段一一当系统启动时，所有端口开始监听P0XN- 段时间。基于在该时段内不会检测到传输的事实，每个端口得知系统刚刚启动。然后，所有 端口在各自的随机回退时段之后开始发送DISCOVERY(发现）消息W使得自身能够被所有 其他端口所识别的同时最小化消息碰撞。DISCOVERY消息携带发送方端口的MAC地址、发送 消息的时间戳、用于发现窗口的时段W及在第一调度周期中待发送的业务量。在进行发送 时，端口也在其接收侧监听DISCOVERY消息。该些消息包括端口自身发送的消息。在没有 传输协调的情况下，很有可能发生消息碰撞。碰撞的消息在端口的接收侧的MAC层进行检 巧。。相似的技术已用于EP0NQE邸标准802. 3-2008)中。通过在发送每个DISCOVERY消息 之前强加随机回退来避免持续的碰撞。发现窗口始于所有端口对第一DISCOVERY消息的正 确接收，并且其持续时间如该消息中指定的那样。
[0055] 由于每个端口可收听到来自信道的完全相同的消息流，所W端口可安全地推断出 在该端口的本地接收器处所成功接收到的第一DISCOVERY消息也就是所有其他端口所成 功接收到的第一DISCOVERY消息， W使得所述发现窗口是完全一致的。如果多个波长由单 个协议实例进行管理，则可在同一时刻接收不同波长上的消息。在该种情况下，所有端口使 用同一判据策略W选择相同的第一消息。所有DISCOVERY消息必须在发现窗口内被任意 端口所接收。由于端口到端口的传播延迟，允许发送DISCOVERY消息的实际窗口（由$t_ (TW}$表示）小于所通告的发现窗口 $t_{TW}$。由于此时端口到端口的传播延迟未知，所 W20km最大光纤距离上的最坏情况下的传播延迟$T'{PP}_{MA对=100\11111.3$被假设为 接近安全传输窗口。因此得到$t_{LW} =t_{DW}-r巧巧_{MAX}$。如果在$t_{TW}$内检 测到任何消息碰撞（可W是或者不是其自身的DISCOVERY消息），则端口将在新的随机回退 时段之后调度重新传输直到其自身的DISCOVERY消息在其本地接收器处被适当地接收（因 而也被所有其他端口所接收）或者直到所述传输窗口 $t_{TW}$结束。对DISCOVERY消息 的成功接收表明发送方端口已为所有端口所知。该样的端口被称为成功端口。第一成功端 口决定发现窗口，并且其时钟还作为用于同步的参考时钟。在图6中，假设端口 1为第一成 功端口，并且端口 2和端口 3依次为第二成功端口和第=成功窗口。端口 1则可决定其回 送时间为$T_{L1} = 同样地，端口 2和端口 3可决定其相应的回送时间 分别为$T_{L2} $和$T_{U} $。在第一成功端口所通告的时间窗口的时段到期之后，不允许 其他端口进行发送。
[005引然后，第一端口将广播CONFIRMATION(确认）消息W向每个已知端口总结信息， 比如端口的MAC地址、来自端口的DISCOVERY消息的传输时间（即该DISCOVERY消息内 的时间戳）、DISCOVERY消息在第一端口处的接收时间、W及第一调度周期的业务请求。 CONFIRMATION消息还会通知后续数据传输阶段的开始时间所包含的调度周期 的总数量、W及用于下一发现阶段的发现窗口的大小。然后，每个端口可使用该些信息W 决定到达第一端口的往返时间W及相对于第一端口的参考时钟的时钟偏移。W端口 2为 例。使$t' {12} _ {rtt} $和$t_{offset} $分别表示其到达端口 1的往返时间W及相对于端 口 1 的时钟偏移。极易确定 W及 $t_ {22} =t_{15}+t_{offset}+l/2t-{12}_{rtt}$。因此，得到 = (t_{22}t_ {1 引）+\left(t_{13}-t_{21}\ri曲t)$，W及 $t_{offset} =l/2\left[\left(t_{22}t_ {15} \ri曲t)-\left \ri曲t) \ri曲t] $。然后，端口 2使用偏移值来校正其 时钟。
[0057]当CONFIRMATION消息被所有端口接收时，所有时钟都被同步到参考时钟。每个端 口将按照各个端口成功发送其DISCOVERY消息的顺序W及各个端口在即将到来的第一调 度周期中待发送的业务量，维护发现阶段所发现的所有端口的列表。利用该列表，每个端口 可为所有端口制作调度表W决定其发送自身业务的时间和可发送的业务量。在假设所有端 口使用相同的算法的情况下，极易看出每个端口在本地产生的调度结果完全相同W确保在 第一调度周期内不存在与其他端口的突发碰撞。如果未接收到CONFIRMATION消息，则端口 会再次重启。
[0058] 正常操作期间的发现阶段一一一旦开始数据转移，每个数据转移阶段紧随发现阶 段。在每个发现阶段期间，现有端口不发送DISCOVERY消息，因为相互认识。现有端口将监 听和记录来自由潜在新端口所产生的任何DISCOVERY消息的信息。当新端口试图加入P0XN 时，其需要等待CONFIRMATION消息W获知共享信道的所有现有端口，获取下一发现窗口的 大小W及需要得知当前数据转移阶段中调度周期的数量W进一步确定下一发现阶段的开 始时间。该意味着新端口在使自身被其他节点所认识之前，必须等待至少一个数据转移阶 段。在等待时段内，新端口监视网络、记录来自其接收的所有消息的信息、并且追踪调度周 期W计算下一发现窗口的精确开始时间。
[0059] 在下一发现阶段期间，只有新端口需要发送DISCOVERY消息。该将最小化碰撞。在 发现窗口结束之后，在系统启动时，第一成功端口（或者更精确地，当前时钟参考端口）将 发送CONFIRMATION消息，如果可能的话，会考虑端口故障。CONFIRMATION消息包含；与现有 和新加入端口有关的信息、后续数据转移阶段、W及下一发现阶段。所有端口将使用该信息 W计划其将来的操作事件。如果未接收到CONFIRMATION消息，端口将会认为在发现阶段内 时钟参考端口碰巧故障，然后重新启动。但是，考虑到下文所示的发现阶段的短持续时间， 该样的故障事件应该很罕见。
[0060] 数据转移阶段一-调度算法将决定端口可进行发送的时间W及可发送的量。不对 哪些调度算法可被使用进行限制，只要所有端口遵循同一调度算法。例如，在图6中，假设 所使用的调度算法决定在第一调度周期中发送数据业务的顺序为端口 2、端口 3、端口 1。然 后，数据转移阶段开始于端口 2在t23 =tCl-TL2/2时刻发送其自身的数据突发W使数据 突发如在CONFIRMATION消息中所定义的那样准确地在时刻tCl到达禪合器结构。在完成 其数据突发之后，端口 2将公布其回送时间tL2W及其对下一调度周期的请求（作为通过 REQ肥ST(请求）消息的梢带）。所有其他端口将在各自的列表中记录回送时间W及所请求 的量用于下一周期计算。端口 3在端口 2之后进行发送。端口 3将调度其业务突发W使得 该业务突发正好在端口 2所发送的梢带信息的最后一比特之后到达禪合器结构。端口 3可 W该样做，因为它知道到达禪合器结构的传播时间（即，TL3/2)。如果即使在校正之后时钟 也不完美，则需要一个保护时间W避免重叠。在完成其突发后，端口 3会像端口 2那样公布 其回送时间W及对下一周期的请求。所有其他端口将进行记录。
[0061] 继续该处理直到最后一个端口完成其数据突发和梢带请求。当来自最后一个端口 的REQUEST消息被所有端口接收时，每个端口获知所有端口的回送时间W及所有端口在第 二调度周期中的请求。假设在第二周期中，调度算法所给出的传输顺序与第一周期中的传 输顺序相同。然后，端口 2马上开始第二周期。理想情况下，来自端口 2的第一比特应当正 好在上一周期的最后一比特之后到达禪合器结构。然而，问题在于端口 2可能没有收到最 后几个端口所发送的梢带请求，因为端口 2需要较早发送其突发W减小由传播延迟导致的 间隙。在未接收到最后几个端口的梢带请求的情况下，端口 2仅具有部分请求信息用W计 算针对下一周期的调度表。在该种情形下，端口 2可能需要等待直到接收到来自所有端口 的梢带请求，如图6所示。第二周期tC3的开始时间由每个端口进行本地计算，即tC3 =tC 2+l/2max{TLl，化2,化3}+Tproc+TL2/2,其中，tC2表示上一周期的最后一比特到达禪合器 结构的时间，l/2max{TLl，化2,化3}是该最后一比特从禪合器结构传播到最远的端口所用 的时间，Tproc是在端口处设置用于消息处理、算法运行等的恒定时间值，W及化2/2是第 一传输端口的第一比特在当前周期（即端口 2)到达禪合器结构的传播时间。请注意，tC2 作为调度算法的输出在前一周期给出。
[006引同样，后续调度周期的开始时间相继得W确定。因此，通过从CONFIRMATION消息 开始监听信道，信道接入事件的时间可贯穿整个数据转移阶段进行精确计算。该使得未知 的新端口能够紧随数据转移阶段的最后一比特的接收，识别出发现窗口。周期之间的信道 空闲间隙可通过开发更复杂的调度算法来消除，而今后可从此方面入手进行研究。
[006引在时刻tl5,当发送CONFIRMATION信息时，端口 1仅知道其自身的回送时间。为 使数据转移阶段能够在任一端口处开始，端口 1假设最远端口与禪合器结构相距10km。使 TCPMAX= 50 □S表示对应的单程传播时间。因此，时间tCl计算为tCl=tl5+tCFMtran s+tLl/化2TCPMAX+化roc,其中，tCFMtrans表示消息传输时间。此外，由于每个端口在第一 调度周期结束时得知所有端口的回送时间，所W此后端口之间的传输顺序可W随周期而改 变。很容易看出，上述协议可支持QoS,因为只要所有端口使用相同的确定性调度算法，就 不会对调度算法增加任何特殊要求，该使得本发明的算法简单且对于不同应用都很具吸引 力。
[0064] 当端口停止运行时，其他端口将检测到该一情况，因为停止运行的端口不再发送 对下一周期的请求。所有其他端口（除了在调度w后的周期时假设停止运行的端口不会发 送任何数据之外）不需要执行任何操作。如果停止运行的端口是时钟参考端口，则所有其 他端口仍W相同的方式运行直到下一发现阶段为止。在下一发现阶段期间，所有其他端口 将从各自的列表中移出失效的端口。列表上的第二端口则变成时钟参考端口。
[0065] 功率效率一一当端口不发送数据时，该端口关闭其发射器W避免干扰其他端口的 传输。该也有助于节能。此外，当端口在非高峰期具有较少的数据要发送时，该端口可W简 单地完全关闭自身的某些发射器使得看起来该端口在相应的波长上"停止运行"。该一特性 进一步降低了能量，并且当协议基于每波长实施时，能够获得很好的支持。当业务需求增加 时，该些发射器可通过利用周期性发现阶段该一机会再次开启。
[0066] 带宽效率一一在下文中，通过数值示例来示出所提出的协议的带宽效率。如下面 的表1所示，所使用的参数基于现有的EP0N技术。假设禪合器结构已互联64个端口。首 先，考虑由整个发现阶段产生的带宽开销，假设发现阶段每一分钟被触发一次。发现窗口被 认为是500yS，其中，100yS用于消息传播，化及400yS用于随机回退。应当注意，消息仅 在禪合器结构内可能发生碰撞。因为禪合器结构内的消息传输时间和传播延迟两者都很 小，所W两个或多个帖碰撞的几率实际上非常小。发现阶段WCONFIRMATION消息的传输而 结束，CONFIRMATION消息到达最远端口所花的时间为100yS。因此，发现阶段的开销估计 为[巧00+100)xl0-6]/60xl00%= 0. 001%，该对带宽效率的影响可忽略，因而不将其考虑 在内。也就是说，带宽效率完全决定于数据转移阶段。假设一个简单的调度算法，该调度算 法不会消除调度周期之间的信道空闲间隙，如图6和图7所示。信道空闲间隙包括；禪合器 结构至最远端口的传播延迟、每个端口内恒定的处理时间化roc、W及下一周期的第一传输 端口到禪合器结构的传播延迟。在最坏的情况下，每个传播延迟为=5〇件。因此，所提 出的协议的带宽效率大约为[l-(l0X1Q-9+50Xl0-6x化2000X10-9X63)/10-3]X100% = 77. 4%。因此，每个端口具有2. 72XlO5字节/调度周期的平均突发大小，或者等效地，具 有2. 18Gb/s的平均传输速率。如果一个端口有数据要发送，则该端口可用的最大突变大小 为1. 74X107字节，对应于139. 3抓/s的瞬时传输速率。明显的是，可通过使用高级调度算 法进一步提高带宽效率，该高级算法可使调度周期之间的信道空闲间隙变小。
[0067] 协议一一协议的一个示例如下所示。 定义L为排序列 表 定义R为当前时间待发送的业务量 定义Mac为端口的Mac地址 定义T_Wait为初始等待时间 定义T_Discove巧为发现窗口大小 定义N_Sche化ling为两个发现阶段之间的调度周期的数量 定义T_First为CONFIRMATION封包的发送时间与数据转移封包的第一比特到达禪合 器结构的时间之间的时间间隙 函数getclock返回本地时钟时间 函数receive返回帖或者所接收帖的突发 函数send发送帖或者帖的突发 函数create创建帖
37:clock_error= ((getclock-packet,timestamp)- (packet.Mac.receive_time-packet.Mac.timestamp))/2 38: roundtrip_time= ( (getclock-packet.timestamp) + (packet.Mac. receive_time-packet.Mac.timestamp))/2 39:endelse 40:count=N_Schedule 41:Whilecount二！Odo 42:count-- 43:settimeout(schedule(L,T_first))goto47whentimeout 44:packet=receive0 45:insertpacketinfointoL 46:goto44 47:ifdiscovery_count=Othense打d(burst,民) 48:endwhile49:discovery_count= 0 50:goto6
表1 ;肥DAP协议总结表
[0068] 上述示例性协议是可为连接至POXN的节点提供所要求的新颖网络功能的多个协 议之一。正如上文所讨论的，每个节点会发送和接收数据，执行协议的节点的协议引擎会处 理该数据，从而形成由使用一个或多个微处理器的节点所完成的总体处理的一部分。
[0069] 基于无源光交叉连接的分布式光交换机；在前述部分，关于将无源光交叉连接用 作连接具有低时延的N个节点到具有2NX2N个端口的P0XN的光网络的基础，给出了一个 协议，其中，P0XN的N个端口从N个节点接收CWDM(或DWDM)信号，并且N个端口将来自P0XN 的分配的CWDM(或DWDM)信号禪合至所述N端口。在本说明书的该部分，发明人给出了基 于P0XN的分布式光交换机。我们将其看作用于光交叉连接（0XC)发射器/接收器（TxRx) 的经调度的ITnR设计，并且在下文中描述了所形成的POXN分布式光交换机（POXDO巧如何 等同于无阻塞交换机。
[0070] 在P0XD0S800的ITnR实施中，参考图8,所有发射器（Tx)810可同时工作，发送来 自各自连接的数据源805的数据，因为各个Tx810在不同的波长（WL)上运行。每个接收 器850在光层接收所有札，但是仅能够对一个全速WL(来自仅一个Tx)进行处理。该将峰 值接收比特率限制为1WL比特率。该样一来，该仅需要1WL比特率用于接收数据，发明人认 为该等效于交换机，因为所有端口可W同时工作。相应地，每个Tx810被禪合到P0XN815 的一个端口，W及每个接收器850被禪合到P0XN815的另一端口，其中，每个接收器850的 输出端禪合至数据宿840。
[0071] 在每个接收器850内，WDM820对来自NTx810的N波长进行解复用，将经解复用 的WL禪合至光接收器825的阵列。光接收器825的输出端则被禪合到第一电子处理单元 830,其中，对于每个信道，第一电子处理单元830仅允许用于数据宿840的数据包前进到 第二电子处理单元835,第二电子处理单元835将该些允许的数据包按顺序排列到数据宿 840,从而消除了来自在不同WL上同时发送的数据包的冲突。相应地，每个接收器850可同 时接收来自多个发射器的数据。
[0072] 对于本领域的普通技术人员，明显的是，信宿地址冲突可被实施使得在任一时间， 对于一个特定的Rx端口，仅一个Tx被允许发送全速业务包到该Rx端口。此外，解决信宿 地址冲突的协议也可为光接收器阵列选择/锁定电子接收器850。相应地，交换智能和控制 可在本发明的实施例中进行分配。
[0073] 在本发明的某些实施例中，所有端口可W诸如ITnR的方式结合诸如如上所述的 调度协议进行工作W交换业务控制信息。相应地，与数据业务相比，低速业务允许所有接收 器在空闲时监听其他端口的状态消息，进而充分利用P0XN的广播特性。相应地，接收器锁 定在协议的光/数字域中，并且P0XD0S在高速/全速下工作。在输送序列完成后，接收端 口切换回空闲模式并且广播其空闲状态。当一个端口与另一端口进行交换时，其他端口可 建立其他链路，但不是达到占用的Rx端口的链路直到该占用的Rx端口被释放。
[0074] 相应地，具有相关联的Tx/Rx的一个端口可同时从一个端口接收而向另一端口发 送，因而使用调用方式协议来提供扩展的业务控制。根据本发明的另一实施例，所有N个接 收器可同时运行W递送NXWLbitkate的接收速度，从而充分利用了全P0XN能力。然而，该还 要求每个接收器支持相当于NXWLeiTKATE的数字处理能力，造价会很昂贵，因而可选择性地 设置在某些P0XD0S实施中。
[00巧]图9描绘了部署在二维超级P0XN(2DHyperP0XN)900内根据本发明实施例所述 的无源光交叉连接网络（P0XN)。相应地，如所描绘的那样，所述2DHyperP0XN900包括功 能单元920,所述功能单元920经由P0XN910被禪合至垂直路由930、水平路由940W及下 一垂直行的功能单元920内的功能单元920。经由垂直路由930,功能单元920还被连接到 同一水平行中的相邻功能单元920。经由水平路由940,数据中屯、还被连接到下一垂直行的 功能单元920内的下个功能单元920。相应地，从功能单元920提取出的数据可路由到其他 功能单元920或者分别路由到水平/垂直路由940和930,并且在此被分配到整个2DHyper P0XN900。2DHyperP0XN900内的边缘元件（为清楚起见，未示出）经由外部W及内部连 接到2DHyperP0XN900内的元件上。
[0076] 图10描绘了部署在二维超级P0XN(2DHyperP0XN) 1000内根据本发明实施例 所述的无源光交叉连接网络（P0XN)。对本领域普通技术人员而言，明显的是，如上所述的 P0XN可视为线性总线（等效于同时向该线性总线上的所有节点提供信号）或者可视为具 有"一到多"和"一到一"切换功能的光交叉连接。相应地，在图10和2DHyperP0XN1000 中，P0XN可被描述为线性总线元件，即P0XNA1010和P0XNB1020,其中，从功能单元1030 到P0XN的连接为从该功能单元1030到该P0XN的一个端口的连接。相应地，如图10和2D HyperP0XN1000所示，每个功能单元1030连接至两个P0XN，即分别为P0XNA1010和P0XN B1020。相应地，对本领域普通技术人员而言，明显的是，一个或两个P0XN可被无源光交叉 连接（P0XC)结构（如上文中关于图5所描述的结构）所代替。
[0077] 参考图11，其描绘了部署在S维超级P0XN(3DHyperP0XN) 1100内根据本发明实 施例所述的无源光交叉连接网络（P0XN)。正如图10所示，对本领域普通技术人员而言，明 显的是，P0XN可视为线性总线（同时向该线性总线上的所有节点提供信号）。相应地，在图 11 和 3DHyperP0XN1100，P0XN可被描述为线性总线元件，即P0XNA1110、P0XNB1120 和POXNC1130。从功能单元（例如，处理器A1140,存储器1150或者处理器B1160)到 P0XN的连接在物理层面为从功能单元到P0XN的被描述为P0XN的线性总线表示的端口的连 接。相应地，如图11和3DHyperP0XN1100所示，3DHyperP0XN1100内的每个功能单 元被描述为连接到两个P0XN，即分别为P0XNA1110和P0XNB1120,同时3DHyperP0XN 1100内处于左上行中的该些功能单元也连接至P0XNC1130,W使得其被连接到3个POXN， 即分别为POXNA1110、POXNB1120 和POXNC1130。该样一来，POXNC1130 起作用W 在不同层的功能单元之间进行禪合，不同层的功能单元经由2DHyperPOXN进行连接，如图 10中的2DHyperP0XN1000所描述的那样。该些层在3DHyperP0XN1100内表示为层1 至层8。边界1170内的那些功能元件被描绘为仅被连接到两个POXN。可选地，该些功能单 元也可连接至第SPOXNC1170或者可连接至其他POXN。
[0078] 相应地，对本领域普通技术人员而言，明显的是，一个、两个或全部=个POXN可被 无源光交叉连接（P0XC)结构（如上文中关于图5所描述的结构）所代替。对本领域的普 通技术人员而言，明显的是，该些概念可扩展至一般的N维网格（NDMESH)，其中，每个功能 单元连接至不同组合中的POXN和/或P0XC。2DHyperPOXN1000和3DHyperPOXN1100 形成了被发明人命名为"超级光学云（册C)"的离散实施例。
[0079] 上文描述中给出了具体的细节W帮助完全理解实施例。但是，应该理解，本发明的 实施例可W不通过该些具体细节而实施。例如，可框图形式给出电路，W使不必要的细节不 会模糊该些实施例。在其他示例中，为了避免模糊实施例，没有显示一些公知的电路、过程、 算法、结构和技术的非必要细节。
[0080] 可W用各种方式来实施上面描述的技术、框图、步骤和手段。例如，可W用硬件、软 件或两者的结合来实现该些技术、框图、步骤和手段。对于硬件实施，可W在一个或多个特 定用途集成电路（ASIC)、数字信号处理器值SP)、数字信号处理器件值SPD)、可编程逻辑器 件（PLD)、现场可编程口阵列（FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于执行 上述功能的其他电子单元和/或它们的组合中实施处理单元。
[0081] 还应注意，可将该些实施例描述为W流程表、流程图、数据流程图、结构图或框图 的形式描绘的过程。尽管流程图可W描述作为连续处理的操作，然而，所述操作中的许多操 作可w并行或同时执行。此外，操作的顺序可w重新设置。当过程的操作完成时，该过程即 被终止，但是该过程可能包括未包含在图中的附加步骤。过程可对应于方法、函数、步骤、子 例程、子程序等。当过程对应于函数时，过程的终止对应于该函数对调用函数或主函数的返 回。
[0082] 此外，实施例可通过硬件、软件、脚本语言、固件、中间件、微码、硬件描述语言和/ 或W上各项的任意组合来实现。当W软件、固件、中间件、脚本语言和/或微码的形式实施 时，用W完成必要任务的程序代码或代码段可存储在机器可读介质中，例如存储介质。代码 段或机器的可执行指令可表示步骤、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、脚本、 等级或指令、数据结构和/或程序语句的任意组合。代码段可通过传递和/或接收信息、数 据、变元、参数和/或存储器内容而被禪合至另一代码段或硬件电路。信息、变元、参数、数 据等可通过任何合适的手段进行传递、转发或发送，该手段包括内存共享、消息传递、令牌 传递、网络传输等。
[0083] 对于固件和/或软件实施，可通过 模块（例如，步骤、函数等）来实施方法，该模块 执行本申请中所述的功能。任何使指令具体化的机器可读介质可用于实施本申请中所述的 方法。例如，软件代码可存储在存储器中。存储器可W在处理器内实施或者在处理器外部 实施，并且根据实施方式的不同而改变，其中，当存储器被用来执行软件代码时，存储器被 用来存储供后续执行的软件代码。正如本文所使用的，术语"存储器"是指任何类型的长期、 短期、易失性、非易失性、或其他存储介质，并且不限于存储器的任何特定类型、或存储器的 数目或存储存储器的介质类型。
[0084] 此外，本文中的术语"存储介质"可W表示一个或多个用于存储数据的装置，包括 只读存储器（ROM)、随机存取存储器（RAM)、磁性RAM、核屯、存储器、磁盘存储介质、光存储介 质、闪存装置和/或其他用于存储信息的计算机可读介质。术语"机器可读介质"包括但不 限于便携式或固定存储设备、光学存储设备、无线信道、和/或各种能够存储、包含或承载 指令和/或数据的其他介质。
[0085] 在一个或多个实施例中，本申请中所描述的方法可通过机器来执行，该机器包括 一个或多个接受含有指令的代码段的处理器。对于本申请中所描述的任一方法，当机器执 行指令时，该机器即执行所述方法。任何能够执行一组指令（顺序或其他）的机器都被包 括在内，该组指令指定了该机器所要执行的动作。因此，典型的机器示例可为包括一个或多 个处理器的典型处理系统。每个处理器可包括一个或多个CPU、图像处理单元和可编程DSP 单元。处理系统还可包括存储器子系统，其包括主RAM和/或静态RAM、和/或ROM。可包 括总线子系统，用于部件之间的通信。如果处理系统需要显示器，则可包括该样的显示器， 例如液晶显示器（LCD)。如果需要手动数据输入，则处理系统还包括输入装置，比如一个或 多个字母输入单元（例如键盘）、指向控制装置（例如鼠标）等。
[0086] 存储器包括含有指令的机器可读代码段（例如，软件或软件代码），当被处理系统 执行时，所述指令用于实现本申请中所描述的一种或多种方法。软件可整体位于存储器中， 或者在由计算机系统执行时完全或至少部分位于RAM内和/或处理器内。因此，存储器和 处理器也可组成包括机器可读代码的系统。
[0087] 在替代性实施例中，机器作为单独的装置运行或者可W联网部署的方式连接至 (联网）其他机器，机器可在服务器-客户网络环境中W服务器或客户机的身份运行，或者 在对等或分布式网络环境中，w对等机的身份运行。所述机器可w(例如）是计算机、服务 器、服务器簇、计算机簇、网页应用、分布式计算环境、云计算环境或者任何能够执行指定该 机器所要采取的动作的一组指令（顺序或其他）的机器。术语"机器"也可包括一组机器， 该些机器可单独或结合执行一组（或多组）指令W完成本文中所述的一种或多种方法。
[0088] 本发明的示例性实施例的前述公开已经表明了其示意和说明的目的。并不意在穷 尽本发明或限制本发明现在所公开的精确形式。根据上述公开，对本领域的普通技术人员 而言，本文中所描述的实施例的各种变型和修改将是明显的。本发明的范围仅由所附权利 要求及其对等物进行限定。
[0089] 进一步地，在描述本发明的示例性实施例的过程中，说明书可能将本发明的方法 和/或过程表示为特定序列的步骤。然而，所述方法或过程不依赖于在此所述的特定步骤 顺序，从该个意义上说，所述方法或过程不应限制于所述特定的步骤顺序。正如本领域普通 技术人员所理解的那样，其他步骤顺序也是有可能的。因此，说明书中所给出的特定顺序不 应被理解为对权利要求进行限制。另外，设及本发明的方法和/或过程的权利要求不应当 局限于按照所写顺序执行其步骤，并且本领域的普通技术人员能够容易理解顺序可能发生 变化，并且仍未超出本发明的精神和范围。
【主权项】
1. 一种设备，包括： 多个分配级，每个分配级包括预定数量的具有输入端口和输出端口的无源光分路器， 所述无源光分路器将所述输入端口中的每一个处的光信号同时耦合到所有所述输出端口； 以及 多个互联级，每个互联级将所述多个互联级的第一预定级连接至所述多个互联级的第 二预定级，以使得所述光信号的来自所述多个互联级的所述第一预定级的第一预定数量的 无源光分路器的输出端的预定部分以预定的方式被耦合至所述多个互联级的所述第二预 定级的第二预定数量的无源光分路器的输入端的预定部分。2. 根据权利要求1所述的设备，其中， 所述设备包括至少一个具有三个输入端口和三个输出端口的光分路器。3. 根据权利要求1所述的设备，其中， 所述设备包括预定数量的具有三个输入端口和三个输出端口的第一光分路器以及预 定数量的具有两个输入端口和两个输出端口的第二光分路器。4. 一种方法，包括： 提供一种无源光交叉连接网络（POXN)，该POXN包括第一组多个输入端口和第二组多 个输出端口； 提供耦合至所述POXN的多个节点以使得所述多个节点中的一个节点发送的信号在不 存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个节点； 提供在每个节点上执行的协议引擎，所述协议引擎执行单个节点发现序列和至少一个 数据转移序列的周期性重复处理； 其中，在所述至少一个数据转移序列期间每个节点所发送的数据依靠在所述节点发现 序列期间请求发送数据的节点的数量以及每个请求发送的节点必须发送的数据量来进行 确定。5. 根据权利要求4所述的方法，其中， 提供所述P0XN，包括： 提供多个分配级，每个分配级包括预定数量的具有输入端口和输出端口的无源光分路 器，所述无源光分路器将所述输入端口中的每一个处的光信号同时耦合到所有所述输出端 口；以及 提供多个互联级，每个互联级将所述多个互联级的第一预定级连接至所述多个互联级 的第二预定级，以使得所述光信号的来自所述多个互联级的所述第一预定级的第一预定数 量的无源光分路器的输出端的预定部分以预定的方式被耦合至所述多个互联级的所述第 二预定级的第二预定数量的无源光分路器的输入端的预定部分。6. 根据权利要求5所述的方法，其中， 所述POXN包括至少一个具有三个输入端口和三个输出端口的光分路器。7. 根据权利要求5所述的设备，其中， 所述POXN包括预定数量的具有三个输入端口和三个输出端口的第一光分路器以及预 定数量的具有两个输入端口和两个输出端口的第二光分路器。8. 根据权利要求4所述的方法，其中， 接收数据的时延在预定量内是恒定的，接收数据在所述POXN的输入端口处由所述多 个节点的第一节点发送至所述POXN的所有输出端口。9. 一种方法，包括： 提供一种无源光交叉连接网络（POXN)，该POXN包括第一组多个输入端口和第二组多 个输出端口； 提供耦合至所述POXN的多个发射器节点以使得所述多个发射器节点的发射器节点发 送的信号在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到多个接收器节点，每个接收器节点 在预定波长上进行发射； 提供耦合至所述POXN的所述多个接收器节点以使得所述多个发射器节点发送的信号 在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个接收器节点，每个接收器节点从所 述多个发射器节点的所有正在发射的发射器节点接收所述信号； 提供多个电子处理元件，所述多个电子处理元件从所述多个发射器节点接收多个接收 信号，每个电子处理元件从所述多个接收信号的每个接收信号中滤波掉不用于所述多个接 收器节点中一个接收器节点的全部内容，该接收器节点与该电子处理元件相关联；以及 提供多个缓冲节点，每个缓冲节点从所述多个发射器节点接收经滤波的接收信号并且 将所述经滤波的接收信号排序用于传输到被连接至该缓冲节点的数据宿。10. 根据权利要求9所述的方法，还包括： 提供在所述多个发射器节点和所述多个接收器节点的每一个上执行的协议引擎，每个 协议引擎执行单个节点发现序列和至少一个数据转移序列的周期性重复处理； 其中，在所述至少一个数据转移序列期间每个发射器节点发送的数据依靠在所述节点 发现序列期间请求发送数据的节点的数量以及每个请求发送的节点必须发送的数据量来 进行确定。11. 一种方法，包括： 提供第一无源光交叉连接网络（POXN)，该第一POXN包括第一组多个第一输入端口和 第二组多个第一输出端口； 提供第二无源光交叉连接网络（POXN)，该第二POXN包括第一组多个第二输入端口和 第二组多个第二输出端口； 提供多个数据源，每个数据源被耦合至所述第一组多个第一输入端口的预定第一输入 端、所述第一组多个第一输出端口的预定第一输出端、所述第二组多个第二输入端口的预 定第二输入端、所述第二组多个第二输出端口的预定第二输出端。12. 根据权利要求11所述的方法，其中， 至少一个P0XN，还包括： 提供耦合至所述POXN的所述多个接收器节点以使得所述多个发射器节点发送的信号 在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个接收器节点，每个接收器节点从所 述多个发射器节点的所有正在发射的发射器节点接收所述信号； 提供多个电子处理元件，所述多个电子处理元件从所述多个发射器节点接收多个接收 信号，每个电子处理元件从所述多个接收信号的每个接收信号中滤波掉不用于所述多个接 收器节点的一个接收器节点的全部内容，该接收器节点与该电子处理元件相关联；以及 提供多个缓冲节点，每个缓冲节点从所述多个发射器节点接收经滤波的接收信号并且 将所述经滤波的接收信号排序用于传输到被连接至该缓冲节点的数据宿。13. -种方法，包括： 提供多个无源光交叉连接网络（POXN)，每个POXN包括多个输入端口和多个输出端口； 以及 提供多个数据源，每个数据源被耦合至所述多个POXN的每个POXN的预定输入端以及 被耦合至所述多个POXN的每个POXN的预定输出端。14. 根据权利要求13所述的方法，其中， 至少一个P0XN，还包括： 提供耦合至所述POXN的所述多个接收器节点以使得所述多个发射器节点发送的信号 在不存在任何交换功能的情况下被自动分配到所述多个接收器节点，每个接收器节点从所 述多个发射器节点的所有正在发射的发射器节点接收所述信号； 提供多个电子处理元件，所述多个电子处理元件从所述多个发射器节点接收多个接收 信号，每个电子处理元件从所述多个接收信号的每个接收信号中滤波掉不用于所述多个接 收器节点的一个接收器节点的全部内容，该接收器节点与该电子处理元件相关联；以及 提供多个缓冲节点，每个缓冲节点从所述多个发射器节点接收经滤波的接收信号并且 将所述经滤波的接收信号排序用于传输到被连接至该缓冲节点的数据宿。
【专利摘要】光网络变得无处不在，其可提供低成本、高速通信网络，为通过长城网络到海底的FTTH提供通信支持。提供给每根用户光纤的大量用户和高速意味着托管信息的数据中心内的信息检索和路由功能可成为速度和时延的瓶颈。根据本发明的实施例，发明人提出了基于全光无源光网络的架构，该架构支持用于减小时延的分配方式以及与架构的部署相关的协议。有利的是，这样的POCXN概念所采用的光学部件已经得到大批量制造技术以及用于增加吞吐量的CWDM/DWDM技术的支持。
【IPC分类】H04B10/80, H04Q3/52, H04B10/27
【公开号】CN104904143
【申请号】CN201380069142
【发明人】刘云曲, 梁金伟, 倪文达, 黄昌成
【申请人】维斯柯科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月26日
【公告号】EP2923455A1, US20150296278, WO2014078940A1
最新回复(0)