本專利申請(qǐng)主張2015年5月13日提交的題為“一種支持無(wú)數(shù)據(jù)包丟失信令系統(tǒng)和松散耦合的應(yīng)用加權(quán)路由的并行光電網(wǎng)絡(luò)”的專利合作條約申請(qǐng)PCT/CA2015/000,313的權(quán)益，其同時(shí)主張2014年5月13日提交的題為“支持無(wú)數(shù)據(jù)包丟失信令系統(tǒng)和松散耦合的應(yīng)用加權(quán)路由的并行光電網(wǎng)絡(luò)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/992,570和2014年9月12日提交的題為“支持無(wú)數(shù)據(jù)包丟失信令系統(tǒng)和松散耦合的應(yīng)用加權(quán)路由的并行光電網(wǎng)絡(luò)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案61,992,580的權(quán)益，兩個(gè)申請(qǐng)均以引用方式整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多維直接網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及一種固有并行流量模式支持下可縮短等待時(shí)間的并行光電直接網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)：

多維直接網(wǎng)絡(luò)廣泛用于高性能和并行計(jì)算設(shè)計(jì)。其中，典型應(yīng)用包括超立方體和三維環(huán)面。

多維直接網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路為主要互連方案。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)或多個(gè)互連鏈路連接到一個(gè)或多個(gè)其他節(jié)點(diǎn)。然而，當(dāng)基于這種連接(互連)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增加時(shí)，直徑會(huì)很長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)直徑可定義為節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的平均最小距離。例如，1000節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)直徑可達(dá)30跳。網(wǎng)絡(luò)直徑過長(zhǎng)，會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的等待時(shí)間。

網(wǎng)絡(luò)直徑較長(zhǎng)時(shí)，必須仔細(xì)排列計(jì)算作業(yè)從而考慮其訪問局部性限制。傳統(tǒng)的直接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)用于超級(jí)計(jì)算，如大氣模擬。這種應(yīng)用本身具有局部性特征。其不受上述網(wǎng)絡(luò)直徑很長(zhǎng)及等待時(shí)間等問題引起局部性限制的影響。

如今的大型數(shù)據(jù)中心和大型計(jì)算項(xiàng)目需要另一種規(guī)模大(大于1000節(jié)點(diǎn))并可支持并行流量負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)。具體而言，數(shù)據(jù)中心中多數(shù)計(jì)算任務(wù)實(shí)際上是并行的，等待時(shí)間需一致并縮短才可獲得最佳性能。

現(xiàn)有的基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(如無(wú)限帶寬技術(shù))難以支持并行流量(如組播)。無(wú)限帶寬技術(shù)是一種基于交換機(jī)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互連系統(tǒng)，其基于不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)隊(duì)列對(duì)支持偽組播，因而會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失、重新發(fā)送和不可預(yù)測(cè)的情況。這種點(diǎn)到點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)中固有的基本橫桿開關(guān)功能是導(dǎo)致限制的根本原因。

通過參閱下文對(duì)于本發(fā)明具體實(shí)施例的說(shuō)明并結(jié)合附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可清楚了解本發(fā)明其它方面的內(nèi)容和特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種混合光電映射器-混洗器-減徑器結(jié)構(gòu)，旨在解決上述問題并增強(qiáng)當(dāng)前多維直接網(wǎng)絡(luò)的互連。本發(fā)明公開的混合光電映射器-混洗器-減徑器結(jié)構(gòu)，其物理性固有的組播設(shè)計(jì)本身可支持并行流量模式，如組播、廣播和新開發(fā)的聚播，同時(shí)便于支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)流量。使用簡(jiǎn)單的多維拓?fù)鋪?lái)擴(kuò)大這種結(jié)構(gòu)的規(guī)模，可實(shí)現(xiàn)極大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的端對(duì)端等待時(shí)間僅為3跳。與其他多維直接網(wǎng)絡(luò)相比，等待時(shí)間明顯改善且更一致。

本發(fā)明公開的物理性映射器-混洗器-減徑器設(shè)計(jì)無(wú)需使用橫桿開關(guān)功能。因此不會(huì)受到橫桿開關(guān)功能的限制。

本發(fā)明公開了一種物理映射器-減徑器-混洗器混合設(shè)計(jì)，包括光映射器、電子混洗器和減徑器。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種光網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)光映射器中至少一個(gè)光映射器，以及多個(gè)電子混洗器和減徑器電路中至少一個(gè)混洗器和減徑器電路，每個(gè)電子混洗器和減徑器電路耦合到所述多個(gè)光映射器中一個(gè)光映射器的輸出端口。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供的一種光放大器陣列，用于放大到光映射器預(yù)定子集的輸入信號(hào)和到光映射器預(yù)定子集的輸出信號(hào)，其中光放大器內(nèi)的每個(gè)光放大器陣列耦合到至少一個(gè)其它光放大器以供光泵重復(fù)利用。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種將光信號(hào)從網(wǎng)絡(luò)輸入端口路由到網(wǎng)絡(luò)輸出端口的方法，包括：

提供多個(gè)光映射器中至少一個(gè)光映射器，所述光映射器至少耦合到所述網(wǎng)絡(luò)輸入端口；和

提供多個(gè)電子混洗器和減徑器電路中至少一個(gè)電子混洗器和減徑器電路，每個(gè)電子混洗器和減徑器電路耦合到所述多個(gè)光映射器中一個(gè)光映射器的輸出端口并耦合到網(wǎng)絡(luò)輸出端口。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種設(shè)備，包括：

波長(zhǎng)解復(fù)用器，用于接收波分復(fù)用光信號(hào)并將其解復(fù)用到多個(gè)光輸出，每個(gè)光輸出與預(yù)定波長(zhǎng)范圍相關(guān)；

多路復(fù)用器，通過多路復(fù)用多個(gè)電信號(hào)來(lái)產(chǎn)生多路復(fù)用信號(hào)；

多個(gè)信道處理器，每個(gè)信道處理器耦合到所述多個(gè)光輸出中的一個(gè)光輸出，且包括：

光電轉(zhuǎn)換器；和

串并轉(zhuǎn)換器，耦合到所述光電轉(zhuǎn)換器并根據(jù)由所述串并轉(zhuǎn)換器從所述光電轉(zhuǎn)換器接收的串行數(shù)據(jù)生成并行數(shù)據(jù)；

混洗器電路，包括多個(gè)輸入信道和多個(gè)輸出信道，每個(gè)輸入信道耦合到所述多個(gè)信道處理器的預(yù)定信道處理器，而每個(gè)輸出信道耦合到所述多路復(fù)用器上的預(yù)定輸入端口，以提供多個(gè)電信號(hào)中的一個(gè)電信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種設(shè)備，包括：

全連接光分配網(wǎng)絡(luò)，包括用于接收N個(gè)光信號(hào)的N個(gè)輸入信道，所述光信號(hào)包括根據(jù)預(yù)定光信道計(jì)劃的光信號(hào)和M個(gè)輸出信道，其中每個(gè)輸出信道包括在所述N個(gè)輸入信道接收的所有光信號(hào)；和

M映射器-減徑器電路，每個(gè)映射器-減徑器電路耦合到全連接光分配網(wǎng)絡(luò)的輸出信道。

通過參閱下文對(duì)于本發(fā)明具體實(shí)施例的說(shuō)明并結(jié)合附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可清楚了解本發(fā)明其它方面的內(nèi)容和特性。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例通過示例并參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可操作連接到發(fā)射器和接收器的映射器-減徑器系統(tǒng)實(shí)施例。

圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的9x9映射器示例。

圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的18x18映射器示例。

圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的36x36映射器示例。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的減徑器-混洗器示例。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的64比特模式。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例、配置用于單播接收的減徑器-混洗器。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例、互連第一維度的光映射器和第二維度的光映射器的多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例、用于為同一映射器上節(jié)點(diǎn)推送數(shù)據(jù)(流量)的信令系統(tǒng)情況。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的信令系統(tǒng)，其中心跳消息從發(fā)射器發(fā)送到四個(gè)減徑器，進(jìn)而識(shí)別發(fā)射器是否失效、何時(shí)失效或是否不可再用。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例、在流量激增時(shí)發(fā)出信令的示例。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例、用于應(yīng)用加權(quán)路由實(shí)施例的示例性表格。

圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例、具有高效光放大器設(shè)計(jì)的高端口計(jì)數(shù)網(wǎng)絡(luò)的示例。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及多維直接網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及一種固有并行流量模式支持下可縮短等待時(shí)間的并行光電直接網(wǎng)絡(luò)。

下文的實(shí)施例說(shuō)明僅為示例性質(zhì)，并不限制本專利的范圍、適用性或配置。當(dāng)然，下文的示例性實(shí)施例內(nèi)容將向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供用于執(zhí)行示例性實(shí)施例的適用性說(shuō)明。需要了解的是，在不脫離上述所附權(quán)利要求書精神和范圍的前提下，可對(duì)元件的功能和布局進(jìn)行各種變型。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的映射器-減徑器系統(tǒng)18實(shí)施例。為清楚說(shuō)明，僅示出四個(gè)發(fā)射器22和四個(gè)接收器24分別作為映射器-減徑器系統(tǒng)18的輸入和輸出。光映射器20接收發(fā)自發(fā)射器22的數(shù)據(jù)。每個(gè)發(fā)射器發(fā)射的數(shù)據(jù)波長(zhǎng)彼此不同。所述光映射器-減徑器18同時(shí)將來(lái)自全部四個(gè)發(fā)射器的數(shù)據(jù)提供給減徑器(減徑器-混洗器)25和接收器24所在的每個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。所述映射器20將來(lái)自每個(gè)發(fā)射器22的光功率分成K個(gè)部分，每部分用于K個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)(本實(shí)施例中，K＝4)。該光學(xué)功能也稱為光星形耦合器。

圖2A、2B和2C示出了根據(jù)本發(fā)明的映射器示例性實(shí)施例。

圖2A示出了由六個(gè)3x3熔融光纖耦合器28構(gòu)成的9x9映射器26實(shí)施例。圖2B示出了由兩個(gè)9x9映射器26和2x2熔融光纖耦合器30構(gòu)成的18x18映射器29實(shí)施例。圖3C示出了由兩個(gè)18x18映射器29和2x2耦合器30構(gòu)成的36x36映射器32實(shí)施例。

將分布式混洗法引入減徑器25電路系統(tǒng)內(nèi)，并物理性同地協(xié)作于每個(gè)減徑器25(圖1)內(nèi)。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的減徑器25實(shí)施例。所述減徑器25包括光解復(fù)用器40，其接收多波長(zhǎng)(本示例中為四個(gè))的多數(shù)據(jù)流，并將這些多波長(zhǎng)解復(fù)用成單獨(dú)的波長(zhǎng)信道。所述經(jīng)過解復(fù)用的波長(zhǎng)提供給光電二極管陣列42，由此檢測(cè)光數(shù)據(jù)信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電數(shù)據(jù)信號(hào)。每個(gè)電數(shù)據(jù)信號(hào)提供給串并轉(zhuǎn)換器.44，所述串并轉(zhuǎn)換器44將串行電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)信號(hào)并將所述并行數(shù)據(jù)信號(hào)提供給緩沖器46。每個(gè)緩沖器46的輸出輸入到混洗邏輯48，所述混洗邏輯48將來(lái)自四個(gè)并行信道的比特組合起來(lái)以生成比特流輸出到接收器24。所述混洗邏輯既可像單個(gè)邏輯功能一樣簡(jiǎn)單(例如，異或門(XOR)、或門(OR)、與門(AND)或非門(NOR))，也可像碼分多址(CDMA)矩陣運(yùn)算一樣復(fù)雜。所述混洗邏輯可包括適當(dāng)數(shù)量的邏輯元素(例如，編程到現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)中的XOR、OR、AND和NOR元件)，也可使用特定用途集成電路(ASIC)。所述混洗邏輯通常將比特流陣列矩陣組合成可與矩陣寬度相同、更短或更長(zhǎng)的串行比特流。(例如，將四比特流1100，0011，0000，0000縮減為一比特流1010)。所述混洗邏輯46的輸出輸入到電多路復(fù)用器50。所述電多路復(fù)用器的輸出輸入到接收器24中。

所述混洗邏輯48可使緩沖器46輸出的電數(shù)據(jù)信號(hào)以任何合適的組合提供給所述接收器24。

本發(fā)明可通過使用比特標(biāo)記來(lái)指示應(yīng)接收數(shù)據(jù)包的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)組播。僅用一個(gè)比特來(lái)定義一個(gè)包是否用于特定的接收端口。由于我們僅用一個(gè)比特來(lái)標(biāo)記組播，所以可將失效代價(jià)最小化。例如，在64端口映射器-減徑器系統(tǒng)中，失效代價(jià)為64比特，其在10Gb/s網(wǎng)絡(luò)中延遲約為6.4ns。圖4示出了64比特序列，其中每個(gè)比特識(shí)別與所述比特對(duì)應(yīng)的目標(biāo)端口是否應(yīng)接收數(shù)據(jù)包。

再回到圖1，所述映射器-減徑器系統(tǒng)25本質(zhì)上支持交換、組播、廣播和聚播。

首先，讓我們關(guān)注一對(duì)一流量情景，其相當(dāng)于一個(gè)“開關(guān)”。我們來(lái)看圖1中自Tx1開始以Rx3為目標(biāo)所標(biāo)記的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)從Tx1(激光、1mW功率、λ1)開始，進(jìn)入單光纖。數(shù)據(jù)隨后以單光纖中的光速進(jìn)入映射器20，并由所述映射器20分成四個(gè)相同的副本。每個(gè)副本的功率為1/4mW。四個(gè)數(shù)據(jù)副本中每一個(gè)都到達(dá)四個(gè)中的每一個(gè)減徑器25。接著，耦合到所述接收器Rx3的減徑器25將數(shù)據(jù)提供給Rx3。其他減徑器終止其數(shù)據(jù)副本。

該過程結(jié)束時(shí)，所述數(shù)據(jù)從Tx1“切換”到Rx3。地理上分離的(米到公里)映射器-減徑器共同組成“開關(guān)”，但在映射器-減徑器系統(tǒng)18中無(wú)單個(gè)物理開關(guān)。關(guān)鍵點(diǎn)是本發(fā)明中數(shù)據(jù)從始至終不進(jìn)行處理、路由或切換。這不同于使用可調(diào)激光器、可調(diào)濾波器和其他切換結(jié)構(gòu)和在到達(dá)接收器之前切換數(shù)據(jù)的切換方案。

與共享總線介質(zhì)不同，每個(gè)發(fā)射器中使用的波長(zhǎng)不同。這使得不同波長(zhǎng)以線速率攜帶獨(dú)立數(shù)據(jù)流。所述映射器20中，我們分配光功率以制作數(shù)據(jù)副本。所述減徑器25中，來(lái)自不同發(fā)射器(波長(zhǎng))的數(shù)據(jù)經(jīng)多路解編并反饋到光電檢測(cè)器陣列，隨后進(jìn)行電子處理。

所述映射器-減徑器系統(tǒng)中，攜帶多個(gè)相同的數(shù)據(jù)副本。為目標(biāo)提供了減徑器(減徑器-混洗器)所需的所有數(shù)據(jù)，進(jìn)而決定哪個(gè)接收器接收哪個(gè)數(shù)據(jù)。這種方法的權(quán)宜之計(jì)是我們必須分配光功率、部署光多路分配器(DMUX)和光電檢測(cè)器。而光功率(1mw)、DMUX和光檢測(cè)器陣列既可用又節(jié)約成本。

若流量模式僅為一對(duì)一(切換)，所述物理映射器-混洗器減徑器方案則為多余。然而，考慮到對(duì)數(shù)據(jù)中心尤其是并行應(yīng)用越來(lái)越重要的并行流量時(shí)，其固有功率更顯而易見。

廣播(一對(duì)多)：上面的示例中，很容易使全部四個(gè)Rx1、Rx2、Rx3、Rx4同時(shí)接收來(lái)自Tx1的數(shù)據(jù)。

組播(多對(duì)多)：例如假設(shè)Tx1需要發(fā)送數(shù)據(jù)到Rx1、Rx2和Rx3，而同時(shí)Tx2需要發(fā)送不同數(shù)據(jù)到Rx2、Rx3和Rx4。Tx2將以上述相同方式在不同波長(zhǎng)λ2上發(fā)送數(shù)據(jù)。使用本發(fā)明所公開的映射器-減徑器結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上可實(shí)現(xiàn)。而所有其他現(xiàn)有的基于交換機(jī)的結(jié)構(gòu)都在努力實(shí)現(xiàn)支持組播。

聚播(多對(duì)一)：假設(shè)Tx1、Tx2、Tx3、Tx4需要向Rx1同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)；可由本發(fā)明的映射器-混洗器-減徑器支持。這種流量模式不可能用于現(xiàn)有其他基于交換的結(jié)構(gòu)。圖5示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中可修改減徑器電路來(lái)支持聚播流量。圖5示例中，減速器25處于聚播流量模式時(shí)，不使用混洗邏輯48和電多路復(fù)用器50。而緩沖器46輸出的電數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器模塊60中。所述存儲(chǔ)器模塊可配置為使用直接存儲(chǔ)器存取方法以循環(huán)方式將來(lái)自每個(gè)信道(本示例中為四個(gè)信道)的數(shù)據(jù)寫入共享存儲(chǔ)器。例如，64信道的10Gb/s數(shù)據(jù)信號(hào)可能需要存儲(chǔ)器模塊容量為640G比特/秒。

利用簡(jiǎn)單笛卡爾直接乘積擴(kuò)展映射器-混洗器-減徑器結(jié)構(gòu)的維度和規(guī)模用于更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，數(shù)據(jù)可通過電子-光學(xué)轉(zhuǎn)換從一個(gè)維度“跳”到另一個(gè)維度。關(guān)鍵是不同維度彼此經(jīng)過光學(xué)隔離；因此，波長(zhǎng)可在不同維度中重復(fù)使用，因此明顯具有擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的能力。例如，針對(duì)基于現(xiàn)有DWDM技術(shù)的80端口映射器-混洗器-減徑器設(shè)計(jì)，三維布局規(guī)模是512K節(jié)點(diǎn)，而二維布局具有80×80＝6400個(gè)節(jié)點(diǎn)。針對(duì)本發(fā)明的低成本18端口映射器-混洗器-減徑器設(shè)計(jì)，基于低成本粗波分復(fù)用(CWDM)技術(shù)，三維布局規(guī)模為18×18×18＝5832個(gè)節(jié)點(diǎn)。原則上，光纖波長(zhǎng)窗口可支持多達(dá)400個(gè)不同波長(zhǎng)的信道，因此三維布局規(guī)模理論上可擴(kuò)展到400x400x400＝6400萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)且僅有三跳。圖6示出了更簡(jiǎn)單示例中的節(jié)點(diǎn)100。每個(gè)節(jié)點(diǎn)將第一方向的映射器102與另一方向的映射器104互連。本發(fā)明中，第一和第二方向?qū)?yīng)笛卡爾平面中的正交方向，其中節(jié)點(diǎn)100如圖所示。所述第一方向平行于所述映射器102；所述第二方向平行于所述映射器104。也可能有第三方向，但未示出。所述第三方向?qū)⒋怪庇趫D6所示頁(yè)面的平面并延伸。

如圖所示，路由500中從節(jié)點(diǎn)100a到節(jié)點(diǎn)100b僅需一跳。如圖所示，路由502中從節(jié)點(diǎn)100a到節(jié)點(diǎn)100c僅需兩跳。第一跳從節(jié)點(diǎn)100a到節(jié)點(diǎn)100d，而第二跳從節(jié)點(diǎn)100d到節(jié)點(diǎn)100c。圖6示例中，從任一節(jié)點(diǎn)到其他任一節(jié)點(diǎn)所需的最大跳數(shù)為兩跳。若添加了第三方向，則從任一節(jié)點(diǎn)到其他任一節(jié)點(diǎn)所需的最大跳數(shù)為三跳。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)可包括的元件有存儲(chǔ)元件、存儲(chǔ)控制元件、處理器、發(fā)射器、網(wǎng)絡(luò)控制元件等。

為釋放本發(fā)明映射器-減徑器系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的功率，本發(fā)明公開了一種信令系統(tǒng)以提供無(wú)數(shù)據(jù)包丟失物理層網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的信令系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的廣播狀態(tài)來(lái)確定何時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包。節(jié)點(diǎn)繁忙且不能處理數(shù)據(jù)包時(shí)，數(shù)據(jù)包不發(fā)送。僅當(dāng)節(jié)點(diǎn)可接收數(shù)據(jù)包時(shí)(丟失數(shù)據(jù)包的風(fēng)險(xiǎn)非常小)，才發(fā)送數(shù)據(jù)包；這就是具有本信令系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基本上可成為無(wú)數(shù)據(jù)包丟失網(wǎng)絡(luò)的方式。

圖7示出了如何為同一映射器上的節(jié)點(diǎn)推送數(shù)據(jù)(流量)的示例。

圖8示出了心跳消息從發(fā)射器發(fā)送到四個(gè)減徑器，以便減徑器識(shí)別發(fā)射器是否并且何時(shí)發(fā)生故障或不再可用的示例。

圖9示出了在流量激增時(shí)消息傳送的示例。發(fā)送器1發(fā)送數(shù)據(jù)包并在固定時(shí)間段等待以確保數(shù)據(jù)包已到達(dá)其目標(biāo)。由于名義上無(wú)數(shù)據(jù)包丟失，因此無(wú)需等待已接收數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)(ACK)消息。但也可執(zhí)行這種ACK消息。

利用強(qiáng)(即無(wú)數(shù)據(jù)包丟失)物理層，我們提出了一種松耦合應(yīng)用路由方法。與黑盒網(wǎng)際協(xié)議(IP)路由不同，此應(yīng)用路由對(duì)應(yīng)用程序開放了路由策略。此外，其不同于緊耦合電信路由(例如，電路交換、異步傳輸模式(ATM)虛擬信道)。

利用物理層中的保證無(wú)數(shù)據(jù)包丟失特征，網(wǎng)絡(luò)能打開到應(yīng)用層的路由。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了松耦合應(yīng)用加權(quán)路由進(jìn)程。構(gòu)建路由應(yīng)用程序接口(API)并向應(yīng)用程序開放。應(yīng)用程序可根據(jù)其對(duì)應(yīng)用程序流量模式的理解來(lái)定義他們偏向的路由權(quán)重。此外，應(yīng)用層可通過將精確路由權(quán)重設(shè)為零以否決特定路由。但路由層不允許應(yīng)用層否決所有路由。

路由層可對(duì)所有應(yīng)用的權(quán)重表求和，再將其乘以由路由層生成和管理的路由優(yōu)先級(jí)表。接著將應(yīng)用-加權(quán)-路由-表用于路由決策。

圖10示出了應(yīng)用加權(quán)列表600，指出了與路由1-6中所有路由相關(guān)的權(quán)重。路由6是權(quán)重為9的優(yōu)選路由；路由5是權(quán)重為1最排斥的路由。無(wú)任一路由被應(yīng)用程序否決。也就是說(shuō)，無(wú)路由權(quán)重為零(0)。圖10還示出了預(yù)定路由表加權(quán)列表602，表明路由6是權(quán)重為4的優(yōu)選路由，路由2、4和5是權(quán)重為1最排斥的路由。此外，圖10示出了表604，其條目對(duì)應(yīng)于應(yīng)用加權(quán)列表600和路由表加權(quán)列表602的權(quán)重乘積。如表604所示，條目總和為67。

例如，為確定將哪個(gè)路由分配給特定數(shù)據(jù)包，隨機(jī)數(shù)生成器生成包括0和67之間的隨機(jī)數(shù)。再將隨機(jī)生成數(shù)與表604中每個(gè)條目的運(yùn)行總和進(jìn)行比較。路由1的運(yùn)行總和為“8”，路由2的運(yùn)行總和為“8+5＝13”，路由3的運(yùn)行總和為“8+5+9＝22”，對(duì)于路由4：“8+5+9+8＝30”，對(duì)于路由5：“8+5+9+8+1＝31”，且對(duì)于路由6：“8+5+9+8+1+36＝67”。表606示出了每個(gè)路由的運(yùn)行總數(shù)。

隨機(jī)數(shù)在0和8之間時(shí)，選擇的路由是路由1。隨機(jī)數(shù)在9和13之間時(shí)，選擇的路由是路由2。隨機(jī)數(shù)在13和22之間時(shí)，選擇的路由是路由3。隨機(jī)數(shù)在22和30之間時(shí)，選擇的路由是路由4。隨機(jī)數(shù)在30和31之間時(shí)，選擇的路由是路由5。隨機(jī)數(shù)在31和67之間時(shí)，選擇的路由是路由5。

經(jīng)過一段時(shí)間，選擇最多的是路由5，因?yàn)槠錇楸?00和602中權(quán)重最高的路由。

流量管理過程中，路由層保持調(diào)整路由流量分布的優(yōu)先權(quán)，來(lái)向應(yīng)用層提供最佳的網(wǎng)絡(luò)性能。將這些決策報(bào)告給應(yīng)用程序?qū)右赃M(jìn)行應(yīng)用程序權(quán)重優(yōu)化。

本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚的了解到，對(duì)于大型映射器如64x64、128x128、256x256等，理論值為IL＝(3*N)+(4.8*M)dB時(shí)，映射器上的光學(xué)損耗明顯增加，其中N為1x2或2x2映射器元件的數(shù)量(即固有損耗3dB)，以及M為1x3/2x3/3x3映射器元件的數(shù)量(即固有損耗4.8dB)。因此，如圖2A所示，9x9映射器{N＝0,M＝2}時(shí)，IL＝9.6dB，而如圖2B所示，18x18映射器{N＝1,M＝2}，IL＝12.6dB?，F(xiàn)圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的映射器1110，其分別耦合到多個(gè)光解復(fù)用器(DMUX)1150A至1150N。每個(gè)光DMUX1150A至1150N分別經(jīng)由摻鉺光纖放大器(EDFA)1130A至1130N陣列耦合到多個(gè)光多路復(fù)用器(MUX)1140A至1140N。

為降低功率損耗，發(fā)明者利用了Liu等題為《用于高效光纖放大器的方法和裝置》、發(fā)行號(hào)為US2014/0,139,908的專利中所公開的發(fā)明。這樣，多個(gè)EDFA1130A至1130N耦合(菊花鏈)在一起并耦合到泵源模塊1120，進(jìn)而來(lái)自泵源1120未使用的光泵信號(hào)功率再通過第一EDFA 1130A耦合到第二EDFA 1130B等；本發(fā)明實(shí)施例可通過這種方式提供大型映射器。所述EDFA陣列可置于光映射器的前方或后方。針對(duì)超大型光映射器，附加的光增益級(jí)可設(shè)于光映射器內(nèi)。本發(fā)明的其他實(shí)施例中，光映射器可根據(jù)光映射器的維度、損耗分布、總損耗預(yù)算、噪聲系數(shù)指數(shù)可接受的信號(hào)等，采用陣列式半導(dǎo)體光放大器、陣列式二氧化硅波導(dǎo)光放大器、陣列式離子交換波導(dǎo)光放大器等。

本發(fā)明的變型實(shí)施例中，光解復(fù)用器(DMUX)1150A至1150N的全部或子集可分別由分光器代替。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，光多路復(fù)用器(MUX)1140A至1140N和光學(xué)解復(fù)用器(DMUX)1150A至1150N的全部或子集可分別由其它光學(xué)元件來(lái)實(shí)施，包括但不限于無(wú)源組合器和分離器、頻帶波長(zhǎng)MUX和DMUX以及在單個(gè)頻帶(例如C頻帶或L頻帶)、多個(gè)頻帶(例如C+S頻帶、C+L頻帶)或多個(gè)窗口(例如1310nm至1550nm)內(nèi)操作的交織器/解交織器。另外很明顯，由于附加了光組合器和/或分光器等，光多路復(fù)用器(MUX)1140A至1140N和光解復(fù)用器(DMUX)1150A至1150N可分別不直接映射到彼此，例如，2×N分光器可用來(lái)代替光DMUX并耦合到兩個(gè)M×1光組合器。

為說(shuō)明本發(fā)明，如上說(shuō)明內(nèi)容給出了大量細(xì)節(jié)，以便透徹地理解實(shí)施例。但本領(lǐng)域技術(shù)人員可清楚理解，因此這些具體細(xì)節(jié)不是必需的。其他示例中，以框圖形式示出了眾所周知的電氣結(jié)構(gòu)和電路，從而不會(huì)使理解模糊。例如，至于所述實(shí)施例是作為軟件程序、硬件電路、固件還是其組合，沒有給出具體細(xì)節(jié)。

本發(fā)明的實(shí)施例可作為存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)(也稱為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、處理器可讀介質(zhì)或其中包含計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的計(jì)算機(jī)可用介質(zhì))中的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。所述機(jī)器可讀介質(zhì)可為任何合適的有形非暫態(tài)介質(zhì)，包括磁、光或電存儲(chǔ)介質(zhì)(包括磁盤、光盤只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、存儲(chǔ)器設(shè)備(易失性或非易失性)或類似的存儲(chǔ)機(jī)制)。所述機(jī)器可讀介質(zhì)可包含各種指令集、代碼序列、配置信息或其他數(shù)據(jù)，執(zhí)行時(shí)使處理器根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法步驟執(zhí)行。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)了解到，所述執(zhí)行過程必需的其他指令和操作也可存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)上。存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)上的指令可由處理器或其他合適的處理設(shè)備執(zhí)行，并可與電路接口以執(zhí)行所述任務(wù)。

上述所公開的本發(fā)明示例性實(shí)施例用于例證和說(shuō)明，而非旨在全部囊括或?qū)⒈景l(fā)明限制于所公開的精確形式。鑒于上述公開說(shuō)明，本文所述實(shí)施例的多種變型和修改對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是顯而易見的。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求書及其等效內(nèi)容來(lái)定義。

此外，在說(shuō)明本發(fā)明代表性實(shí)施例的過程中，本說(shuō)明書可能已經(jīng)給出本發(fā)明的方法和/或工藝作為特定的步驟。盡管如此，在某種程度上所述方法或工藝不依賴于本文所給出的特定步驟，所述方法或工藝不應(yīng)限于所述的特定步驟順序。根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的理解，可采用其他步驟。因此，本說(shuō)明書中給出的特定的步驟不應(yīng)形成對(duì)權(quán)利要求書的限制。此外，涉及本發(fā)明方法和/或工藝的權(quán)利要求書不應(yīng)限于本文所述的實(shí)施步驟，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，所述順序可以改變，但仍然包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。