用于光子交換的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 本發(fā)明要求2014年5月12日遞交的發(fā)明名稱(chēng)為"用于光子交換的系統(tǒng)和方法 (System and Method for Photonic Switching)" 的第 14/275, 320 號(hào)美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)案 以及2013年5月10日遞交的發(fā)明名稱(chēng)為"用于在純光子包交換機(jī)中使用偏轉(zhuǎn)策略的競(jìng)爭(zhēng) 解決的系統(tǒng)和方法（System and Method for Contention Resolution using Deflection Policies in Pure Photonic Packet Switch)"的第61/822, 180號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的在先 申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)，所述在先申請(qǐng)的內(nèi)容以引入的方式并入本文本中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于光通信的系統(tǒng)和方法，且具體來(lái)說(shuō)，涉及一種用于光子交換 的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 通過(guò)用戶(hù)數(shù)的增長(zhǎng)且通過(guò)應(yīng)用數(shù)的增加激起的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)產(chǎn)生對(duì)帶寬的 更高需求。此增長(zhǎng)需要具有較高交換能力的較大包交換網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)中心含有巨大數(shù)量的服 務(wù)器機(jī)架、存儲(chǔ)設(shè)備機(jī)架以及其它機(jī)架，所有機(jī)架經(jīng)由巨大的集中式包交換資源互連。在數(shù) 據(jù)中心中，電力包交換機(jī)用于路由數(shù)據(jù)包。極高速率的電子包交換涉及巨大的冷卻和空間 成本。因此，光子包交換是所需的。
[0004] 服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和輸入輸出功能的機(jī)架含有架頂（TOR)交換機(jī)，所述架頂交換 機(jī)將來(lái)自它們的相關(guān)聯(lián)服務(wù)器和/或其它外圍設(shè)備的包流合并成每TOR交換機(jī)更少數(shù)目的 高速流，這些高速流被路由到包交換核心。并且，TOR交換機(jī)接收來(lái)自所述資源的返回經(jīng)交 換流且將其分布到所述交換機(jī)的機(jī)架內(nèi)的服務(wù)器?？梢源嬖趶拿恳?TOR交換機(jī)到包交換核 心的4 X 40Gb/s的流和相同數(shù)目的返回流。在數(shù)據(jù)中心中可以存在每機(jī)架一個(gè)TOR交換機(jī)， 其中具有數(shù)百到數(shù)萬(wàn)個(gè)機(jī)架，以及因此數(shù)百到數(shù)萬(wàn)個(gè)TOR交換機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 光子包交換的實(shí)施例方法包含：通過(guò)光子交換結(jié)構(gòu)從第一架頂（TOR)交換機(jī)接收 對(duì)應(yīng)于第一光子包和第一時(shí)間段的目的地端口請(qǐng)求，其中目的地端口請(qǐng)求包含第一輸出端 口；以及確定所述第一輸出端口在所述第一時(shí)間段期間是否可用。所述方法還包含通過(guò)光 子交換結(jié)構(gòu)從第一 TOR交換機(jī)接收第一光子包；以及當(dāng)?shù)谝惠敵龆丝谠诘谝粫r(shí)間段期間可 用時(shí)，將第一光子包路由到第一輸出端口。另外，所述方法包含當(dāng)?shù)谝惠敵龆丝谠诘谝粫r(shí)間 段期間不可用時(shí)，將第一光子包路由到替代輸出端口。
[0006] 實(shí)施例光子交換結(jié)構(gòu)包含第一光子交換機(jī)和耦合到所述第一光子交換機(jī)的交換 機(jī)控制器，其中所述第一光子交換機(jī)用于耦合到多個(gè)架頂（TOR)交換機(jī)，其中所述第一光 子交換機(jī)包含第一多個(gè)輸入端口和第二多個(gè)輸出端口，其中所述第二多個(gè)輸出端口多于所 述第一多個(gè)輸入端口，其中所述交換機(jī)控制器用于根據(jù)第一目的地端口請(qǐng)求確定第一輸出 端口在第一時(shí)間段期間是否可用，其中當(dāng)所述第一輸出端口在所述第一時(shí)間段期間可用 時(shí)，所述第一光子交換機(jī)用于將第一輸入端口連接到所述第一輸出端口，并且其中當(dāng)所述 第一輸出端口在所述第一時(shí)間段期間不可用時(shí)，所述第一光子交換機(jī)用于將所述第一輸入 端口連接到第二輸出端口。
[0007] 實(shí)施例光子交換結(jié)構(gòu)包含光子包交換機(jī)和包含第一輸入光子交換機(jī)的多個(gè)輸入 光子交換機(jī)，其中所述多個(gè)輸入光子交換機(jī)耦合到所述光子包交換機(jī)，其中所述多個(gè)輸入 光子交換機(jī)用于耦合到包含第一 TOR交換機(jī)的多個(gè)架頂（TOR)交換機(jī)，其中當(dāng)所述光子包 交換機(jī)的第一輸出端口在第一時(shí)間段期間可用時(shí)，所述第一輸入交換機(jī)用于將第一包從所 述第一 TOR交換機(jī)引導(dǎo)至所述光子包交換機(jī)，并且其中當(dāng)所述光子交換結(jié)構(gòu)的所述第一輸 出端口在所述第一時(shí)間段期間不可用時(shí)，所述第一輸入光子交換機(jī)用于將所述光子包返回 到所述第一 TOR交換機(jī)。
[0008] 前文已相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的特征，以便可以更好地理解下文 本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明。下文中將描述本發(fā)明的實(shí)施例的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)，這些另外的特征 以及優(yōu)點(diǎn)形成本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)的主題。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，所公開(kāi)的概念和 具體實(shí)施例可以容易地用作修改或設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)或方法的 基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)意識(shí)到，此類(lèi)等效構(gòu)造不脫離如在所附權(quán)利要求書(shū)中所闡 述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，其中：
[0010] 圖1圖示實(shí)施例數(shù)據(jù)中心；
[0011] 圖2圖示實(shí)施例星形架構(gòu)；
[0012] 圖3圖示實(shí)施例環(huán)形架構(gòu)；
[0013] 圖4圖不到光子包交換機(jī)的傳入競(jìng)爭(zhēng)光子包；
[0014] 圖5圖示競(jìng)爭(zhēng)包通過(guò)光子包交換機(jī)的解決；
[0015] 圖6圖示用于競(jìng)爭(zhēng)解決的實(shí)施例光子交換結(jié)構(gòu)；
[0016] 圖7圖不具有競(jìng)爭(zhēng)解決的另一實(shí)施例光子交換結(jié)構(gòu)；
[0017] 圖8圖示解決競(jìng)爭(zhēng)光子包的實(shí)施例方法的流程圖；
[0018] 圖9圖示用于競(jìng)爭(zhēng)解決的另外實(shí)施例光子交換結(jié)構(gòu)；
[0019] 圖10圖示吞吐量與交換機(jī)大小的曲線圖；
[0020] 圖11圖示光子交換結(jié)構(gòu)中的輸出負(fù)載均衡；
[0021] 圖12圖示光子交換結(jié)構(gòu)中的輸入負(fù)載均衡；
[0022] 圖13圖示用于競(jìng)爭(zhēng)解決的另一實(shí)施例光子交換結(jié)構(gòu)；
[0023] 圖14圖示包的數(shù)目與根據(jù)接口負(fù)載的用于每一輸出端的交換機(jī)緩存器的曲線 圖；
[0024] 圖15圖示通過(guò)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN)控制的實(shí)施例光子網(wǎng)絡(luò)。
[0025] 圖16圖示用于競(jìng)爭(zhēng)解決的實(shí)施例光子交換架構(gòu)；
[0026] 圖17圖示用于競(jìng)爭(zhēng)解決的另一實(shí)施例光子交換架構(gòu)；
[0027] 圖18圖示用于競(jìng)爭(zhēng)解決的另外實(shí)施例光子交換架構(gòu)；
[0028] 圖19圖示用于解決競(jìng)爭(zhēng)光子包的實(shí)施例方法的流程圖；
[0029] 圖20圖示用于混合光子包交換的實(shí)施例系統(tǒng)；
[0030] 圖21A至C圖示用于光子包交換系統(tǒng)的波形和眼圖；以及
[0031] 圖22圖示用于光子包交換的另一實(shí)施例系統(tǒng)。
[0032] 除非另有指示，否則不同圖中的對(duì)應(yīng)標(biāo)號(hào)和符號(hào)通常指代對(duì)應(yīng)部分。繪制各圖是 為了清楚地說(shuō)明實(shí)施例的相關(guān)方面，因此未必是按比例繪制的。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 首先應(yīng)理解，盡管下文提供一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的說(shuō)明性實(shí)施方案，但所公開(kāi)的系 統(tǒng)和/或方法可以使用任何數(shù)目的技術(shù)來(lái)實(shí)施，無(wú)論該技術(shù)是當(dāng)前已知還是現(xiàn)有的。本發(fā) 明決不應(yīng)限于下文所說(shuō)明的說(shuō)明性實(shí)施方案、附圖和技術(shù)，包含本文所說(shuō)明并描述的示例 性設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，而是可以在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍以及其等效物的完整范圍內(nèi)修改。
[0034] 實(shí)現(xiàn)光子包交換的一個(gè)挑戰(zhàn)是競(jìng)爭(zhēng)解決。當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上包同時(shí)嘗試交換機(jī)的 同一輸出端口時(shí)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。競(jìng)爭(zhēng)解決的一個(gè)方法是偏轉(zhuǎn)路由。在偏轉(zhuǎn)路由中，競(jìng)爭(zhēng)通過(guò)僅 將競(jìng)爭(zhēng)包中的一者路由到所需輸出端口來(lái)解決，而其它競(jìng)爭(zhēng)包被偏轉(zhuǎn)至節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的另 一路徑。純光子包交換中的競(jìng)爭(zhēng)解決可能涉及異步競(jìng)爭(zhēng)解決。在實(shí)例中，競(jìng)爭(zhēng)包返回到源。 在另一實(shí)例中，存在到給定目的地的更多輸出端口并且包被發(fā)送到可用輸出端口中的任一 者。在另一實(shí)例中，去往輸出端口的多個(gè)包具有允許首先檢查最高優(yōu)先級(jí)可用端口的優(yōu)先 權(quán)。
[0035] 圖1圖示數(shù)據(jù)中心100,即，三層數(shù)據(jù)中心。服務(wù)器組104各自含有N個(gè)服務(wù)器 102。服務(wù)器組中的服務(wù)器連接到架頂（TOR)交換機(jī)106,即，最小交換機(jī)。服務(wù)器102和 TOR交換機(jī)106組織在機(jī)架中。TOR群108,即集群交換機(jī)連接到TOR交換機(jī)106。存在每 TOR群M個(gè)TOR交換機(jī)以及P個(gè)TOR群。TOR群108通過(guò)η個(gè)并行接口連接到光子交換機(jī) 110, 即，ηΡΧηΡ光子交換機(jī)。在一個(gè)實(shí)例中，N = 48、M= 32、P = 32、且η = 1，所述實(shí)例 具有50, 000個(gè)服務(wù)器。業(yè)務(wù)從服務(wù)器102的源服務(wù)器路由通過(guò)TOR交換機(jī)106、T0R群108 以通過(guò)光子交換機(jī)110進(jìn)行交換。接下來(lái)，業(yè)務(wù)路由通過(guò)光子交換機(jī)112以進(jìn)行多跳交換。 數(shù)據(jù)中心100可以包含用于單跳交換的一個(gè)光子交換機(jī)、如圖1中所描繪的兩個(gè)光子交換 機(jī)或更多光子交換機(jī)。光子交換機(jī)110和112是空間交換機(jī)。在一個(gè)實(shí)例中，光子交換機(jī) 110和112是硅光子交換機(jī)。業(yè)務(wù)隨后前進(jìn)通過(guò)TOR群108和TOR交換機(jī)106到達(dá)服務(wù)器 102的目的地服務(wù)器。
[0036] 可以用于光學(xué)無(wú)緩存包交換機(jī)的另一架構(gòu)是圖2中說(shuō)明的系統(tǒng)120。光子交換結(jié) 構(gòu)122以星形配置連接TOR或TOR群126。TOR或TOR群126連接到子網(wǎng)絡(luò)124。TOR或TOR 群126可以將指定到另一 TOR或TOR群的一個(gè)或多個(gè)包包裝成光子幀且將所述幀發(fā)送到光 子交換機(jī)122。光子幀具有經(jīng)波長(zhǎng)編碼的標(biāo)簽以表示目的地TOR或TOR群。關(guān)于光子幀包 裝的更多細(xì)節(jié)在2014年5月15日遞交的發(fā)明名稱(chēng)為"用于光子交換的系統(tǒng)和方法（System and Method for Photonic Switching)" 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案 HW81091186US02 中論述，所述 申請(qǐng)案的內(nèi)容以引入的方式并入本文本中。經(jīng)包裝的光子幀是數(shù)據(jù)路徑的一部分，而標(biāo)簽 是控制路徑的一部分。經(jīng)包裝的幀可以在數(shù)據(jù)波段上發(fā)送，而標(biāo)簽在控制波段上發(fā)送。關(guān) 于使用用于業(yè)務(wù)和信令的單獨(dú)波段的更多細(xì)節(jié)在2014年4月7日遞交的發(fā)明名稱(chēng)為"用于 光子交換的系統(tǒng)和方法（System and Method for Photonic Switching)"的第 14/246, 633 號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案中論述，所述申請(qǐng)案的內(nèi)容以引入的方式并入本文本中。
[0037] 在通過(guò)圖3中的系統(tǒng)