發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電交換機，具體地說涉及包括多個交換機模塊和光學(xué)全網(wǎng)狀互連器的光電交換機，每個交換機模塊包括多個陣列波導(dǎo)光柵(awg)和至少一個檢測器再調(diào)制器drm陣列。

發(fā)明背景

已知交換系統(tǒng)可由awg和可調(diào)波長變換器(twc)的組合構(gòu)成，并且近年來已經(jīng)認識到光交換中的循環(huán)awg的潛能。ye等人(ieee/acm網(wǎng)絡(luò)學(xué)報(ieee/acmtransactionsonnetworking)，2014年2月，第pp卷，第99期，第1頁)描述awg在clos型光交換機和其他架構(gòu)中的使用，并且ngo等人(2004年，ieee通信學(xué)會的第二十三屆會議會議錄(proceedings23rdconferenceofieeecommunicationssoc))已說明可重排非阻塞和嚴格非阻塞的awg交換機架構(gòu)。lucerna等人(在2011年的ieee第12屆高性能交換和路由國際會議(ieee12thinternationalconfonhighperformanceswitchingandrouting)中的awg-basedarchitectureforopticalinterconnectioninasynchronoussystems文章中)已討論高端口數(shù)awg中的串擾問題并且提出通過調(diào)度分組來克服此問題的方法。在所有這類系統(tǒng)中，一定存在光波長轉(zhuǎn)換的有效方法，并且所述波長必須是可調(diào)諧的。pallavi和lakshmi(2013年4月的信息技術(shù)和計算機科學(xué)(i.j.informationtechnologyandcomputerscience)，30-39)已討論由awg構(gòu)成的光分組交換機，其中對整個分組交換機具有中央控制。us8,792,787描述涉及twc和awg的光分組交換機，所述twc和awg組合在層中并且在2個或更多個階段中。

發(fā)明概述

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供光電交換機，其包括：n個交換機模塊，其中n是整數(shù)；以及光學(xué)全網(wǎng)狀互連器；每個交換機模塊包括：m個面向客戶端的輸入端口、以及m個面向輸出的端口，m是等于或不等于n的整數(shù)；前網(wǎng)狀陣列波導(dǎo)光柵(awg)，所述前網(wǎng)狀awg具有m個輸入端和n個輸出端，所述n個輸出端中的每一個連接到所述光學(xué)全網(wǎng)狀互連器上的相應(yīng)輸入端；后網(wǎng)狀awg，所述后網(wǎng)狀awg具有n個輸入端和m個輸出端，所述n個輸入端中的每一個連接到所述光學(xué)全網(wǎng)狀互連器的相應(yīng)輸出端并且所述m個輸出端中的每一個用于將信號傳送到所述交換機模塊的所述m個輸出端中的一個或多個；以及位于所述前網(wǎng)狀awg之前的檢測器再調(diào)制器(drm)的第一陣列，所述第一陣列中的每個drm被配置來從所述交換機模塊的輸入端接收信號并且再生和/或改變所述接收到的信號的波長以產(chǎn)生drm輸出，所述drm輸出在所述前網(wǎng)狀awg的相應(yīng)端口處形成輸入。

以此方式，所述前網(wǎng)狀awg和所述后網(wǎng)狀awg都用于波分多路復(fù)用/解復(fù)用以及波長路由。

優(yōu)選地，所有awg都是循環(huán)awg。設(shè)想的是，本文所述的實施方案中的任一個的awg中的一個或多個可由替代波長相關(guān)的光學(xué)部件(諸如中階梯光柵)代替。

為了本發(fā)明的目的，drm應(yīng)被理解為一種類型的可調(diào)波長變換器(twc)的實例。設(shè)想的是，本文所述的實施方案中的任一個的drm中的一個或多個可由替代twc來代替。

更詳細地，檢測器再調(diào)制器是用于將第一光信號轉(zhuǎn)換成第二光信號的裝置。為了本發(fā)明的目的，第一光信號將具有第一波長并且第二光信號可具有不同于第一波長的第二波長，以使得drm中的每一個用作波長轉(zhuǎn)換器。

drm包括光電探測階段(例如，光電二極管)，其中(調(diào)制的)第一光信號被檢測并轉(zhuǎn)換成電信號。光電探測階段在調(diào)制階段(即，調(diào)制器)之后進行，所述調(diào)制階段被配置來從光電探測階段接收電信號并且還接收具有可調(diào)諧波長的未調(diào)制的光輸入。未調(diào)制的光輸入由在光電探測階段產(chǎn)生的調(diào)制電信號進行調(diào)制。因此，在調(diào)制階段產(chǎn)生的調(diào)制光信號將具有與未調(diào)制光信號的波長對應(yīng)的波長。同時，在電域中，信號在被施加至第二波長/信道之前可例如通過以下方法中的一種或多種而有利地處理：放大、再成形、重定時、以及濾波。因此，每個drm可包括用于執(zhí)行這些功能中的一種或多種的cmos芯片，所述cmos芯片將drm的光電探測器連接到drm的調(diào)制器。

在我們的gb1403191.8中，其全部公開內(nèi)容以引用方式并入本文，我們描述可形成本發(fā)明的檢測器再調(diào)制器(drm)中的一個或多個的drm的許多實例。

檢測器再調(diào)制器的一個實例可包括絕緣體上硅(soi)波導(dǎo)平臺，其包括：耦合到第一輸入波導(dǎo)(用于接收第一光信號)的檢測器；耦合到第二輸入波導(dǎo)(用于接收可調(diào)諧波長輸入)和輸出波導(dǎo)的調(diào)制器；以及將檢測器連接到調(diào)制器的電路；其中檢測器、調(diào)制器、第二輸入波導(dǎo)以及輸出波導(dǎo)可被布置在彼此相同的水平面內(nèi)；并且其中調(diào)制器包括其中半導(dǎo)體結(jié)被水平地跨波導(dǎo)設(shè)置的調(diào)制波導(dǎo)區(qū)域。調(diào)制區(qū)域可以是相位調(diào)制區(qū)域或振幅調(diào)制區(qū)域。然而，應(yīng)當理解，可使用被配置來充當波長轉(zhuǎn)換器的任何合適的drm?？烧{(diào)諧激光器通常在給定的波長范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)諧的。然而，在可調(diào)諧激光器的定義中還包括一種可調(diào)諧激光器，其在整個波段上可能不是可調(diào)諧的，但是其中可在所述波段上選擇預(yù)設(shè)波長。

在使用傳統(tǒng)的twc構(gòu)建基于awg的交換機時，交換機級數(shù)和交換機的最大尺寸受到awg的插入損耗量的限制。使用drm而不是傳統(tǒng)的twc通過在需要允許較大的交換機時再生信號來消除插入損耗的問題。drm可使用不同的技術(shù)(諸如光-電-光(oeo)轉(zhuǎn)換)來執(zhí)行再生。drm可用于實現(xiàn)電路交換。帶有oeo功能的drm還可包含電子緩沖區(qū)，并且可用于緩沖數(shù)據(jù)以實現(xiàn)突發(fā)交換機、分組交換機或信元交換機。

如本文所述的檢測器再調(diào)制器(drm)的開發(fā)使得能夠以靈活和可擴展的方式進行分組交換。drm可被制成具有變化的功能，并且因此使得迄今為止不可行的多種光交換機架構(gòu)成為可能。

從而在本發(fā)明中，我們通過使用drm和awg的新型組合來公開如何構(gòu)建增量可部署的可擴展交換系統(tǒng)。

可直接或間接地將來自交換機模塊的每個輸入端的信號提供到drm的第一陣列。當被間接施加時，來自交換機模塊的輸入端的信號可通過將在下文中更詳細地解釋的其他部件而到達drm之一或drm的第一陣列的輸入端。

本發(fā)明的緊密光子/電子集成降低功率消耗。光域中的交換忽視電子器件的速度和大小瓶頸。此外，創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提高可擴展性并且減少所需硬件。

全網(wǎng)狀互連器(也稱為全連接網(wǎng)絡(luò))是網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，其中所有可能的節(jié)點對之間存在直接鏈路。例如，在具有n個節(jié)點的全網(wǎng)狀互連器中，存在n(n-1)/2個直接鏈路。因為節(jié)點之間存在大量的冗余鏈路，所以這類互連器有利地提供高度可靠性。光電交換機可具有以下可選特征中的任何一個，或者以下可選特征的任何組合(在這個意義上，它們是兼容的)。

光電交換機還可包括位于前網(wǎng)狀awg之后的檢測器再調(diào)制器(drm)的第二陣列，所述第二陣列中的每個drm被配置來再生和/或轉(zhuǎn)換來自后網(wǎng)狀awg的相應(yīng)輸出端口的信號的波長，以用于與交換機模塊的輸出端口進行通信。

與交換機模塊的輸出端口的這種通信可以是直接連接或者可以是涉及額外部件的間接通信，所述額外部件可作用于信號，例如以改變其波長并最終改變最終的輸出端口。

光電交換機還可包括位于drm的第二陣列之后的重排awg，所述重排awg具有m個輸入端口和m個輸出端口，所述m個輸入端中的每一個連接到drm的第二陣列中的相應(yīng)drm的輸出端；并且所述重排awg中的每個輸出端口連接到交換機模塊的輸出端。

在后網(wǎng)狀awg之后存在重排awg意味著從后網(wǎng)狀awg到交換機模塊的輸出端口的信號的通信包括額外的重排步驟。以這種方式，可提高交換機的總帶寬。

光電交換機還可包括在重排awg之后的drm的末級陣列以使得在重排awg的輸出端口中的每一個與交換機模塊的輸出端口之間的連接通過所述末級陣列中的drm中的一個來實現(xiàn)。

以這種方式，drm的末級陣列提供用于選擇交換機模塊的實際輸出端口的機制，而不管信號通過重排awg所采用的路徑如何。

光電交換機還可包括位于drm的第一陣列之前的重排awg，所述重排awg具有m個輸入端口和m個輸出端口，所述m個輸入端中的每一個連接到drm的第二陣列中的相應(yīng)drm的輸出端；并且所述重排awg中的每個輸出端口連接到交換機模塊的輸出端。

在后網(wǎng)狀awg之后存在重排awg意味著從交換機模塊的輸入端口到前網(wǎng)狀awg的相應(yīng)輸入端口的信號的通信包括額外的重排步驟。以這種方式，可提高交換機的總帶寬。

光電交換機還可包括位于前網(wǎng)狀awg之前的重排檢測器再調(diào)制器(drm)的陣列，第一陣列中的每個drm被配置來從交換機模塊的輸入端接收信號并且再生和/或改變接收到的信號的波長以產(chǎn)生drm輸出，所述drm輸出在重排awg的相應(yīng)端口處形成輸入。

每個drm陣列可采取一個或多個光學(xué)芯片和一個或多個電子部件(例如，cmos芯片)的形式。優(yōu)選地，drm陣列由多個光電探測器、多個可調(diào)諧激光器輸入端、多個光調(diào)制器以及單個cmos芯片組成。更優(yōu)選地，drm陣列在緊密連接到單個cmos芯片的單個光學(xué)芯片上制造。甚至更優(yōu)選地，光學(xué)芯片是硅芯片。

任選地，n≠m。

任選地，n>m。

任選地，n<m。

任選地，n＝m。

任選地，光學(xué)全網(wǎng)狀互連器是光背板。

任選地，光電交換機可被配置來充當電路交換機。電路交換連接在數(shù)據(jù)傳輸過程中需要專門的點對點連接。因為需要較少的功能，所以這簡化drm的設(shè)計。

任選地，光電交換機可被配置來充當分組交換機。分組交換機實施方案將與電路交換機實施方案不同之處在于交換機模塊的drm包含附加電路。具體地，需要分組處理器來基于每個分組的內(nèi)容確定每個分組應(yīng)被發(fā)送到哪個輸出端口。還將存在調(diào)度器來通過針對每個drm控制可調(diào)諧激光器輸入端來控制每個分組通過交換機的總時限。

任選地，光電交換機可被配置來充當信元交換機。以這種方式，drm以類似于分組交換機的配置的方式來進行配置，但是使用定長信元。因此，調(diào)度分組的傳輸需要將數(shù)據(jù)分割成定長信元(分段)的額外步驟。

任選地，光電交換機可被配置來充當突發(fā)交換機。以這種方式，drm被配置來將多個分組從相同源連續(xù)地發(fā)送到相同的目的地。

任選地，光學(xué)全網(wǎng)狀互連器可具有在光電交換機模塊中形成折疊部的“折疊構(gòu)型”，其中對于每個光電交換機模塊：前網(wǎng)狀awg位于折疊部之前；并且后網(wǎng)狀awg位于折疊部之后。

光學(xué)全網(wǎng)狀的“折疊構(gòu)型”可理解為意味著網(wǎng)的輸入端位于網(wǎng)的與網(wǎng)的輸出端相同的側(cè)上。

用于連接到這種網(wǎng)的交換機模塊也將具有“折疊構(gòu)型”，所述“折疊構(gòu)型”導(dǎo)致交換機模塊的輸入端位于交換機模塊的與其輸出端相同的側(cè)上。

為了本發(fā)明的目的，“折疊構(gòu)型”意味著在交換機模塊上，交換機模塊的單個部件可被構(gòu)建成并入前網(wǎng)狀部件和后網(wǎng)狀部件。以這種方式，單個部件將被配置來不僅處理前網(wǎng)狀信號(即，發(fā)送到網(wǎng)的那些信號)，而且處理后網(wǎng)狀信號(即，從網(wǎng)接收的那些信號)。

任選地，每個光電交換機模塊的輸入端口和輸出端口都布置在單個外部面板上。

優(yōu)選地，光電交換機由硅光子構(gòu)成。硅光子平臺與架構(gòu)的結(jié)構(gòu)的組合使得能夠容易地擴展到更高的基數(shù)。此外，硅光子平臺是以低成本高度可制造的。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供用于與光學(xué)全網(wǎng)狀互連器一起使用的光電交換機模塊，所述光電交換機模塊包括：m個面向客戶端的輸入端口、以及m個面向輸出的端口，其中m是整數(shù)；前網(wǎng)狀awg，所述前網(wǎng)狀awg具有m個輸入端和n個輸出端，其中n是等于或不等于m的整數(shù)，所述n個輸出端中的每一個連接到光學(xué)全網(wǎng)狀互連器上的相應(yīng)輸入端；后網(wǎng)狀awg，所述后網(wǎng)狀awg具有n個輸入端和m個輸出端，所述n個輸入端中的每一個連接到所述光學(xué)全網(wǎng)狀互連器的相應(yīng)輸出端并且所述m個輸出端中的每一個用于將信號傳送到所述交換機模塊的所述m個輸出端中的一個或多個；以及位于所述前網(wǎng)狀awg之前的檢測器再調(diào)制器(drm)的第一陣列，所述第一陣列中的每個drm被配置來從所述交換機模塊的輸入端接收信號并且再生和/或改變所述接收到的信號的波長以產(chǎn)生drm輸出，所述drm輸出在所述前網(wǎng)狀awg的相應(yīng)端口處形成輸入。

應(yīng)當理解，關(guān)于第一方面的光電交換機的上述可選特征中的每一個同樣適用于第二方面的光電交換機模塊。

以下闡述本發(fā)明的另外的可選特征。

附圖簡述

現(xiàn)將借助實例、參照附圖來描述本發(fā)明的實施方案，在附圖中：

圖1示出包括多至n個交換機模塊的陣列和常見的光學(xué)全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(光學(xué)全網(wǎng)狀互連器)的光電交換機；

圖2示出圖1的光電交換機模塊中的一個的示意圖，所述光電交換機模塊具有折疊構(gòu)型；并且

圖3示出替代的光電交換機模塊的示意圖，所述光電交換機模塊具有平坦構(gòu)型。

本發(fā)明的詳細描述和另外的可選特征

圖1示出被組織為多至n個交換機模塊的陣列和常見的光學(xué)全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(光學(xué)全網(wǎng)狀互連器(c5))的光電交換機。

每個交換機模塊具有可采取m個面向客戶端的雙向端口的形式的m個面向客戶端的輸入端口和m個面向客戶端的輸出端口，其中每個端口具有兩根光纖。此外，每個交換機模塊具有n個面向結(jié)構(gòu)的雙向端口，其中每個端口具有兩根光纖。光學(xué)全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包含n乘n個光纖并且用兩根光纖將每個模塊連接到每個其他模塊，一根光纖用于每個通信方向。交換機模塊能夠與光學(xué)全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)集成，或者與連接器分離，以允許增量部署并且易于維護。

交換機能夠在少于n個交換機模塊處于適當位置的情況下運行。因此可根據(jù)要求來擴展交換機。

圖2和圖3示出來自圖1的光電交換機模塊的構(gòu)造。圖3的構(gòu)型與圖2的構(gòu)型的不同之處僅在于圖2具有折疊構(gòu)型，并且圖3具有平坦構(gòu)型。m個面向客戶端的輸入端口連接到m根光纖，所述m根光纖連接到c1(m個drm的陣列)的輸入端。drm再生信號并且轉(zhuǎn)換波長，以使得陣列中的每個drm的每個輸出端承載在m個波長中的一個上(不一定是唯一的)。c1的m個輸出端使用m根光纖連接到c2(mxm個awg)的m個輸入端。c1處的波長的選擇確定c2的輸出端口。c1和c2的目的都是將由交換機模塊接收到的信號重排到c2的所述組輸出光纖上，以便為drm和awg的后期做準備。

c2的輸出端使用m根光纖連接到c3(drm的陣列)的輸入端。類似于c1，drm再生信號并且轉(zhuǎn)換波長，以使得陣列中的每個drm的每個輸出端承載在n個波長中的一個上(不一定是唯一的)。c3的m個輸出端使用m根光纖連接到c4(mxn個awg)的m個輸入端。c3處的波長的選擇確定c4的輸出端口。c3和c4的目的都是將信號重排并將其多路復(fù)用到c4的指定輸出光纖，其中指定光纖確定目的地交換機模塊。

c4的輸出端使用n根光纖連接到c5(常見的光學(xué)全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu))的輸入端。每個交換機模塊連接到每一交換機模塊(包括其自身)，每一個連接使用單根光纖，c5中總共有nxn根光纖。然而c2僅用于波長路由，c4用于波長路由和波分多路復(fù)用(wdm)兩者。多至m個交換機輸入端能夠通過使用m個不同波長而連接到另一個交換機模塊，所有輸入端都承載在c5中的相同的單根光纖上。c5可與交換機模塊集成，或者與連接器分離，以允許易于維護和增量部署。

c5的n個輸出端使用n根光纖連接到c6(nxm個awg)的n個輸入端。c6的m個輸出端使用m根光纖連接到c7(m個drm的陣列)的m個輸入端。類似于c1，drm再生信號并且轉(zhuǎn)換波長，以使得陣列中的每個drm的每個輸出端承載在m個波長中的一個上(不一定是唯一的)。c7的m個輸出端使用m根光纖連接到c8(mxm個awg)的m個輸入端。c7處的波長的選擇確定c8的輸出端口。c6的目的是將從c5接收到的信號解復(fù)用并路由。c7和c8的目的都是將來自c6的m根輸出光纖的信號重排到c8的任意輸出光纖。

c8的m個輸出端使用m根光纖直接連接到m個面向客戶端的輸出端口。任選地，如圖2中所示，c8的m個輸出端使用m根光纖連接到c9(m個drm的陣列)。c9的m個輸出端使用m根光纖連接到m個面向客戶端的輸出端口。c9的目的是將用于內(nèi)部路由的波長和協(xié)議轉(zhuǎn)換成與連接到交換機模塊輸出端口的第三方設(shè)備兼容的波長和協(xié)議。

m和n的選擇在這種架構(gòu)中是不受約束的，盡管可受到其他因素(諸如awg和drm的結(jié)構(gòu))的約束。具體地，我們需注意本文所述的實施方案都是描繪在給定的交換機模塊與每個其他模塊之間的單個連接(即，如圖2中所示，前網(wǎng)狀awg(c4)的可能輸出端的數(shù)量直接對應(yīng)于交換機模塊的總數(shù))。設(shè)想的是，每個單個連接可由并行連接來替代。

交換機模塊中的每個drm具有用于控制的第三個端口(圖2中未示出)。此控制端口在連接到適當?shù)碾娮涌刂破鲿r允許光電交換機充當電路交換機、突發(fā)交換機、分組交換機或信元交換機。這四種類型的交換機的差別取決于數(shù)據(jù)被如何緩沖和傳輸，并且取決于用于在交換機中建立和斷開電路(路徑)的時標。電路沿著源交換機模塊上的c1至c4、c5、以及目的地交換機模塊上的c6至c8(或可選的c9)的路徑來建立。需注意，源交換機模塊和目的地交換機模塊可以是相同模塊。

電路交換機建立使用期長的電路。數(shù)據(jù)通過這種使用期長的電路傳播，而無需進一步處理。突發(fā)交換機在drm中緩沖分組，建立使用期短的電路，并且隨后在單個突發(fā)中傳輸去往指定交換機輸出端口的所有分組。分組交換機在drm中緩沖單個分組，建立使用期短的電路，并且隨后傳輸去往指定交換機輸出端口的單個分組。信元交換機在drm中緩沖單個分組，建立使用期短的電路，將所述分組劃分成較小的信元，并且隨后傳輸去往指定交換機輸出端口的單個信元。后續(xù)階段的drm隨后重新組裝屬于單個分組的信元。

c2、c4、c6以及c8中的awg可以是提供與單個較大的awg相同功能的較小awg的等效組件，只要最壞情況下的插入損耗小于drm的階段之間的光學(xué)鏈路裕度。

設(shè)想對應(yīng)于圖2或圖3的實施方案中的任何一個的另外的實施方案，但是其中drm的初始陣列c1和drm的末級陣列c9被移除。c1的目的是接受任何格式的輸入信號(在這種情況下是光輸入信號)，并將其轉(zhuǎn)換成帶有與通過交換機發(fā)明的傳輸兼容的格式的光信號?？赡艿氖?，外部發(fā)射器可直接傳輸兼容的光信號，并且隨后將不需要c1。c9的目的是接受帶有指定用于通過交換機的傳輸?shù)母袷降膬?nèi)部光信號，并將其轉(zhuǎn)換成與第三方接收器兼容的格式。可能的是，接收器可直接使用內(nèi)部光信號。

設(shè)想對應(yīng)于圖2或圖3的實施方案中的任何一個的另外的實施方案，其中drm的初始陣列c1包括用于交換機的附加功能。例如，c1的drm可被配置成包括執(zhí)行電子緩沖的緩沖模塊。這將使得交換機發(fā)明能夠充當分組交換機。

對于本文所述的實施方案中的任一實施方案，可設(shè)想的是，光電交換機可包括中央控制部件，所述中央控制部件被配置來通過調(diào)諧系統(tǒng)中存在的所有可調(diào)諧激光輸入端(即，為c1、c3、c7以及c9中的每一個提供未調(diào)制的可調(diào)諧輸入的可調(diào)諧激光器)的波長中的每一個來控制每一個光信號的交換。

雖然已結(jié)合上述示例性實施方案描述了本發(fā)明，但是當給出本公開時，許多等效的修改和變型對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見。因此，以上列出的本發(fā)明的示例性實施方案被認為是說明性的而不是限制性的。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對所描述實施方案進行各種改變。

以上提及的所有參考文獻通過引用并入本文。