130說(shuō)明的另一個(gè)實(shí)例中，使用環(huán)形架構(gòu)。TOR交換機(jī)134通 過(guò)高容量光子環(huán)132在環(huán)中彼此連接。而且，TOR交換機(jī)134連接到子網(wǎng)絡(luò)136。在一個(gè)實(shí) 例中，高容量光子環(huán)132具有I. 28Tbps的帶寬。在另一實(shí)例中，使用具有任意速率的多個(gè) 環(huán)的堆。在實(shí)施例中，控制信號(hào)和數(shù)據(jù)使用單獨(dú)的波段。信令波段中的多個(gè)波長(zhǎng)可以用于 TOR或TOR群尋址。信令波段攜載路由和管理信息兩者。由于環(huán)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目是有限的，因 此可以使用有限數(shù)目的波長(zhǎng)來(lái)尋址TOR群。例如，在1550nm范圍中的12個(gè)波長(zhǎng)中，一些波 長(zhǎng)可以用于尋址環(huán)節(jié)點(diǎn)且一些波長(zhǎng)用于管理和控制。信令波段還可以承載其它控制信號(hào)， 例如擁塞狀態(tài)、公平性、以及管理。
[0038] 在光子包交換中的異步競(jìng)爭(zhēng)解決的一個(gè)方法中，當(dāng)存在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)包被發(fā) 送到所需輸出端口且其它競(jìng)爭(zhēng)包被發(fā)送回到源。在圖4中，包224、226、228和230傳入到 光子交換機(jī)222上。光子交換機(jī)222具有N個(gè)輸入端口和2N個(gè)輸出端口。包224去往輸 出端口 1，包228指定到輸出端口 2,且包226和包230都去往輸出端口 3。包226和230是 競(jìng)爭(zhēng)的。
[0039] 包230在包226之前到達(dá)包交換機(jī)222。如圖5所示，包230被路由到輸出端3。 當(dāng)包226到達(dá)光子交換機(jī)222時(shí)，輸出端口 3已被占據(jù)且包226返回到源。源可以再次嘗 試將包226傳輸?shù)捷敵龆丝?3。包可以重試多次。如果包傳輸最終由于存在對(duì)所需輸出端 口的激烈競(jìng)爭(zhēng)而未成功，那么包可以被丟棄。因此，在電子域中在源處發(fā)生緩存，而不是在 光域中在光子交換機(jī)處發(fā)生緩存。
[0040] 圖6圖示光子包交換機(jī)242。包交換機(jī)包含用以從源TOR或TOR群接收包的N個(gè) 輸入端口、用以將競(jìng)爭(zhēng)包返回到源TOR交換機(jī)的N個(gè)返回輸出端口，以及用以將包傳輸?shù)侥?的地TOR交換機(jī)的N個(gè)輸出端口。用以將光子包返回到源TOR或TOR群的另外的鏈路被稱 作競(jìng)爭(zhēng)鏈路。因此，光子包交換機(jī)242具有N個(gè)輸入端口和2N個(gè)輸出端口。
[0041] 圖7圖示光子交換系統(tǒng)160。輸入TOR交換機(jī)162耦合到光子交換結(jié)構(gòu)166。具 體而言，輸入TOR交換機(jī)162將光學(xué)包傳輸?shù)捷斎虢粨Q機(jī)170。輸入交換機(jī)170是將光子 包路由到光子交換機(jī)172或路由回到源TOR交換機(jī)的1 :2光子交換機(jī)。交換機(jī)競(jìng)爭(zhēng)控制件 168協(xié)調(diào)輸入交換機(jī)170。當(dāng)包標(biāo)簽（或標(biāo)頭）由輸入交換機(jī)接收時(shí)，所述包標(biāo)簽向交換機(jī) 競(jìng)爭(zhēng)控制件咨詢目的地端口是否可用。當(dāng)目的地端口可用時(shí)，包路由到光子交換機(jī)172。包 穿過(guò)通過(guò)交換機(jī)控制器設(shè)定的光子交換機(jī)172內(nèi)的交換元件，以到達(dá)前往目的地TOR交換 機(jī)164的輸出端。當(dāng)輸出端口不可用時(shí)，光子包交換回到源TOR。光子交換機(jī)172是32X32 光子交換機(jī)。在一個(gè)實(shí)例中，光子交換機(jī)172是硅光子交換機(jī)。
[0042] 圖8圖示用于光子包交換的方法的流程圖250。初始地，在步驟252中，光子交換 結(jié)構(gòu)從源接收光子包標(biāo)簽，例如，從源TOR交換機(jī)。接收到的光子包去往特定輸出端口。
[0043] 隨后，在步驟254中，光子交換結(jié)構(gòu)確定目的地輸出端口是否可用。當(dāng)在進(jìn)行請(qǐng)求 時(shí)存在被路由到該輸出端口的光子包時(shí)，目的地輸出端口不可用。當(dāng)目的地輸出端口不可 用時(shí)，光子交換結(jié)構(gòu)前進(jìn)到步驟256,且當(dāng)目的地輸出端口可用時(shí)，光子交換結(jié)構(gòu)前進(jìn)到步 驟 258。
[0044] 在步驟256中，光子交換結(jié)構(gòu)將光子包返回到其源TOR交換機(jī)。另外的輸出端口用 于將包路由回到源TOR交換機(jī)。源TOR交換機(jī)可以再次嘗試將包傳輸?shù)侥康牡剌敵龆丝凇?br>[0045] 在步驟258中，光子包被路由到光子交換機(jī)的所請(qǐng)求輸出端。2 :1光子交換機(jī)可 以用于將包路由到光子交換機(jī)或路由回到源TOR交換機(jī)。光子交換結(jié)構(gòu)可以是NXN無(wú)緩 存光空間交換機(jī)。
[0046] 最終，在步驟262中，通過(guò)檢查標(biāo)簽信息，光子包經(jīng)由通過(guò)交換機(jī)控制器建立的路 徑發(fā)送到目的地TOR交換機(jī)。
[0047] 在另一實(shí)施例光子交換結(jié)構(gòu)中，競(jìng)爭(zhēng)光子包被路由到若干輸出端口中的一者?？?以使用負(fù)載均衡。圖9圖示用于使用到結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大部分的偏轉(zhuǎn)來(lái)解決競(jìng)爭(zhēng)的光子交換系統(tǒng) 180。輸入TOR交換機(jī)182將光子包傳輸?shù)焦庾咏粨Q結(jié)構(gòu)184。
[0048] 負(fù)載均衡通過(guò)負(fù)載均衡塊198執(zhí)行。負(fù)載均衡將業(yè)務(wù)負(fù)載均等地分布到輸出端 口，從而防止丟包或減少丟包。當(dāng)負(fù)載均衡有效時(shí)，輸入端和輸出端具有相似的業(yè)務(wù)分布。
[0049] 標(biāo)頭在包之前通過(guò)源TOR交換機(jī)發(fā)送。在一個(gè)實(shí)例中，標(biāo)頭指示目的地地址將路 由通過(guò)目的地端口的三個(gè)選擇中的任一者。標(biāo)簽被發(fā)送到兩個(gè)輸入端口中的任一者且由標(biāo) 簽檢測(cè)器188讀取。在一個(gè)實(shí)例中，目的地地址是經(jīng)波長(zhǎng)編碼的，其中每一波長(zhǎng)指示用于目 的地地址的位。所述波長(zhǎng)具有兩個(gè)功率電平。低功率可以表示0且高功率可以表示1，或反 之亦然。關(guān)于波長(zhǎng)編碼的更多細(xì)節(jié)在2013年5月24日遞交的發(fā)明名稱為"用于多波長(zhǎng)編碼 的系統(tǒng)和方法（System and Method for Multi-Wavelength Encoding) " 的第 13/902, 085 號(hào)美國(guó)專利申請(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。
[0050] 目的地地址被傳遞到交換機(jī)控制器190。交換機(jī)控制器190執(zhí)行競(jìng)爭(zhēng)分析和調(diào)度。 在一個(gè)實(shí)例中，所述交換機(jī)控制器決定三個(gè)輸出端口中可用的輸出端口且選擇光子交換機(jī) 來(lái)連接包在其上到達(dá)該輸出端口的輸入端。給定存在具有適當(dāng)擴(kuò)大級(jí)的負(fù)載均衡器，所述 選擇都不可用是可能的，但可能性不是很大。在這種情況下，包丟失。
[0051] 當(dāng)包由光子交換結(jié)構(gòu)184接收時(shí)，其通過(guò)光子交換機(jī)186路由，所述光子交換機(jī)為 將包路由到光子交換機(jī)192、光子交換機(jī)194或光子交換機(jī)196的適當(dāng)輸入端的2X3光子 交換機(jī)。光子包隨后被交換到適當(dāng)?shù)妮敵龆丝谇冶话l(fā)送到輸出TOR交換機(jī)185。包基于決 策通過(guò)連接到連接路徑中的交換單元上的交換機(jī)控制器190進(jìn)行交換。在此實(shí)例中，光子 包交換機(jī)184具有N個(gè)輸入端口和I. 5N個(gè)輸出端口。每一 TOR在兩條鏈路上發(fā)送出包并且 在3條鏈路上接收包。在一個(gè)實(shí)例中，針對(duì)光子交換結(jié)構(gòu)184存在N個(gè)輸入端口和I. 4N個(gè) 輸出端口。對(duì)于不具有緩存器、滿載業(yè)務(wù)和到輸出端的均勾負(fù)載分布的NXN光子交換機(jī)， N個(gè)包中的η者同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)同一輸出端的概率是N個(gè)包中的η者同時(shí)到達(dá)同一輸出端口的概 率。使用伯努利分布，所述概率通過(guò)以下公式給出：
[0053] 系統(tǒng)的吞吐量T通過(guò)至少一個(gè)包指定到輸出端k的所有k個(gè)概率的總和除以N給 出，其通過(guò)以下公式給出：
[0055] 然而，給定負(fù)載的對(duì)稱性以及均勻分布的包的假設(shè)，吞吐量通過(guò)以下公式給出：
[0057] 圖10圖示根據(jù)N的吞吐量400的曲線圖。對(duì)于較大N，吞吐量T趨于1-1/e = 63%。因此，37%的包將丟失，因?yàn)椴淮嬖谟靡晕者@些包的緩存器。這表示添加40%的另 外的鏈路可以吸收這些競(jìng)爭(zhēng)包。在一些實(shí)例中，輸出鏈路的數(shù)目是輸入鏈路的數(shù)目的1. 35 倍、1. 37 倍、1. 4 倍、1. 5 倍、1. 67 倍、1. 75 倍或 2 倍。
[0058] 圖11圖示具有處理λ個(gè)業(yè)務(wù)的一個(gè)輸入鏈路和各自處理λ/N個(gè)業(yè)務(wù)的N個(gè)輸 出端的輸出負(fù)載均衡光包交換機(jī)202。在負(fù)載均衡中，均勻地分布到達(dá)所有目的地的業(yè)務(wù)。
[0059] 圖12圖不具有N個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的輸入負(fù)載均衡光包交換機(jī)214。N個(gè)輸 入端各自處理λ/N個(gè)業(yè)務(wù)，而輸出端處理λ個(gè)業(yè)務(wù)。
[0060] 圖13圖不光子交換系統(tǒng)410,相較于光子交換系統(tǒng)180,所述光子交換系統(tǒng)具有更 多擴(kuò)大以及對(duì)負(fù)載均衡的較少依賴性?？赡艽嬖谪?fù)載均衡。光子交換結(jié)構(gòu)414含有N個(gè)輸 入端口和2Ν個(gè)輸出端口。輸入TOR交換機(jī)412耦合到光子交換結(jié)構(gòu)414。
[0061] 當(dāng)在所有輸出端上存在負(fù)載的均勻分布時(shí)，可以計(jì)算出緩存要求?？赡艽嬖诎l(fā)送 到競(jìng)爭(zhēng)鏈路的最大數(shù)目的包。對(duì)緩存器要求的計(jì)算可以使用泊松分布。而此分布可能低估 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的緩存器大小，甚至此經(jīng)低估的緩存器大小在光子交換機(jī)中是成問(wèn)題的。假定交 換機(jī)具有用于每一輸出端的K個(gè)容器，其中每一容器可以存儲(chǔ)一個(gè)包，當(dāng)在包的傳輸期間 到達(dá)的包的數(shù)目超過(guò)緩存器大小K時(shí)，另外的包將丟失或受到阻擋。阻擋概率可以使用M/ Μ/1/Κ系統(tǒng)獲得。在此系統(tǒng)中，第一 M表示包或包層的到達(dá)的泊松分布，且第二M表示包或 包層到輸出端口的傳輸時(shí)間（或服務(wù)時(shí)間），1表示到輸出目的地的交換機(jī)鏈路的數(shù)目，且K 表示可以保持用于每一輸出端口的包或包層的數(shù)目。根據(jù)每一鏈路的業(yè)務(wù)負(fù)載P的阻擋 概率，其中：
[0063] 其中λ是包到達(dá)速率且μ是服務(wù)速率，所述阻擋概率通過(guò)以下公式給出：
[0065] 可以關(guān)于P和Pk將K表不為：
[0067] 圖14示出曲線圖480,其中與每一鏈路上的業(yè)務(wù)負(fù)載比較繪制用以保持包或包層 所需的容器的數(shù)目。此曲線圖繪制用于PK= IO6的目標(biāo)丟包。對(duì)于99%的業(yè)務(wù)負(fù)載（接 近鏈路速率的傳輸），用以實(shí)現(xiàn)10 6的丟包或包層丟失的容器數(shù)目為約500。在光子交換機(jī) 的每一鏈路上具有此緩存器大小是成問(wèn)題的。
[0068] 標(biāo)頭在光子包之前發(fā)送。所述標(biāo)頭含有光子包的輸出端口的四個(gè)選擇。這四個(gè)選 擇可以具有相同優(yōu)先級(jí)并且可以通過(guò)單表表示，或者可以具有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制器分配的不同 優(yōu)先級(jí)。所述標(biāo)頭通過(guò)標(biāo)簽檢測(cè)器422讀取。在一個(gè)實(shí)例中，所述標(biāo)頭是經(jīng)波長(zhǎng)編碼的，其 中波長(zhǎng)上功率的存在或不存在指示目的地地址的一位。
[0069] 經(jīng)解碼地址被發(fā)送到交換機(jī)控制器418。交換機(jī)控制器418確定所請(qǐng)求的輸出端 口中可用的輸出端口。當(dāng)輸出端口具有相同優(yōu)先級(jí)時(shí)，可以分配輸出端中的任一者。當(dāng)輸 出端口具有不同優(yōu)先級(jí)時(shí)，將可用的最高優(yōu)先級(jí)輸出端口授予光子包。一些包可能被丟棄， 但是包被丟棄的概率較低。
[0070] 當(dāng)包由光子交換結(jié)構(gòu)414接收時(shí)，所述包通過(guò)2X