專利名稱：用于在相對低基交換機物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及光學(xué)裝置，以及具體地涉及構(gòu)造基于低基(low-radix)交換機物理網(wǎng)絡(luò)的、基于光學(xué)的高基(high-radix)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
為了讓大規(guī)模并行系統(tǒng)達(dá)到它們的全部性能潛力，應(yīng)該平衡處理能力、存儲器容量以及通信資源。能夠通過考慮對剖帶寬和平均通信延時來測量通信性能。對剖帶寬表示在網(wǎng)絡(luò)的兩個基本相等的部分之間的帶寬。平均通信延時表示在發(fā)送信息的時刻到接收到該信息的時刻之間的平均時間延遲。延時能夠被測量為導(dǎo)向傳輸(fall-through)延遲與有效載荷傳輸時間之和。有效載荷傳輸時間是所傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)除以物理鏈路的總帶寬，所述物理鏈路在電氣通信的情況下可以由一條或多條導(dǎo)線構(gòu)成，或在光學(xué)通信的情況下可以由波導(dǎo)構(gòu)成。導(dǎo)向傳輸延遲是在任何路徑上的1個比特針對特定的源到目的地的路線從源傳輸?shù)侥康牡厮ㄙM的時間，以及能夠被確定為在導(dǎo)線或波導(dǎo)上的時間加上通過任何插入邏輯的任何傳播延遲加上在路由機構(gòu)中弓丨發(fā)的任何控制延遲的總和。兩種根本不同的交換網(wǎng)絡(luò)是可能的分組交換和電路交換。電路交換網(wǎng)絡(luò)由一組通過通信鏈路連接的電路交換機構(gòu)成。鏈路可以是導(dǎo)線、光纖或任何其他用于以電信號或光學(xué)信號傳輸信息的適當(dāng)?shù)难b置。電路交換機能夠配置為將輸入鏈路直接連接到輸出鏈路以創(chuàng)建從發(fā)送機到期望接收機的期望路徑。必須在通信事件之前配置電路交換網(wǎng)絡(luò)。因此， 電路交換網(wǎng)絡(luò)具有基于網(wǎng)絡(luò)的配置改變的物理路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。分組交換網(wǎng)絡(luò)具有由利用鏈路互連的一組路由器構(gòu)成的固定物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)在分組交換網(wǎng)絡(luò)中將分組從源路由到目的地時，必須在每個路由器處做出路由判決。當(dāng)分組到達(dá)路由器時，路由器檢查分組頭部的目的地地址部分。路由器然后將分組放置在通向去往目的地的路徑上的下個路由器的適當(dāng)鏈路上或放置在實際到達(dá)目的地的鏈路上。高基交換機網(wǎng)絡(luò)通過減少消息必須經(jīng)過的平均跳數(shù)，縮減了所有導(dǎo)向傳輸延遲部件，但是由于增加的布線復(fù)雜度而遭受成本方面的問題。在后續(xù)的描述中，術(shù)語“交換機”將表示電路交換網(wǎng)絡(luò)中的電路交換機或分組交換網(wǎng)絡(luò)中的路由器。對于具有相等數(shù)量的輸入和輸出鏈路的交換機來說，術(shù)語“基(radix)”表示與每個交換機相關(guān)聯(lián)的輸入或輸出鏈路的數(shù)量。每個鏈路包括一個或多個導(dǎo)線或波導(dǎo)。每個導(dǎo)線每時鐘周期能夠攜載1比特的信息。能夠在單個波導(dǎo)上對許多個不同的波長進(jìn)行波分復(fù)用。因此，能夠攜載η個波長的波導(dǎo)每個時鐘周期能夠攜載η比特的信息。術(shù)語“鏈路寬度”表示每個時鐘周期能夠在鏈路上傳輸?shù)谋忍財?shù)。術(shù)語“跳”表示從源到目的地橫跨的路徑的數(shù)量。如果消息或分組橫跨了 m跳，則m-1個交換機將參與做出路由判決。電路交換網(wǎng)絡(luò)通過消除在每個跳處做出路由判決的需求而減少了延時，但是導(dǎo)致如果經(jīng)常進(jìn)行重配置則發(fā)生問題的配置延遲。通信網(wǎng)絡(luò)的成本基于交換機、路由器、轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量，以及相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)級集成以及裝配努力，所有這些都受到布線復(fù)雜度的嚴(yán)重影響。布線復(fù)雜度表示為了形成網(wǎng)絡(luò)必須連接的鏈路的數(shù)量。由于管腳帶寬限制，大多數(shù)高性能通信結(jié)構(gòu)由高基拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建， 所述高基拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用很多低帶寬連接而非較少的高帶寬連接。電氣高帶寬連接的使用就過度功耗以及確保存在足夠的信號完整性以提供可靠通信的難度來說存在問題。與高基交換機網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的具有非常大數(shù)量的節(jié)點的計算機系統(tǒng)在安裝時間上造成顯著的布線挑戰(zhàn)以及在物理連接器和電纜方面造成顯著成本。當(dāng)由于需要重配置大量的電纜和導(dǎo)線而對網(wǎng)絡(luò)添加資源時，具有大量節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)也會存在問題。近年來，提出了許多高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用于實現(xiàn)大規(guī)模并行計算系統(tǒng)。例如，胖樹是用于諸如CM-5的連接機中的高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且目前用于由Cray公司生產(chǎn)的系統(tǒng)的Black Widow交換機中。已經(jīng)做出了許多其他的貢獻(xiàn)，其在物理交換機網(wǎng)絡(luò)上使用高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，諸如由 John Kim, James Balfour, William Dally 在 proceedings of the 40th Annual IEEE/ACM International Symposium on Micro-architecture (MICRO) (Chicago, IL. 2007 年 12 月)上發(fā)表的 “Flattened Butterfly Topology for On-chip Networks” 中提出的扁平蝴蝶，以及由 Frederic Chong, Erin Egozy 和 Andre DeHon 在 proceedings of Advanced Research in VLSI and Parallel Systems ( MIT press, 1992 年 3 月)上發(fā)表的"Fault Tolerance and Performance of Multipath Multistage Interconnection Networks”中提出的加寬路徑多級交換機，以及由L. Rodney Goke 禾口 G. J. Lipovski 在 Proceedings of the International Symposium on Computer Architecture (ISCA), ACM, New York, 1973 上發(fā)表的“Banyan networks for partitioning multiprocessor systems" ψ 白勺因此，期望用于經(jīng)濟地實現(xiàn)高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及高效地使用低基交換機物理網(wǎng)絡(luò)以及混合分組和電路交換控制方法的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例針對在相對低基交換機物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在一個方法實施例中，該方法包括構(gòu)造交換機物理網(wǎng)絡(luò)，所述交換機物理網(wǎng)絡(luò)包括經(jīng)由鏈路連接的混合分組/電路交換機。然后，設(shè)計期望的高基分組交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于在有關(guān)物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)。然后，通過將混合分組/電路交換機配置成在物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)邏輯分組交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將該分組交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)疊置在物理網(wǎng)絡(luò)上。能夠在經(jīng)由物理網(wǎng)絡(luò)傳輸之后重配置混合分組/電路交換機，并且該混合分組/電路交換機可以被配置為實現(xiàn)替代的分組交換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在一個系統(tǒng)實施例中，混合分組/電路交換機包括光學(xué)電路交換機，其光學(xué)耦合到一個或多個輸入光學(xué)鏈路以及一個或多個輸出光學(xué)鏈路；以及分組交換裝置，其光學(xué)耦合到所述光學(xué)電路交換機。分組交換裝置將在輸入光學(xué)鏈路上輸入到電路交換機的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號被緩沖、分析、路由并轉(zhuǎn)換回被發(fā)送到光學(xué)電路交換機的光學(xué)信號，該光學(xué)電路交換機將該信號放置在輸出光學(xué)鏈路上。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的單個交換機裝置。圖2Α示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的16芯光纖的截面圖。
圖2B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的光子晶體光纖的截面圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的例示性電路交換機。圖4A示出由9個電路交換機構(gòu)成的電路交換機網(wǎng)絡(luò)。圖4B示出配置為當(dāng)光學(xué)鏈路發(fā)生故障時保持連接性的電路交換網(wǎng)絡(luò)。
圖5示出無源網(wǎng)絡(luò)的示例。圖6A-6C示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的三個混合分組/電路交換機。圖7示出表示在根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在低基交換機物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法中的許多步驟的流程圖。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的環(huán)形交換機物理網(wǎng)絡(luò)800的示意性表示。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、能夠在圖8所示的網(wǎng)絡(luò)上實施的單向環(huán)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖IOA示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、從圖8中所示的交換機網(wǎng)絡(luò)的交換機0輸出的光學(xué)信號的輸出方向。圖IOB示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的弦環(huán)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖11示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、在圖8B中所示的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基5交換機的示意性表示。圖12示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、專用于向交換機和自交換機傳輸光學(xué)信號的鏈路的波導(dǎo)的示意性表示。圖13示出表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的、光學(xué)信號在圖IOB中所示的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上采取的路徑的圖示。圖14示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、配置為圍繞分組交換機路由光學(xué)信號的16芯光纖的截面圖和示意性表示。圖15示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的例示性交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖16示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的例示性物理Clos網(wǎng)絡(luò)。圖17示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、配置為在圖16所示的Clos交換機網(wǎng)絡(luò)中作為中間交換機操作的微鏡交換機。
具體實施例方式本發(fā)明的方法和系統(tǒng)實施例針對在相對低基物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高基通信交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明的實施例能夠使用光學(xué)技術(shù)來實現(xiàn)。術(shù)語定義
如本文中所用的，術(shù)語“光學(xué)信號”表示進(jìn)行了幅度調(diào)制的特定波長的電磁輻射。換句話說，光學(xué)信號能夠由高幅度模式和低幅度模式構(gòu)成，其中，例如，“高”幅度表示比特“1”， 而“低”幅度表示比特“0”。術(shù)語“波導(dǎo)”表示光學(xué)纖維、芯、或被低介電常數(shù)的限制層包圍的任何適當(dāng)?shù)墓鈧鬏斀橘|(zhì)。如本文中使用的術(shù)語“鏈路”表示一個或多個波導(dǎo)。本文中使用的術(shù)語“交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”表示交換機的配置或布置以及形成通信網(wǎng)絡(luò)的互連通信鏈路。
本文中使用的術(shù)語“物理”表示在真實物質(zhì)世界中具有物質(zhì)或材料存在的項，而不是作為想法或概念，并且能夠被觸摸和看見。本文中使用的術(shù)語“基”表示交換機的輸入或輸出端口的數(shù)量。本文中使用的術(shù)語“交換機”作為一般術(shù)語表示電路交換機以及混合分組/電路交換機，其在下文的小節(jié)I和II中分別進(jìn)行了更詳細(xì)的描述。優(yōu)點
本發(fā)明的實施例相較用于配置交換機網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)的基于電氣的系統(tǒng)和方法具有許多優(yōu)點。在所有光學(xué)實現(xiàn)中，電路交換機制顯著最小化在基于電氣的網(wǎng)絡(luò)中將導(dǎo)致的能量和部件開銷。另外，能夠使用密集波分復(fù)用(“DWDM”)來進(jìn)一步增加截面帶寬。相反，導(dǎo)線上的 DWDM簡直是不可行的，并且增加電交換機的截面帶寬的唯一方式是增加每個信道中導(dǎo)線的數(shù)量或增加每個導(dǎo)線的速度。增加導(dǎo)線速度在根本上受到信號完整性和功率問題的限制。 增加導(dǎo)線數(shù)量還導(dǎo)致了額外成本，且由于電氣部件輸入-輸出管腳限制而是有問題的。很多高基交換機網(wǎng)絡(luò)，一旦設(shè)計好，在它們的實例化中是靜態(tài)的。相反，本發(fā)明的實施例針對用于設(shè)計能夠在低基交換機物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)的各種高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。換句話說，電路交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠被改變以滿足變化的業(yè)務(wù)模式的需求或?qū)︽溌坊蚪粨Q機故障進(jìn)行補償。注意，這僅在其中業(yè)務(wù)模式的持續(xù)時間長得足以攤銷配置時間的情況下才有用。這允許在每信道粒度上在一個或多個特定的電路交換路線之間劃分截面帶寬的選項。本發(fā)明的實施例還實現(xiàn)了低的源到目的地的跳計數(shù)以及與高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的高截面帶寬，同時實現(xiàn)了低基交換機物理網(wǎng)絡(luò)的低成本、低鏈路計數(shù)以及簡單的互連復(fù)雜度。在小節(jié)I中描述了電路交換機和無源網(wǎng)絡(luò)。在小節(jié)II中描述了混合分組/電路交換機。在小節(jié)III中針對兩個例示性網(wǎng)絡(luò)描述了使用電路交換機在相對較低基交換機網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高基通信交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法。I.電路交換機和無源網(wǎng)絡(luò)
交換網(wǎng)絡(luò)包括交換機裝置和鏈路的許多實例。通過將交換機裝置與鏈路互連以實現(xiàn)特定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，來配置物理網(wǎng)絡(luò)。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的連接到輸入光學(xué)鏈路104-106以及輸出光學(xué)鏈路107-109的單個交換機裝置102。如圖1的示例中所示，輸入光學(xué)鏈路104-106的每一個傳輸四個輸入光學(xué)信號到交換機裝置102，其中，由指向交換機裝置102的方向箭頭來表示輸入光學(xué)信號。輸出光學(xué)鏈路107-109的每一個傳輸四個光學(xué)信號離開交換機裝置102，其中，由離開交換機裝置102而指示的方向箭頭來表示輸出光學(xué)信號。光學(xué)鏈路能夠配置成具有4個波導(dǎo)，其中每個波導(dǎo)攜載1個光學(xué)信號，或使用DWDM， 每個光學(xué)鏈路104-109能夠被配置成具有單個波導(dǎo)，該單個波導(dǎo)被配置成攜載多個光學(xué)信號。多芯光纖(“MCF”)以及光子晶體光纖(“PCF”)僅僅是光學(xué)鏈路的兩個示例。MCF和 PCF包含多個波導(dǎo)，其中，每個波導(dǎo)能夠傳輸一個或多個光學(xué)信號。圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的16芯光纖200的截面圖。該16芯光纖200包括16個延伸光纖200的長度的稱為“芯”的波導(dǎo)，諸如芯202。該芯被相對較低折射率的包覆材料204包圍，所述包覆材料204形成圍繞每個芯的包覆層。雖然多芯光纖被示出為具有圓形的截面，但是芯能夠布置為具有平面配置，以產(chǎn)生多芯光纖帶。本發(fā)明的實施例不限于16芯光纖。 光纖能夠被配置成具有任何適合數(shù)量的芯，以及芯能夠被配置為支持電磁輻射的一個或多個模式。圖2B 示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的PCF 210的截面圖。該PCF 210由諸如氣孔212的孔的六角形柵格構(gòu)成，或由在相對較高折射率材料214 (諸如硅石)中延伸光纖的長度的另一種適當(dāng)?shù)南鄬Φ驼凵渎什牧蠘?gòu)成。如圖2B中所示，孔被布置為形成19個芯，諸如芯216，其中在芯中導(dǎo)引光。其他PCF能夠配置為具有更少或更多的芯，以及能夠配置為具有兩種或更多種材料的同心環(huán)，其作為布拉格反射器操作以將光限制到中央芯。返回圖1，交換機裝置102能夠用于將輸入光學(xué)鏈路104-106的特定輸入波導(dǎo)連接到輸出光學(xué)鏈路107-109的特定輸出波導(dǎo)。例如，交換機裝置102能夠配置為將在光學(xué)鏈路104的波導(dǎo)上輸入到交換機裝置102的光學(xué)信號110導(dǎo)引到光學(xué)鏈路109的特定波導(dǎo)。 圖1還示出了如何能夠根據(jù)物理上低基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)造高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在此情況下，因為存在3個輸入光學(xué)鏈路104-106以及3個輸出光學(xué)鏈路107-109，此交換機裝置 102的基為3。交換機裝置102可以是電路交換機或無源網(wǎng)絡(luò)。電路交換機需要被配置為在鏈路之間獲得期望的連接性。無源網(wǎng)絡(luò)由導(dǎo)線或光學(xué)波導(dǎo)構(gòu)成，并且不包含能夠被配置的交換機。因此，無源網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)靜態(tài)的互連拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。電路交換機的優(yōu)點是，其能夠被按照需要重配置以更高效地應(yīng)付網(wǎng)絡(luò)的改變的需求或在鏈路或交換機裝置或兩者發(fā)生故障的情況下維持網(wǎng)絡(luò)中的連接性。電路交換機的其他優(yōu)點包括沒有對于導(dǎo)向傳輸延遲的路由延遲貢獻(xiàn)，其有助于延時和功率。電路交換機的缺點是，在正對交換機進(jìn)行配置時無法執(zhí)行通信業(yè)務(wù)。因此，與電路交換機的靈活性益處相關(guān)聯(lián)的代價是由于在重配置時間期間降低的網(wǎng)絡(luò)可用性所導(dǎo)致的。如果重配置頻繁，則將觀察到平均分組延時的顯著增加，而如果重配置稀少，則由于重配置的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點將超過由于重配置導(dǎo)致的可用性損失，會降低平均分組延時。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例配置的例示性電路交換機300。電路交換機300包括微機電系統(tǒng)(“MEMS”)鏡場(mirror farm)302、第一透鏡陣列304和第二透鏡陣列306。進(jìn)入16芯光纖308的16個波導(dǎo)(也稱為芯)以及外出16芯光纖310的16個芯，每個均被透鏡陣列304和306中的相關(guān)聯(lián)的透鏡所覆蓋。例如，進(jìn)入芯光纖312被透鏡陣列304中的透鏡314所覆蓋，以及外出芯光纖316被透鏡陣列306中的透鏡318所覆蓋。MEMS鏡場 302由16個單獨的、機械控制的硅微鏡的陣列構(gòu)成。透鏡陣列304中的透鏡每個可以被定向為將光導(dǎo)引到特定微鏡上。透鏡陣列306中的透鏡能夠被配置為將從鏡場302中的微鏡反射的光收集到對應(yīng)的外出光纖中。通過將微鏡定向為將在特定進(jìn)入芯上輸入的光學(xué)信號導(dǎo)引到特定外出芯中，能夠?qū)㈦娐方粨Q機300用作電路交換機。進(jìn)入芯能夠被直接連接到諸如分組交換機或計算機的第一計算裝置或連接到交換機網(wǎng)絡(luò)中的另一電路交換機，并且外出芯能夠被直接連接到諸如分組交換機或計算機的第二計算裝置或連接到交換機網(wǎng)絡(luò)中的另一電路交換機。例如，考慮從經(jīng)由芯312連接到電路交換機300的網(wǎng)絡(luò)上的電路交換機始發(fā)的光學(xué)信號。在芯312上進(jìn)入的光學(xué)信號通過透鏡314被導(dǎo)引到微鏡320上。微鏡320被預(yù)定向以將光學(xué)信號反射到透鏡318，透鏡318沿著芯316將光導(dǎo)引出交換機300。 芯316能夠直接通往網(wǎng)絡(luò)上的另一電路交換機或通往計算裝置。微鏡能夠被再定向以打破舊連接并進(jìn)行新連接，以便在相同的物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)各種不同的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。微鏡交換機不限于方形4X4鏡場302。在其他實施例中，能夠使用具有任何數(shù)量的行和列的微鏡和透鏡陣列的微鏡交換機，以為任何數(shù)量的進(jìn)入和外出多芯光纖提供交換。圖 4A示出由9個電路交換機401-409構(gòu)成的電路交換機網(wǎng)絡(luò)400。方向箭頭表示光學(xué)鏈路的物理實例化。虛線表示在電路交換機之間的邏輯的、直接電路路線。電路交換機401-409能夠是諸如圖3中所示的那些的基于鏡場的交換機。電路交換機被配置為使得每個電路交換機能夠在χ和y方向上直接傳輸?shù)搅硪浑娐方粨Q機。換句話說，電路交換機401-409被配置為使得光學(xué)信號邏輯上在由虛線標(biāo)識的方向上行進(jìn)，但是物理上在由方向箭頭表示的光學(xué)鏈路上行進(jìn)。例如，電路交換機406能夠如虛線410指示地將光學(xué)信號直接傳輸?shù)诫娐方粨Q機405，以及電路交換機405也被配置為使得電路交換機406能夠如虛線411所指示地直接傳輸?shù)诫娐方粨Q機404。電路交換機網(wǎng)絡(luò)能夠配置為創(chuàng)建各種可能的電路路線，以及如上所述，能夠重配置為導(dǎo)引信號繞過發(fā)生故障的光學(xué)鏈路或滿足改變的業(yè)務(wù)需求。圖4B示出當(dāng)光學(xué)鏈路發(fā)生故障時能夠如何重配置電路交換網(wǎng)絡(luò)400以維持完全連接性。在圖4B的示例中，虛線方向箭頭412表示發(fā)生故障的光學(xué)鏈路。結(jié)果，在圖4A中由虛線410和411表示的邏輯路徑不再存在。使用現(xiàn)存光學(xué)鏈路上的多余容量并重配置電路交換機402-409，電路交換機406 能夠經(jīng)由由點劃線414表示的邏輯路徑發(fā)送光學(xué)信號到電路交換機405，以及電路交換機 406能夠經(jīng)由由點劃線416表示的邏輯路徑發(fā)送光學(xué)信號到電路交換機404。通過構(gòu)建此新電路，維持了邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及分組路由協(xié)議能夠無視物理鏈路412的故障而推進(jìn)。當(dāng)沒有多余容量時，則能夠重新劃分剩余的容量以維持具有原始跳計數(shù)屬性的完全連接性， 但是其中每個路線的帶寬被減少，因為由于發(fā)生故障的鏈路容量損失，它的容量份額已經(jīng)被降低。另一方面，無源網(wǎng)絡(luò)是其中輸入波導(dǎo)被物理連接到輸出波導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)。一旦被配置， 則無源網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不改變。無源網(wǎng)絡(luò)的益處包括實現(xiàn)成本比電路交換機低，以及由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定而沒有與重配置相關(guān)聯(lián)的延時懲罰。缺點在于，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不靈活，且無法動態(tài)適應(yīng)新的業(yè)務(wù)需求或網(wǎng)絡(luò)上的部件故障。圖5示出無源網(wǎng)絡(luò)500的示例。在4芯光纖501-504上接收光學(xué)信號，以及在4 芯光纖505-508上輸出光學(xué)信號。如圖5的示例中所示，通過將4芯光纖501-504的每個芯連接到四個4芯光纖505-508的每個中的一個特定芯，來配置混洗網(wǎng)絡(luò)500。圖5揭示了用于實現(xiàn)此連接的一個特定實施例。每個光纖的芯均被標(biāo)記為1到4。將光纖501-504 中的芯連接到光纖505-508中的芯的線能夠表示光纖。光纖501的芯均被光學(xué)連接到光纖 505-508中標(biāo)記為“1”的芯。光纖402的芯均被連接到光纖505-508中標(biāo)記為“2”的芯。 光纖503的芯均被連接到光纖505-508中標(biāo)記為“3”的芯。光纖504的芯均被連接到光纖 505-508中標(biāo)記為“4”的芯。II.混合分組/電路交換機
互連網(wǎng)絡(luò)的一個目的是連接計算端點，所述計算端點是用于網(wǎng)絡(luò)的消息業(yè)務(wù)的源和目的地。如上所述，當(dāng)利用無源網(wǎng)絡(luò)配置時網(wǎng)絡(luò)可能不靈活，或當(dāng)僅僅利用電路交換機裝置配置時網(wǎng)絡(luò)的成本會較高。另外，信息通常經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)以分組形式傳輸。分組交換涉及將消息分解為許多分組。每個分組包括頭部，在沿著路徑的每個交換機處對該頭部進(jìn)行檢查以決定應(yīng)該在哪個交換機輸出上發(fā)送分組以便將分組路由到適當(dāng)?shù)慕粨Q機。能夠作為路由過程的部分修改分組頭部，以及并非所有構(gòu)成給定消息的分組都必須采用從源交換機到目的地交換機的相同路線。分組交換網(wǎng)絡(luò)的最常見形式是，以期望的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)利用鏈路連接一組分組交換機裝置。當(dāng)分組到達(dá)交換機時，分組交換機檢查分組頭部以確定目的地地址， 以及然后確定將分組放置在輸出光學(xué)鏈路的哪個波導(dǎo)上。分組交換機還包含各種緩沖器以提高總體性能，以及還包含其他存儲資源以及計算資源。通常，分組交換機僅僅是專用計算 直ο本發(fā)明的系統(tǒng)實施例致力于在電路交換網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)分組交換網(wǎng)絡(luò)，以創(chuàng)建混合互連結(jié)構(gòu)(fabric)，該混合互連結(jié)構(gòu)具有分組交換的優(yōu)點以及電路交換的重配置和低延時的益處。這些混合分組交換/電路交換網(wǎng)絡(luò)利用如下描述的分組和電路交換機的混合組合來實現(xiàn)。圖6A示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第一混合分組/電路交換機600的示意性表示。該混合交換機600包括光學(xué)耦合到電路交換機604的分組交換機602，該電路交換機 604又光學(xué)耦合到輸入和輸出光學(xué)鏈路606-611，如上參考圖1所描述的。如圖6A的示例中所示，輸入光學(xué)信號612和輸出光學(xué)信號614經(jīng)由波導(dǎo)在分組交換機602與電路交換機 604之間傳輸。輸入光學(xué)信號在分組交換機602處經(jīng)受光電(“0E”)轉(zhuǎn)換，以便每個分組中的信息能夠由分組交換機602緩沖、分析并路由到適當(dāng)?shù)哪康牡亍Ｒ坏┍宦酚?，分組交換機 602使用電光(“E0”)轉(zhuǎn)換將信息轉(zhuǎn)換為輸出光學(xué)信號。輸出光學(xué)信號被發(fā)送到電路交換機 604以及輸出光學(xué)鏈路604-611的適當(dāng)波導(dǎo)。可替換地，圖6B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第二混合分組/電路交換機620 的示意性表示。混合交換機620幾乎與混合交換機600相同，但是分組交換機由計算機622 代替。計算機622從電路交換機604接收輸入光學(xué)信號，并發(fā)送輸出光學(xué)信號到電路交換機604。計算機622采用OE轉(zhuǎn)換將輸入光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號以供處理，并采用EO轉(zhuǎn)換將計算機622生成的電信號轉(zhuǎn)換為輸出光學(xué)信號，該輸出光學(xué)信號被發(fā)送到電路交換機604。 當(dāng)計算機622發(fā)送信息時，其必須選擇輸出光學(xué)鏈路609-611的適當(dāng)輸出波導(dǎo)。在某些實施例中，互連網(wǎng)絡(luò)能夠由混合分組/電路交換機構(gòu)成，其中，許多分組交換機端口中的每個被連接到本地計算裝置。該本地計算裝置能夠是計算機、處理器、存儲器、傳感器或任何其他裝置。圖6C示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的連接到本地計算裝置626的混合分組/電路交換機600。在此實施例中，分組交換機602被配置為確定分組是否去往本地計算裝置626或去往不同的交換機。當(dāng)分組包括本地計算裝置626的地址時，分組交換機經(jīng)由電或光學(xué)鏈路628傳遞分組，所述鏈路628將分組交換機602連接到本地計算裝置 626。當(dāng)本地計算裝置626需要發(fā)送分組時，本地計算裝置626在電鏈路630上發(fā)送分組到分組交換機626。分組交換機602然后檢查分組中的目的地地址，以確定要使用哪個輸出波導(dǎo)614來將分組注入電路交換機604，其中，分組能夠經(jīng)由光學(xué)鏈路609-611中的適當(dāng)波導(dǎo)之一進(jìn)行傳輸以到達(dá)目的地。III.實現(xiàn)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
為了簡潔起見，下面描述用于在具有16個交換機的環(huán)形和Clos網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法實施例。這些交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅僅是采用本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)的很多不同類型的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示例，并且絕不打算是窮舉性的。能夠采用本發(fā)明的方法的其他交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示例包括交叉式(croSS-bar)、X-網(wǎng)格、六面體(hex)網(wǎng)格以及立方體網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)格也能夠具有纏繞或扭轉(zhuǎn)纏繞(twisted wrap)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括弦環(huán)；各種多級網(wǎng)絡(luò)，諸如折疊Clos、榕樹、肥樹；以及各種形式的超立方體，諸如k-元 η-立方體(k-ary n-cube)，其中k和η是整數(shù)。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在低基交換機的物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高基交換機的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法中的許多步驟的流程圖。在步驟702，構(gòu)造由經(jīng)由一個或多個鏈路互連的光學(xué)交換機構(gòu)成的物理網(wǎng)絡(luò)。每個交換機又能夠連接到任何數(shù)量的計算裝置，其是信息的源和/或目的地。在步驟704，基于構(gòu)成物理交換機網(wǎng)絡(luò)的交換機和波導(dǎo)部件，然后設(shè)計交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以用于在物理網(wǎng)絡(luò)中的交換機之間傳輸信息。交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供用于配置交換機以在物理網(wǎng)絡(luò)上的交換機之間傳輸信息的計劃。典型地，使用在接收最多業(yè)務(wù)的交換機之間具有最少跳數(shù)的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，來配置物理網(wǎng)絡(luò)。能夠在本發(fā)明的各種物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示例包括環(huán)、弦環(huán)、網(wǎng)格、瘦樹(skinny tree)、Clos網(wǎng)絡(luò)或能夠使用物理網(wǎng)絡(luò)的可用交換機和波導(dǎo)實現(xiàn)的任何其他適合的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在步驟 706，然后在物理網(wǎng)絡(luò)中配置交換機和波導(dǎo)以實現(xiàn)所選擇的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在某些實施例中，光學(xué)交換機能夠被配置以實現(xiàn)分組交換、電路交換或分組和電路交換的組合。換句話說，根據(jù)如何傳輸信息，光學(xué)交換機能夠是電路交換機或混合分組/電路交換機。例如，如果使用分組來傳輸信息，則能夠利用混合分組/電路交換機來配置物理網(wǎng)絡(luò)，否則能夠使用電路交換機。另外，能夠利用這樣的交換機和波導(dǎo)來構(gòu)造物理網(wǎng)絡(luò)，所述交換機和波導(dǎo)能夠被重配置以滿足變化的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述變化的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被選擇以滿足在物理網(wǎng)絡(luò)上的變化的業(yè)務(wù)模式的需求。A.環(huán)形物理網(wǎng)絡(luò)
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的環(huán)形物理網(wǎng)絡(luò)800的示意性表示。物理網(wǎng)絡(luò)800 包括通過鏈路連接的16個光學(xué)交換機，其中，每個交換機用圓點來表示并由0-15的范圍內(nèi)的數(shù)字來標(biāo)識。例如，交換機0被分別經(jīng)由鏈路802和804連接到交換機15和1。每個交換機又能夠被連接到許多不同節(jié)點(未示出)。如果使用分組經(jīng)由物理網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，則交換機0-15能夠是混合分組/電路交換機，以及交換機網(wǎng)絡(luò)800是在電路交換機網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)的分組交換網(wǎng)絡(luò)。在其他實施例中，當(dāng)不以分組發(fā)送信息時，交換機0-15能夠是電路交換機。接下來，能夠設(shè)計交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以通過采用高基交換機來在給定交換機網(wǎng)絡(luò)的情況下具有最少數(shù)量的跳計數(shù)。所選擇的交換機的類型以及可用波導(dǎo)的數(shù)量限制了能夠在特定交換機網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的類型。典型地，能夠在具有高基交換機的物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)更多樣的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。利用高基交換機配置的物理網(wǎng)絡(luò)相比采用相對較低基交換機的物理網(wǎng)絡(luò)一般可以被配置成具有更少的跳計數(shù)。例如，采用N個高基交換機的物理網(wǎng)絡(luò)典型地具有量級為Iog2(N)的跳計數(shù)。與之相對照的是，采用N個相對較低基交換機的類似物理網(wǎng)絡(luò)能夠具有量級為N的跳計數(shù)。為了示出選擇交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何能夠受到物理網(wǎng)絡(luò)的交 換機類型的限制，首先考慮用于網(wǎng)絡(luò)800的簡單單向環(huán)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，網(wǎng)絡(luò)800中的交換機被假設(shè)成基為 2。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、能夠在物理網(wǎng)絡(luò)800上實現(xiàn)的交換機0-15的簡單單向環(huán)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)900。在圖9中，單個波導(dǎo)由交換機之間的曲線段來表示，以及信息以由方向箭頭902表示的單向順時針方式傳輸。曲線段904表示連接交換機0和1的單個波導(dǎo)。交換機0-15是包括兩個輸入端口以及兩個輸出端口的基2交換機。例如，交換機0包括兩個輸入端口和兩個輸出端口。交換機O在第一輸入端口處在波導(dǎo)906中接收從交換機 15發(fā)送的光學(xué)信號，以及在由方向箭頭908表示的第二輸入端口中接收由節(jié)點(未示出)生成的光學(xué)信號。該節(jié)點能夠是計算機、電路或提供到另一環(huán)的橋的分組交換機。交換機0在波導(dǎo)904中通過第一輸出端口發(fā)送光學(xué)信號到交換機1，以及通過以下方式從物理網(wǎng)絡(luò)800 移除去往節(jié)點的光學(xué)信號經(jīng)由通過第二輸出將這些光學(xué)信號發(fā)送到該節(jié)點，如由方向箭頭910表示的。 交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)900能夠在具有基2交換機0-15的網(wǎng)絡(luò)800上實現(xiàn)，所述基2交換機0-15經(jīng)由單芯光學(xué)光纖或單芯光纖連接到其他交換機。為了使交換機0將信息傳輸?shù)浇粨Q機2，信息首先被傳輸?shù)浇粨Q機1。信息能夠以分組方式被攜載，所述分組包括標(biāo)識目的地交換機2的頭部。交換機1將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號被電子連接的分組交換機讀取，所述分組交換機導(dǎo)引交換機1將編碼相同信息的電信號轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號，并經(jīng)由波導(dǎo)912將該光學(xué)信號傳輸?shù)浇粨Q機2。將信息從交換機0送到交換機2所需的分組交換機路由器跳數(shù)為2。用于環(huán)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)900的分組交換機路由器跳的最大數(shù)量是 15。通常，在由經(jīng)由單個波導(dǎo)連接的N個基2交換機構(gòu)成的環(huán)網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)的環(huán)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有N-I的最差情況跳計數(shù)，也稱為“交換直徑”?，F(xiàn)在考慮能夠在物理網(wǎng)絡(luò)800上實現(xiàn)的高端口計數(shù)的、單向的、弦環(huán)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，利用交換機0-15來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)800，每個交換機是基5交換機。圖IOA示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的配置為以單向方式將光學(xué)信號直接傳輸?shù)浇粨Q機1、2、4和8以及將其傳輸?shù)焦?jié)點(未示出)的交換機0的輸出路徑。從交換機0到交換機1、2、4和8的每個分離傳輸在四個分離的波導(dǎo)1001-1004上以單跳實現(xiàn)。交換機0提取導(dǎo)向到節(jié)點的光學(xué)信號， 如由方向箭頭1005所表示的。圖IOB示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的弦環(huán)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1010。通過在每個交換機處重復(fù)圖IOA中所示的用于交換機0的相同模式的輸入和輸出波導(dǎo)，來構(gòu)造該弦環(huán)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1010。為了清楚起見，沒有示出通往連接到每個交換機的節(jié)點的波導(dǎo)。例如，檢查交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1010揭示，交換機15被連接到波導(dǎo)1011-1014， 用于傳輸光學(xué)信號到交換機0、1、3和7。在交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1010中的每個交換機以單跳從四個不同的交換機接收光學(xué)信號，提取目的為在連接到該交換機的節(jié)點處進(jìn)行處理的光學(xué)信號，并以單跳傳輸光學(xué)信號到四個不同的交換機。結(jié)果，每個交換機具有用于基5的五個輸入端口和五個輸出端口。例如，圖11示出，基于圖IOB的弦環(huán)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，交換機0從交換機8、12、14和15在四個分離的波導(dǎo)上接收光學(xué)信號，在四個分離的波導(dǎo)上傳輸光學(xué)信號到交換機1、2、4和8，并在一個輸入波導(dǎo)和一個輸出波導(dǎo)上發(fā)送和接收來自節(jié)點的光學(xué)信號。由此，交換機0具有用于基5的五個輸入端口和五個輸出端口。下面的描述揭示如何能夠在物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1010的高基交換機。如上所述，物理網(wǎng)絡(luò)800的交換機0-15能夠利用電路交換機300或混合分組/電路交換機600和620實現(xiàn)?；诮粨Q機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1010，必須確定每個交換機能夠被如何配置以提取去往連接到該交換機的節(jié)點的光學(xué)信號以及導(dǎo)引去往其他交換機的光學(xué)信號。圖12 示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的專用于向交換機0和從交換機0傳輸光學(xué)信號的鏈路的波導(dǎo)。 方向箭頭1200表示光學(xué)信號在網(wǎng)絡(luò)上行進(jìn)的方向。實曲線1201-1204表示專用于直接傳輸光學(xué)信號到交換機1、2、4和8的鏈路的分離波導(dǎo)，以及虛曲線1205-1208表示專用于從交換機8、12、14和15直接傳輸光學(xué)信號到交換機O的鏈路的分離波導(dǎo)。因此，需要鏈路的四個波導(dǎo)來向和從每個交換機傳輸光學(xué)信號。但是，對于所有16個交換機都是這種情況。 因此，交換機0-15中的每個交換機必須也被配置為允許不針對連接到交換機的節(jié)點的許多光學(xué)信號不受擾地通過。需要通過每個交換機的光學(xué)信號的數(shù)量能夠如下確定。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的表示光學(xué)信號在交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1010上采取的路徑的圖示并且能夠被用于配置圖8中所示的物理網(wǎng)絡(luò)800的每個交換機。在圖13中，平行于X軸1302延伸的17條平行線表示16個交換機，其中，在頂部和底部重復(fù)了交換機8。平行于y軸1304延伸的方向箭頭表示在由交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1010揭示的交換機處開始和結(jié)束的光學(xué)信號的單向流。圖13 揭示，每個交換機需要被配置為使得11個光學(xué)信號不受擾地通過每個交換機。例如，基于交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1010，方向箭頭1305-1308表示從交換機0發(fā)送到交換機1、2、4和8的光學(xué)信號，方向箭頭1309-1312表示從交換機8、12、14和15發(fā)送到交換機0的光學(xué)信號，以及方向箭頭1313-1324表示在它們?nèi)ネ渌粨Q機的路上通過交換機0的11個光學(xué)信號。 這11個光學(xué)信號能夠電路交換地通過交換機0。在交換機處終止或始發(fā)的光學(xué)信號被分組交換。交換機0-15能夠利用兩種不同類型的混合分組/電路交換機來實現(xiàn)。在一個實施例中，交換機0-15使用混合分組/電路交換機600或620來實現(xiàn)，其中，混合分組/電路交換機的電路交換機部分能夠使用如上參考圖6描述的基于MEMS鏡場的電路交換機300來實現(xiàn)。交換機0-15能夠配置為接收經(jīng)由物理網(wǎng)絡(luò)800的鏈路傳輸?shù)乃泄鈱W(xué)信號。換句話說，由于存在15個輸入波導(dǎo)和15個輸出波導(dǎo)，每個光學(xué)交換機具有至少15的基。每個交換機的鏡場中的鏡能夠如上參考圖3所述那樣定向，以讓11個波導(dǎo)攜載的光學(xué)信號不受擾地通過。但是，這些鏡能夠被定向為導(dǎo)引要被發(fā)送到節(jié)點的由4個波導(dǎo)攜載的光學(xué)信號進(jìn)行分組交換。在第二實施例中，使用包括分組交換機的混合分組/電路交換機、結(jié)合無源地混洗由圍繞該分組交換機的11個波導(dǎo)所攜載的光學(xué)信號，來實現(xiàn)交換機0-15。換句話說，物理網(wǎng)絡(luò)800的每個交換機0-15是這樣的分組交換機其對在該分組交換機處終止的4個波導(dǎo)攜載的光學(xué)信號進(jìn)行分組交換，而維持由剩余11個波導(dǎo)攜載的光學(xué)信號不受擾。圖14 示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的混合分組交換機/無源混洗網(wǎng)絡(luò)的截面圖和示意性表示。無源混洗通過將來自16芯光纖1406中的四個芯1401-1404接合(splice)到交換機0來構(gòu)造。 每個芯中的編號表示在連續(xù)未中斷芯的另一端處連接的物理網(wǎng)絡(luò)800的交換機的編號。例如，芯1410提供用于將來自交換機13的光學(xué)信號傳輸?shù)浇粨Q機5的連續(xù)未中斷連接。雖然所有芯在圖14中被示出為在交換機0處切斷，但在實踐中，由實方向箭頭連接的芯不切斷并表示通過交換機0的光學(xué)信號，以及虛線方向箭頭表示攜載去往以及來自交換機0的光學(xué)信號的接合的芯1401-1404。11個實方向箭頭對應(yīng)于如上參考圖13所述的攜載通過交換機0的光學(xué)信號的11個波導(dǎo)1313-1324。例如，方向箭頭1412表示沿著將交換機13 連接到交換機5的芯1410的光學(xué)信號的不受擾傳輸，其對應(yīng)于圖13中所示的波導(dǎo)1319。 虛線方向箭頭1414-1417表示從交換機15、14、12和8到交換機0的光學(xué)信號的傳輸，以及虛線箭頭1418-1421表示去往交換機1、2、4和8的光學(xué)信號的傳輸。交換機0被配置為分組交換機，以便提取去往節(jié)點1424的光纖1401-1404上傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號，并將由節(jié)點1424 生成的以供在其他節(jié)點處進(jìn)行處理的光學(xué)信號放置到波導(dǎo)1401-1404中。注意，使用相同組的四個芯1401-1404來向和自交換機0發(fā)送光學(xué)信號。16芯光纖1406還包括額外未用芯，其能夠在其他芯之一發(fā)生故障的情況下使用或用于提供額外帶寬。例如，如果芯1403 不能支持在交換機0與交換機1之間的所有業(yè)務(wù)，則芯1422能夠被接合到交換機0并用于提供附加帶寬。B.折疊Clos網(wǎng)絡(luò) 在替代實施例中，交換機網(wǎng)絡(luò)能夠由成行的交換機構(gòu)成，其中，在給定行中的每個交換機被配置為傳輸信息到相鄰行中的任何交換機。圖15示出例示性高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1500。如在圖16的示例中所示，第一行中的交換機1501-1508中的每個具有8個波導(dǎo)，每個波導(dǎo)連接到第二行中的不同交換機。能夠在交換機1501-1508的行與交換機1509-1516 的行之間單向地或雙向地傳輸信息。這些高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1600能夠被實現(xiàn)為“Clos網(wǎng)絡(luò)”。圖16示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的例示性折疊Clos網(wǎng)絡(luò)1600。Clos網(wǎng)絡(luò)1600由第一行8個交換機 1501-1508以及第二行8個交換機1509-1516構(gòu)成。Clos網(wǎng)絡(luò)1600還包括四個中間混洗網(wǎng)絡(luò)1601-1604。混洗網(wǎng)絡(luò)1601-1604能夠使用無源網(wǎng)絡(luò)、電路交換機或混合分組/交換機來實現(xiàn)。每個交換機被經(jīng)由4芯光纖連接到兩個不同的中間混洗網(wǎng)絡(luò)。例如，交換機1508 被經(jīng)由4芯光纖1606連接到中間混洗網(wǎng)絡(luò)1602，并被經(jīng)由4芯光纖1607連接到混洗網(wǎng)絡(luò) 1604。四芯光纖提供在物理網(wǎng)絡(luò)1600上實現(xiàn)Clos網(wǎng)絡(luò)1500所需的最小數(shù)量的芯。通過采用中間混洗網(wǎng)絡(luò)和4芯光纖，物理網(wǎng)絡(luò)1600在交換機之間延伸的光纖的數(shù)量是在利用交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1600的情況下的1/4 (雖然光纖是多芯的)。因此，交換機網(wǎng)絡(luò)1500提供了其上能夠?qū)崿F(xiàn)相對較高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1500的較低基交換機網(wǎng)絡(luò)。MEMS交換機300能夠被用作混洗網(wǎng)絡(luò)1601-1604中的交換機。例如，在圖17中， 芯1701-1704能夠表示4芯光纖1601-1604中的一個的芯。鏡場302的微鏡1705-1708被定向為將從芯1701-1704輸出的光學(xué)信號導(dǎo)引到芯1709-1712，其中，每個芯1709-1712是 4芯光纖1605-1608之一中的芯。鏡場302的微鏡能夠被類似地定向以執(zhí)行圖16中表示的剩余光學(xué)互連。為了解釋的目的，前面的描述使用特定的術(shù)語來提供對于本發(fā)明的徹底理解。但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，特定細(xì)節(jié)并非實現(xiàn)本發(fā)明所必需的。給出本發(fā)明的特定實施例的前面描述是為了說明和描述的目的。它們不意圖窮舉本發(fā)明或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開的精確形式。顯然，鑒于上面的教導(dǎo)可以進(jìn)行很多修改和變型。示出和描述實施例以最佳地解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠最佳地利用本發(fā)明以及具有適合于考慮的特定用途的各種修改的各種實施例。本發(fā)明的范圍意圖由下面的權(quán)利要求及其等價物來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于在物理低基交換機網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括構(gòu)造所述物理網(wǎng)絡(luò)(702)，所述物理網(wǎng)絡(luò)包括經(jīng)由鏈路連接的混合分組/電路交換機；設(shè)計能夠在所述物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)的期望的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(704)；以及將所述混合分組/交換機配置成在所述物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)所述交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(706)， 其中所述混合分組/交換機被重配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括配置所述混合分組/電路交換機以執(zhí)行電路交換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括配置所述混合分組/電路交換機以執(zhí)行分組交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括配置所述混合分組/電路交換機以執(zhí)行電路交換和分組交換的混合組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述混合分組/電路交換機還包括一個或多個基于微機電系統(tǒng)鏡場的電路交換機(300 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鏈路還包括下述中的一種多芯光纖(200)；以及多芯光子晶體光纖(210)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中配置所述交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括在光纖的芯之間的光學(xué)信號的全光學(xué)傳輸中將多芯光纖的芯接合到其他多芯光纖的芯和交換機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中配置所述交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括在從進(jìn)入光纖到外出光纖的光學(xué)信號的全光學(xué)傳輸中定向微機電系統(tǒng)微鏡交換機的鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中配置所述混合分組/電路交換機還包括配置混合分組/電路交換機的每個以傳輸去往其他混合分組/電路交換機的光學(xué)信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中配置所述交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括將交換機配置成具有量級為IogJN)的跳計數(shù)，其中N表示混合分組/電路交換機的數(shù)量以及r是所述混合分組/電路交換機的基。
11.一種混合分組/電路交換機，包括光學(xué)電路交換機(604)，所述光學(xué)電路交換機(604)被光學(xué)耦合到一個或多個輸入光學(xué)鏈路以及一個或多個輸出光學(xué)鏈路；以及分組交換裝置(602)，所述分組交換裝置(602)被光學(xué)耦合到所述光學(xué)電路交換機，其中所述分組交換裝置將在所述輸入光學(xué)鏈路上輸入到所述電路交換機的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述電信號被緩沖、分析、路由并轉(zhuǎn)換回光學(xué)信號，該轉(zhuǎn)換回的光學(xué)信號被發(fā)送到所述光學(xué)電路交換機并在所述輸出光學(xué)鏈路上輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的交換機，其中所述分組交換裝置還包括下述中的一種分組交換機；計算機(622)；以及與本地計算裝置(626)進(jìn)行電氣通信的分組交換機。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的交換機，其中所述電路交換機還包括基于微機電系統(tǒng)鏡場的電路交換機(300)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的交換機，其中所述光學(xué)鏈路還包括下述中的一種 多芯光纖(200)；以及光子晶體光纖(210)。
15.一種在電路交換機網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)的分組交換網(wǎng)絡(luò)，其中所述網(wǎng)絡(luò)的交換機根據(jù)權(quán)利要求1進(jìn)行配置。
全文摘要
本發(fā)明的實施例涉及在相對較低基物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高基交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在一個實施例中，該方法包括構(gòu)造由經(jīng)由一個或多個波導(dǎo)連接的一個或多個光學(xué)交換機構(gòu)成的物理網(wǎng)絡(luò)(702)。然后，設(shè)計期望的交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(704)用于在物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)。然后，通過將光學(xué)交換機和波導(dǎo)配置(706)為在物理網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，來將該交換機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)疊置在交換機網(wǎng)絡(luò)上。光學(xué)交換機能夠在經(jīng)由物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸之后被重配置以及能夠被配置為實現(xiàn)電路交換或分組交換。
文檔編號H04B10/28GK102177668SQ200880131474
公開日2011年9月7日 申請日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者A·L·戴維斯, M·麥克拉倫, N·L·賓克特 申請人:惠普開發(fā)有限公司