專利名稱：優(yōu)先化的光學(xué)仲裁系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體涉及用于訪問(wèn)共享計(jì)算機(jī)資源的并發(fā)請(qǐng)求的仲裁。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常由許多獨(dú)立操作的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。節(jié)點(diǎn)能夠是處理器、 存儲(chǔ)器、電路板、服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、核或多核處理器、外部網(wǎng)絡(luò)連接或任何其他數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)或傳輸裝置。經(jīng)常發(fā)生這些獨(dú)立操作的節(jié)點(diǎn)需要訪問(wèn)相同的資源的情況。例如，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可能需要使用另一節(jié)點(diǎn)的輸出端口以傳輸信息或需要使用諸如共享通信總線的共享資源。在沒(méi)有協(xié)調(diào)的情況下，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可能開始同時(shí)地使用資源。情況可能是由節(jié)點(diǎn)之一或二者發(fā)送的信息被丟失或在到達(dá)資源時(shí)被破壞。因此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)常采用稱為“仲裁”的沖突解決方案，以便防止兩個(gè)或更多節(jié)點(diǎn)同時(shí)使用相同的資源。仲裁確保一次僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)使用資源。在很多情況下，仲裁依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵途徑，因?yàn)橹俨霉逃械貙?duì)兩個(gè)或更多否則獨(dú)立的并行活動(dòng)進(jìn)行排序。請(qǐng)求訪問(wèn)資源的節(jié)點(diǎn)能夠是在物理上分布的。典型的仲裁方案涉及用于收集所有對(duì)于資源的“請(qǐng)求”的通信、用于選擇或“授權(quán)”其中一個(gè)請(qǐng)求的集中或分布式計(jì)算、以及然后需要另外通信以將“授權(quán)”分布到已經(jīng)贏得仲裁的節(jié)點(diǎn)。任何仲裁機(jī)制的最關(guān)鍵屬性是在任何給定時(shí)間給至多一個(gè)請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)授權(quán)訪問(wèn)的能力。該仲裁屬性通常稱為“互斥”。公平性是使得仲裁機(jī)制在實(shí)踐中有用而必需的另一屬性。通常，公平性意味著，在給定足夠大的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)樣本的情況下，競(jìng)爭(zhēng)的請(qǐng)求將以相等的概率贏得仲裁。雖然公平性的此一般解釋經(jīng)常被認(rèn)為是理想的，它在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻是昂貴的。對(duì)于其中用于獲得公平性的此一般注釋招致的開銷經(jīng)常導(dǎo)致性能降低和成本增加的分布式仲裁方案來(lái)說(shuō)，尤其如此。如果成本和性能隨著系統(tǒng)尺寸的增加變得顯著更壞，開銷問(wèn)題就變得特別不切實(shí)際。此“縮放”問(wèn)題對(duì)于意圖用于包括大數(shù)量的節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)中的仲裁機(jī)制來(lái)說(shuō)尤其重要?？梢詫⒅俨霉叫缘拇艘话阕⑨尫艑挼揭徊呗?，以便提供“無(wú)饑餓”仲裁。當(dāng)仲裁是無(wú)饑餓的時(shí)，其保證任何請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)最終將贏得仲裁。雖然當(dāng)與真正公平的仲裁相比時(shí)無(wú)饑餓仲裁通常招致較少開銷以及具有改進(jìn)的縮放屬性，問(wèn)題在于其固有地將任何給定時(shí)間點(diǎn)的所有請(qǐng)求當(dāng)作具有相等的優(yōu)先級(jí)。通常說(shuō)來(lái)，如果某些請(qǐng)求被延遲到未授權(quán)的請(qǐng)求變成性能瓶頸的點(diǎn)，總體系統(tǒng)性能顯著惡化。在任何系統(tǒng)中，一些請(qǐng)求具有比其他請(qǐng)求更高的優(yōu)先級(jí)?；趦?yōu)先級(jí)的仲裁意味著，較高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求會(huì)在較低優(yōu)先權(quán)請(qǐng)求之前被授權(quán)。在基于優(yōu)先級(jí)的方案中，基于某種重要性度量對(duì)每個(gè)新請(qǐng)求分配初始優(yōu)先級(jí)。附加選項(xiàng)是允許基于它們?yōu)榱粟A得對(duì)特定資源的訪問(wèn)的仲裁已經(jīng)等了多長(zhǎng)時(shí)間來(lái)增加優(yōu)先級(jí)。該“基于年齡的仲裁優(yōu)先級(jí)”能夠與每個(gè)優(yōu)先級(jí)水平處的無(wú)饑餓仲裁相耦合，以實(shí)現(xiàn)具有合理公平性、縮放和成本屬性的仲裁策略。任何正確的仲裁機(jī)制必須能夠保證對(duì)共享資源的互斥訪問(wèn)，以及必須以無(wú)饑餓的方式這么做。仲裁機(jī)制的其他期望屬性包括在成本和性能方面的可縮放性。成本可縮放性的關(guān)鍵是最小化實(shí)現(xiàn)仲裁策略所需的物理資源，諸如能量、導(dǎo)線、波導(dǎo)以及晶體管，以及性能可縮放性的關(guān)鍵是需要盡可能多地減少單獨(dú)的仲裁決定的延時(shí)。工程師和計(jì)算機(jī)科學(xué)家繼續(xù)開發(fā)更低延時(shí)的仲裁系統(tǒng)和方法以增加系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及用于實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、優(yōu)先化的、分布式的基于光學(xué)的仲裁的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)仲裁系統(tǒng)包括具有第一端和第二端的波導(dǎo)，以及光學(xué)耦合到波導(dǎo)的第一端且配置為將光的至少一個(gè)波長(zhǎng)輸入到該波導(dǎo)中的源。該系統(tǒng)還包括光學(xué)耦合到波導(dǎo)的許多波長(zhǎng)選擇性元件。每個(gè)波長(zhǎng)選擇性元件在被電子耦合的節(jié)點(diǎn)激活時(shí)， 能夠從波導(dǎo)中提取光的波長(zhǎng)。仲裁器被光學(xué)耦合到該波導(dǎo)的第二端并且在該源與沿著該波導(dǎo)最靠近該源定位的波長(zhǎng)選擇性元件之間耦合到該波導(dǎo)。能夠通過(guò)向每個(gè)波長(zhǎng)分配特定的優(yōu)先級(jí)水平，或通過(guò)向其中能夠從波導(dǎo)中提取所述至少一個(gè)波長(zhǎng)的一部分的每個(gè)時(shí)隙分配優(yōu)先級(jí)水平，來(lái)執(zhí)行優(yōu)先化的仲裁。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的第一優(yōu)先化的光學(xué)仲裁系統(tǒng)的示意性圖示。圖2示出表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、在光學(xué)仲裁系統(tǒng)上執(zhí)行的一輪(round)示例性仲裁期間的波長(zhǎng)選擇性元件的行為的表格。圖3A-;3B分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、在一輪仲裁的請(qǐng)求階段和授權(quán)階段期間的圖1所示的仲裁系統(tǒng)。圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、與對(duì)于兩個(gè)共享資源進(jìn)行仲裁相關(guān)聯(lián)的第二示例性時(shí)序圖。圖5A-5B分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、在請(qǐng)求階段和授權(quán)階段期間的圖1所示的仲裁系統(tǒng)。圖6示出表示與根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)于共享資源進(jìn)行優(yōu)先化的波分復(fù)用仲裁的方法相關(guān)聯(lián)的步驟的控制流程圖。圖7A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的節(jié)點(diǎn)的電子構(gòu)件的電路圖。圖7B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例操作的圖7A中所示的節(jié)點(diǎn)。圖8A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的電子電路的電子構(gòu)件的電路圖。圖8B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例操作的圖8A中所示的電子電路。圖9示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的第二光學(xué)仲裁系統(tǒng)的示意性圖示。圖10示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的第三光學(xué)仲裁系統(tǒng)的示意性圖示。圖11示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的第二光學(xué)仲裁系統(tǒng)的示意性圖示。圖12示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的與圖11中所示的光學(xué)仲裁系統(tǒng)上執(zhí)行的兩輪優(yōu)先化的時(shí)分復(fù)用仲裁相關(guān)聯(lián)的示例時(shí)序圖。圖13示出表示與根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)于共享資源進(jìn)行優(yōu)先化的時(shí)分復(fù)用仲裁的方法相關(guān)聯(lián)的步驟的控制流程圖。圖14示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的節(jié)點(diǎn)的電路圖。圖15示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的第二電子電路的電路圖。
圖16A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的并且設(shè)置在基板的表面上的微環(huán)諧振器以及相鄰脊波導(dǎo)的一部分的等距視圖。圖16B示出圖16A中所示的微環(huán)和波導(dǎo)的透射率與波長(zhǎng)之間關(guān)系的曲線圖。圖17示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、耦合到檢測(cè)諧振器部分的微環(huán)諧振器。圖18示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、圍繞微環(huán)和脊波導(dǎo)的摻雜區(qū)域的示意性表示和俯視圖。
具體實(shí)施例方式各種實(shí)施例涉及用于實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、優(yōu)先化的、分布式仲裁的系統(tǒng)和方法。所述仲裁系統(tǒng)和方法是基于光學(xué)的，其中用于訪問(wèn)共享資源的不同優(yōu)先級(jí)水平與特定波長(zhǎng)的光相關(guān)聯(lián)，或與在特定時(shí)隙中傳輸?shù)膯蝹€(gè)波長(zhǎng)的光相關(guān)聯(lián)。術(shù)語(yǔ)“光”指代波長(zhǎng)在電磁頻譜的可見光和不可見光部分(諸如頻譜的紫外和紅外部分)內(nèi)的電磁輻射。下面在第一分部中描述了單獨(dú)的波長(zhǎng)優(yōu)先化仲裁系統(tǒng)和方法實(shí)施例，并且下面在第二分部中描述了時(shí)分復(fù)用優(yōu)先化仲裁系統(tǒng)和方法實(shí)施例。I.用于使用波分復(fù)用執(zhí)行優(yōu)先化的光學(xué)仲裁的系統(tǒng)和方法 A.光學(xué)仲裁系統(tǒng)
圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置的第一光學(xué)仲裁系統(tǒng)100的示意性圖示。系統(tǒng)100包括波導(dǎo)102、光學(xué)耦合到波導(dǎo)102的第一端的光學(xué)功率源104、以及8個(gè)基本相同的各由四個(gè)波長(zhǎng)選擇性元件構(gòu)成的組，所述波長(zhǎng)選擇性元件用圓圈表示，諸如圓圈106-109。每組波長(zhǎng)選擇性元件被光學(xué)耦合到波導(dǎo)102并被電子耦合到標(biāo)記為NO到N7的8個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)100還包括仲裁器，該仲裁器包括檢測(cè)元件110和禁用元件116。檢測(cè)元件110 包括設(shè)置在波導(dǎo)102的第二端附近的四個(gè)檢測(cè)波長(zhǎng)選擇性元件111-114，以及禁用元件116 包括在源104與節(jié)點(diǎn)NO之間光學(xué)耦合到波導(dǎo)102的三個(gè)禁用波長(zhǎng)選擇性元件117-119。仲裁器還包括被電子耦合到檢測(cè)波長(zhǎng)選擇性元件111-114和禁用波長(zhǎng)選擇性元件117-119的電子電路120。如圖1的示例中所示，包括四個(gè)可區(qū)分的、未經(jīng)調(diào)制的波長(zhǎng)的光，被從光學(xué)功率源104輸出并注入到波導(dǎo)102中，每個(gè)波長(zhǎng)由不同構(gòu)圖的方向箭頭表示。如由方向箭頭 122-1M所指示的，光沿著波導(dǎo)102以逆時(shí)針?lè)绞叫羞M(jìn)，通過(guò)禁用元件116、每組波長(zhǎng)選擇性元件以及最終通過(guò)檢測(cè)元件110。每個(gè)波長(zhǎng)表示與資源的使用相關(guān)聯(lián)的特定優(yōu)先級(jí)水平，所述資源諸如總線波導(dǎo)、端口或任何其他一次僅一個(gè)節(jié)點(diǎn)能使用的共享資源。圖1及后續(xù)圖包括圖注126，該圖注126顯示了四個(gè)線圖案。每個(gè)線圖案表示從源104輸出的光的波長(zhǎng)， 以及每個(gè)波長(zhǎng)與特定優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)。點(diǎn)線圖案127表示具有最高優(yōu)先級(jí)水平1的光的波長(zhǎng)，點(diǎn)虛線圖案1 表示具有第二高的優(yōu)先級(jí)水平2的光的波長(zhǎng)，虛線圖案1 表示具有第三高的優(yōu)先級(jí)水平3的波長(zhǎng)，以及雙點(diǎn)虛線圖案130表示具有最低優(yōu)先級(jí)水平4的波長(zhǎng)。波導(dǎo)102能夠是脊波導(dǎo)、光子晶體波導(dǎo)或光纖。波長(zhǎng)選擇性元件的示例是微環(huán)諧振器、光子晶體諧振器或配置為與在相鄰波導(dǎo)102中行進(jìn)的特定波長(zhǎng)的光進(jìn)行諧振的任何其他裝置。鄰近波導(dǎo)102設(shè)置諧振器。此諧振使得諧振器能夠經(jīng)由漸逝耦合從波導(dǎo)102中提取特定波長(zhǎng)的光。為了簡(jiǎn)潔起見，下文中將節(jié)點(diǎn)、禁用和檢測(cè)諧振器分別稱為“節(jié)點(diǎn)諧振器”、“禁用諧振器”和“檢測(cè)諧振器”。下面在分部“微環(huán)諧振器”中提供對(duì)微環(huán)諧振器的操作的更詳細(xì)的描述。節(jié)點(diǎn)諧振器和禁用諧振器是電子可調(diào)諧的，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)諧振器和每個(gè)禁用諧振器被配置為當(dāng)施加適當(dāng)電壓時(shí)與從源104輸出的4個(gè)波長(zhǎng)中的一個(gè)波長(zhǎng)諧振，在此情況下， 節(jié)點(diǎn)諧振器或禁用諧振器被說(shuō)成是“激活的(active)”。如圖1中所示，利用特定線圖案圖示每個(gè)節(jié)點(diǎn)和禁用諧振器，以便識(shí)別每個(gè)諧振器在激活時(shí)與之諧振的波長(zhǎng)。例如，節(jié)點(diǎn)諧振器106當(dāng)激活時(shí)與波長(zhǎng)127諧振，以及節(jié)點(diǎn)諧振器107當(dāng)激活時(shí)與波長(zhǎng)1 諧振。當(dāng)可調(diào)諧諧振器激活時(shí)，其經(jīng)由漸逝耦合從波導(dǎo)102中提取并捕獲相關(guān)聯(lián)波長(zhǎng)的光。在某些實(shí)施例中，不同于禁用諧振器，節(jié)點(diǎn)諧振器能夠配置為將至少一部分捕獲光轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)， 該電子信號(hào)被傳輸?shù)诫娮玉詈系墓?jié)點(diǎn)，該電子耦合的節(jié)點(diǎn)解釋該電子信號(hào)以指示該波長(zhǎng)被從波導(dǎo)102中移除。在其他實(shí)施例中，由激活的節(jié)點(diǎn)諧振器提取的光被耦合到單獨(dú)的波導(dǎo)中，該單獨(dú)的波導(dǎo)將光攜載到檢測(cè)器。通常，在諧振器中捕獲的光最終衰減并經(jīng)由損耗泄漏。在諧振器激活時(shí)，由波導(dǎo)102攜載的諧振波長(zhǎng)的強(qiáng)度或幅值急劇下降到接近零。當(dāng)不再施加電壓時(shí)，諧振器的諧振波長(zhǎng)從光的波長(zhǎng)偏移開，恢復(fù)該波長(zhǎng)的強(qiáng)度或幅值，且該波長(zhǎng)沿著波導(dǎo)102不受干擾地傳播。當(dāng)不向可調(diào)諧諧振器施加電壓時(shí)，諧振器被說(shuō)成是“失活的 (inactive)，，。不同于節(jié)點(diǎn)諧振器和禁用諧振器，檢測(cè)元件110的檢測(cè)諧振器111-114被配置為處于永久激活或諧振狀態(tài)。換句話說(shuō)，檢測(cè)諧振器111-114不是可電子調(diào)諧的，且每個(gè)檢測(cè)諧振器被配置為與波長(zhǎng)127-130之一至少部分地諧振。如圖1中所示，檢測(cè)元件106中的每個(gè)檢測(cè)諧振器也由對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)127-130之一的線圖案來(lái)表示，以便識(shí)別每個(gè)檢測(cè)諧振器與之至少部分諧振的波長(zhǎng)。因此，每個(gè)檢測(cè)諧振器經(jīng)由漸逝耦合從波導(dǎo)102中提取對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光的至少一部分。當(dāng)光被捕獲在檢測(cè)諧振器內(nèi)時(shí)，檢測(cè)諧振器生成相對(duì)高的電子信號(hào)， 該電子信號(hào)沿著電子連接的信號(hào)線路傳輸?shù)诫娮与娐?20。當(dāng)沒(méi)有在檢測(cè)諧振器內(nèi)捕獲光時(shí)，檢測(cè)諧振器能夠?qū)⑾鄬?duì)低的電子信號(hào)傳輸?shù)诫娮与娐?20，或不將電子信號(hào)傳輸?shù)诫娮与娐?20。電子電路120接收來(lái)自檢測(cè)諧振器111-114的電子信號(hào)，并確定應(yīng)該禁用哪些優(yōu)先級(jí)水平并激活適當(dāng)?shù)慕弥C振器117-119，如下所述。B.波分復(fù)用仲裁
按連續(xù)的輪(in successive rounds)在系統(tǒng)100上執(zhí)行仲裁。每輪仲裁包括(1)請(qǐng)求階段，接著是(2)授權(quán)階段。在請(qǐng)求階段期間，禁用諧振器失活，允許參與該輪仲裁的節(jié)點(diǎn)提取與由參與節(jié)點(diǎn)選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)。檢測(cè)諧振器111-114向電子電路120 傳送，在請(qǐng)求階段期間節(jié)點(diǎn)選擇了哪些優(yōu)先級(jí)水平。在授權(quán)階段開始時(shí)，電子電路120通過(guò)激活禁用元件116的適當(dāng)禁用諧振器以移除與低于由節(jié)點(diǎn)之一選擇的最高優(yōu)先級(jí)水平的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)，來(lái)對(duì)從檢測(cè)諧振器111-114發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。結(jié)果是，最靠近源104定位的在請(qǐng)求階段期間成功提取了與最高優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)在相繼的授權(quán)階段期間被授權(quán)訪問(wèn)資源。在授權(quán)階段期間，檢測(cè)到與其請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)的請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)知曉其贏得了該輪仲裁，并能夠在一段時(shí)間內(nèi)開始使用資源。此外，在授權(quán)階段期間，沒(méi)有檢測(cè)到與它們?cè)谡?qǐng)求階段期間選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)知曉它們?cè)谠撦喼俨弥惺〔⒈仨毜却罄m(xù)一輪仲裁。圖2示出表格A和B，該表格A和B表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、在光學(xué)仲裁系統(tǒng)100 上執(zhí)行的一輪示例性仲裁期間的諧振器的行為。特別地，表格A表示在一輪仲裁期間系統(tǒng)100的檢測(cè)諧振器111-114和禁用諧振器117-119的行為，以及表格B表示在同一輪仲裁期間系統(tǒng)100的節(jié)點(diǎn)諧振器的行為。對(duì)應(yīng)于優(yōu)先級(jí)水平1-4的條目由PLn表示，其中，n等于 1、2、3或4。在以下說(shuō)明中，參考圖3A-3B，其分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)于表格A和B 中表示的該輪仲裁、在請(qǐng)求階段和授權(quán)階段期間的仲裁系統(tǒng)100。在表格A中，列201和202顯示在請(qǐng)求階段和授權(quán)階段期間從波導(dǎo)102移除的波長(zhǎng)或優(yōu)先級(jí)水平。在該輪仲裁開始時(shí)，列201中的條目是空的，指示禁用諧振器117-119失活，以及與優(yōu)先級(jí)水平1-4相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)進(jìn)入波導(dǎo)102。斷言(assert)請(qǐng)求的每個(gè)節(jié)點(diǎn)激活對(duì)應(yīng)于與節(jié)點(diǎn)所選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)的諧振器。在表格B中，列203表示在該輪仲裁開始時(shí)節(jié)點(diǎn)所選擇的優(yōu)先級(jí)水平，以及列204表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)在請(qǐng)求階段期間嘗試提取的與優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)。例如，列203揭示了節(jié)點(diǎn)m選擇了優(yōu)先級(jí)水平4，以及列204揭示了節(jié)點(diǎn)m激活了對(duì)應(yīng)于與優(yōu)先級(jí)水平4相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)諧振器。在整輪仲裁內(nèi)，諧振器保持激活。如圖3A中所示，激活的諧振器畫有陰影，而失活的諧振器沒(méi)有畫有陰影。激活的諧振器301-306對(duì)應(yīng)于圖2中示出的表格B的列204中表示的優(yōu)先級(jí)水平。如圖3A的示例中所示，四個(gè)激活的諧振器301-303以及305在波長(zhǎng)通過(guò)節(jié)點(diǎn)m_N3和N6時(shí)，從波導(dǎo)102 提取對(duì)應(yīng)于優(yōu)先級(jí)水平1-4的波長(zhǎng)。節(jié)點(diǎn)N5和N7分別激活了對(duì)應(yīng)于與節(jié)點(diǎn)N4和m相同的優(yōu)先級(jí)水平的諧振器，但是，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)W和N4沿著波導(dǎo)102更靠近源104定位，所以節(jié)點(diǎn)m和N4在節(jié)點(diǎn)N5和N7之前提取波長(zhǎng)?；氐綀D2，表格B的列205顯示哪些節(jié)點(diǎn)在請(qǐng)求階段期間成功提取并檢測(cè)到波長(zhǎng)， 其中，檢測(cè)器值“0”表示沒(méi)有檢測(cè)到而檢測(cè)器值“1”表示檢測(cè)到。例如，在列205中，具有 “1”的條目揭示節(jié)點(diǎn)m-N3和N6檢測(cè)到與由節(jié)點(diǎn)m-N3和N6選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)，以及具有“0”的條目揭示節(jié)點(diǎn)N5和N7沒(méi)有檢測(cè)到與它們所選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)，如上參考圖3A所述。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)被節(jié)點(diǎn)m-N3和N6完全提取，表格A的列206揭示在請(qǐng)求階段結(jié)束時(shí)，檢測(cè)諧振器111-114對(duì)于每個(gè)優(yōu)先級(jí)水平?jīng)]有檢測(cè)到光。例如，如圖 3A中所示，激活的諧振器301-303和305提取與優(yōu)先級(jí)水平1_4相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)，且沒(méi)有波長(zhǎng)到達(dá)檢測(cè)諧振器111-114。因?yàn)樵谡?qǐng)求階段結(jié)束時(shí)檢測(cè)諧振器111沒(méi)有檢測(cè)到與最高優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)，所以在授權(quán)階段開始時(shí)，電子電路120激活禁用諧振器117-119，以便從波導(dǎo)102提取除了最高優(yōu)先級(jí)水平之外的波長(zhǎng)。如圖3B中所示，在授權(quán)階段開始時(shí)，電子電路120激活所有三個(gè)禁用諧振器117-119。結(jié)果是，從波導(dǎo)102提取對(duì)應(yīng)于優(yōu)先級(jí)水平2-4的波長(zhǎng)，留下對(duì)應(yīng)于最高優(yōu)先級(jí)水平的波長(zhǎng)沿著波導(dǎo)102行進(jìn)，其中該波長(zhǎng)由節(jié)點(diǎn)N6提取。 回到圖2，表格B的列207揭示諧振器301-306在授權(quán)階段期間保持激活。表格A的列202中的與優(yōu)先級(jí)水平2-4相關(guān)聯(lián)的條目對(duì)應(yīng)于在授權(quán)階段期間由禁用諧振器117-119 提取的波導(dǎo)，以及列208具有用于節(jié)點(diǎn)N6的條目“1”，其對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)N6提取與最高優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)并贏得該輪仲裁，如上參考圖3B所述。列209中的條目均為“0”，指示在授權(quán)階段期間沒(méi)有波長(zhǎng)到達(dá)檢測(cè)諧振器111-114。
C.組合的波分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用仲裁
在很多計(jì)算系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)可以共享多于一個(gè)的資源。例如，許多節(jié)點(diǎn)可能需要訪問(wèn)總線波導(dǎo)，以及許多節(jié)點(diǎn)可能也需要在大約相同的時(shí)間訪問(wèn)共享的輸出端口。因此，基于WDM的仲裁方法能夠擴(kuò)展為包括時(shí)分復(fù)用(“TDM”)，以便能夠利用相同的仲裁系統(tǒng)100對(duì)多個(gè)資源執(zhí)行仲裁。這是通過(guò)在每輪仲裁內(nèi)時(shí)分復(fù)用單獨(dú)的請(qǐng)求和授權(quán)階段來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中，每對(duì)請(qǐng)求和授權(quán)階段與確定訪問(wèn)不同的共享資源相關(guān)聯(lián)。圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的與使用系統(tǒng)100對(duì)兩個(gè)共享資源進(jìn)行仲裁相關(guān)聯(lián)的第二示例性時(shí)序圖。單輪仲裁包括第一請(qǐng)求階段401緊接著是第一授權(quán)階段402，以及第二請(qǐng)求階段403緊接著是第二授權(quán)階段404。第一請(qǐng)求階段401始于時(shí)間步(time step)0, 以及第二請(qǐng)求階段403始于時(shí)間步4。時(shí)間步能夠是時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘沿，或離散時(shí)間段的任何其他適合的描繪(delineation)。每個(gè)請(qǐng)求階段和授權(quán)階段跨越8個(gè)時(shí)隙，其中，時(shí)隙能夠是單個(gè)時(shí)鐘周期、時(shí)鐘周期的一小部分、許多時(shí)鐘周期或任何其他適當(dāng)?shù)臅r(shí)間段。每個(gè)時(shí)隙在由整數(shù)0-35識(shí)別的等距間隔開的線表示的時(shí)間步上開始和結(jié)束。列406列出由節(jié)點(diǎn)對(duì)第一資源做出的優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求，以及列408列出由相同節(jié)點(diǎn)對(duì)第二資源做出的優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求。每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有其中其能夠斷言請(qǐng)求的在請(qǐng)求階段內(nèi)的特定時(shí)隙，以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有其中其得知其請(qǐng)求被授權(quán)或拒絕的在授權(quán)階段內(nèi)的特定時(shí)隙。例如，節(jié)點(diǎn)NO被允許在第一請(qǐng)求階段401期間斷言請(qǐng)求長(zhǎng)達(dá)始于時(shí)間步0的一個(gè)時(shí)隙，以及節(jié)點(diǎn)m被允許在第一請(qǐng)求階段401期間斷言對(duì)于相同資源的請(qǐng)求長(zhǎng)達(dá)始于時(shí)間步1的一個(gè)時(shí)隙。另外，節(jié)點(diǎn)NO被允許在第二請(qǐng)求階段403期間斷言請(qǐng)求長(zhǎng)達(dá)始于時(shí)間步4的一個(gè)時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)m被允許在第一請(qǐng)求階段401期間斷言對(duì)于相同資源的請(qǐng)求長(zhǎng)達(dá)始于時(shí)間步5的一個(gè)時(shí)隙。表格I顯示節(jié)點(diǎn)以及當(dāng)節(jié)點(diǎn)能夠激活諧振器長(zhǎng)達(dá)一個(gè)時(shí)隙以在請(qǐng)求階段401和403期間斷言對(duì)于兩個(gè)資源的請(qǐng)求的對(duì)應(yīng)時(shí)間步。表格 I
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)仲裁系統(tǒng)(100，1100)，包括具有第一端和第二端的波導(dǎo)(102，1102)；光學(xué)耦合到該波導(dǎo)的第一端且被配置為將至少一個(gè)波長(zhǎng)的光輸入到該波導(dǎo)中的源 (104，1104)；光學(xué)耦合到所述波導(dǎo)的許多波長(zhǎng)選擇性元件(106-109，1106-1109)，其中，每個(gè)波長(zhǎng)選擇性元件被耦合到節(jié)點(diǎn)并能夠提取和檢測(cè)由所述波導(dǎo)攜載的光的波長(zhǎng)；以及仲裁器(110，116，120，1112，1116，1120)，所述仲裁器光學(xué)耦合到所述波導(dǎo)的第二端并且在所述源和沿著所述波導(dǎo)最靠近所述源定位的波長(zhǎng)選擇性元件之間光學(xué)耦合到所述波導(dǎo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述波長(zhǎng)選擇性元件包括諧振器。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述波導(dǎo)是脊波導(dǎo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述仲裁器還包括檢測(cè)元件(110，1112)，所述檢測(cè)元件設(shè)置在所述波導(dǎo)的第二端附近，并配置為檢測(cè)到達(dá)所述波導(dǎo)的第二端的光的至少一個(gè)波長(zhǎng)；濾光器(116，1116)，所述濾光器設(shè)置在該源與沿著所述波導(dǎo)最靠近所述源定位的波長(zhǎng)選擇性元件之間；以及電子耦合到檢測(cè)元件和濾光器的電子電路(120，1120)，其中，所述電子電路接收來(lái)自檢測(cè)元件的電子信號(hào)，并響應(yīng)于所述電子信號(hào)而相應(yīng)地激活濾光器以從由所述源輸出的該至少一個(gè)波長(zhǎng)中選擇性地移除至少一個(gè)波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)元件還包括至少一個(gè)檢測(cè)波長(zhǎng)選擇性元件(111-114，1114)，所述至少一個(gè)檢測(cè)波長(zhǎng)選擇性元件在該波導(dǎo)的第二端附近光學(xué)耦合到該波導(dǎo)并且電子耦合到所述電子電路，所述至少一個(gè)檢測(cè)波長(zhǎng)選擇性元件配置為檢測(cè)輸入到該波導(dǎo)的光的至少一個(gè)波長(zhǎng)并發(fā)送電子信號(hào)到電子電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，所述濾光器還包括至少一個(gè)禁用波長(zhǎng)選擇性元件 (117-119，1118)，所述至少一個(gè)禁用波長(zhǎng)選擇性元件在該源與沿著所述波導(dǎo)最靠近該源定位的波長(zhǎng)選擇性元件之間電子耦合到所述電子電路并且光學(xué)耦合到所述波導(dǎo)，其中，所述至少一個(gè)禁用波長(zhǎng)選擇性元件在被激活時(shí)能夠提取光的至少一個(gè)波長(zhǎng)。
7.一種用于執(zhí)行共享資源的優(yōu)先化的光學(xué)仲裁的方法，所述方法包括將光的多個(gè)波長(zhǎng)注入到波導(dǎo)中(601)，其中，所述波導(dǎo)光學(xué)耦合到多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于特定的優(yōu)先級(jí)水平；以及在一時(shí)間段內(nèi)請(qǐng)求訪問(wèn)資源(602-605)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)嘗試從所述波導(dǎo)中提取對(duì)應(yīng)于所述節(jié)點(diǎn)選擇的優(yōu)先級(jí)水平的波長(zhǎng)；以及授權(quán)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)所述資源(608-613)，其中，被授權(quán)訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)成功地從所述波導(dǎo)中提取了對(duì)應(yīng)于最高選擇的優(yōu)先級(jí)水平的波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，將光的多個(gè)波長(zhǎng)注入到波導(dǎo)中還包括將所述多個(gè)波長(zhǎng)波分復(fù)用到波導(dǎo)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括確定(604-606)請(qǐng)求訪問(wèn)資源的節(jié)點(diǎn)提取哪些波長(zhǎng)；以及濾除與低于與最高選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)(610-612)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，授權(quán)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)資源還包括所述節(jié)點(diǎn)在用于請(qǐng)求訪問(wèn)資源的時(shí)間段之外提取與最高選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括基于下列因素中的一個(gè)或多個(gè)對(duì)未能獲得對(duì)資源的訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)增加優(yōu)先級(jí)水平(607，614)服務(wù)協(xié)定的類別； 信息的類型； 信息的全局年齡；信息已經(jīng)在節(jié)點(diǎn)處存儲(chǔ)的時(shí)間長(zhǎng)度；以及在信息期滿之前的當(dāng)前時(shí)間長(zhǎng)度。
12.一種用于執(zhí)行共享資源的優(yōu)先化的光學(xué)仲裁的方法，所述方法包括 將光脈沖注入到光學(xué)耦合到多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的波導(dǎo)中(1301)；在一時(shí)間段內(nèi)請(qǐng)求訪問(wèn)所述資源(1302-1309)，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)嘗試在與由所述節(jié)點(diǎn)選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的時(shí)隙期間提取所述脈沖的一部分；以及授權(quán)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)所述資源(1310-1318)，其中，被授權(quán)訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)在與最高選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的時(shí)隙內(nèi)成功提取了光的該部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括確定請(qǐng)求訪問(wèn)資源的節(jié)點(diǎn)提取哪些時(shí)隙(1305-1307)；以及濾除與具有低于與最高選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的時(shí)隙的優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的時(shí)隙(1310-1318)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，授權(quán)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)資源還包括，所述節(jié)點(diǎn)在用于請(qǐng)求訪問(wèn)資源的時(shí)間段之后在與最高選擇的優(yōu)先級(jí)水平相關(guān)聯(lián)的時(shí)隙期間提取光(1312)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括基于下列因素中的一個(gè)或多個(gè)對(duì)未能獲得對(duì)資源的訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)增加優(yōu)先級(jí)水平(1308，1317)服務(wù)協(xié)定的類別； 信息的類型； 信息的全局年齡；信息已經(jīng)在節(jié)點(diǎn)處存儲(chǔ)的時(shí)間長(zhǎng)度；以及在信息期滿之前的當(dāng)前時(shí)間長(zhǎng)度。
全文摘要
本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及用于實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、優(yōu)先化的、分布式的基于光學(xué)的仲裁的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)仲裁系統(tǒng)(100，1100)包括具有第一端和第二端的波導(dǎo)(102，1102)；光學(xué)耦合到波導(dǎo)的第一端且被配置為將至少一個(gè)波長(zhǎng)的光輸入到波導(dǎo)中的源(104，1104)。該系統(tǒng)還包括光學(xué)耦合到所述波導(dǎo)的許多波長(zhǎng)選擇性元件(106-109，1106-1109)。每個(gè)波長(zhǎng)選擇性元件當(dāng)被電子耦合的節(jié)點(diǎn)激活時(shí)，能夠從所述波導(dǎo)提取光的波長(zhǎng)。仲裁器(110，116，120，1112，1116，1120)光學(xué)耦合到所述波導(dǎo)的第二端并且在所述源和沿著所述波導(dǎo)最靠近所述源定位的波長(zhǎng)選擇性元件之間光學(xué)耦合到所述波導(dǎo)。
文檔編號(hào)G06F3/00GK102203692SQ200880131782
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者A·L·戴維斯, M·麥克拉倫, N·L·賓克特 申請(qǐng)人:惠普開發(fā)有限公司