用于光子交換的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 本發(fā)明要求2014年5月12日遞交的發(fā)明名稱為"用于光子交換的系統(tǒng)和方法 (System and Method for Photonic Switching)" 的第 14/275, 320 號美國非臨時申請案 以及2013年5月10日遞交的發(fā)明名稱為"用于在純光子包交換機中使用偏轉策略的競爭 解決的系統(tǒng)和方法（System and Method for Contention Resolution using Deflection Policies in Pure Photonic Packet Switch)"的第61/822, 180號美國臨時申請案的在先 申請優(yōu)先權，所述在先申請的內容以引入的方式并入本文本中。
技術領域
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于光通信的系統(tǒng)和方法，且具體來說，涉及一種用于光子交換 的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0003] 通過用戶數(shù)的增長且通過應用數(shù)的增加激起的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的增長產(chǎn)生對帶寬的 更高需求。此增長需要具有較高交換能力的較大包交換網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)中心含有巨大數(shù)量的服 務器機架、存儲設備機架以及其它機架，所有機架經(jīng)由巨大的集中式包交換資源互連。在數(shù) 據(jù)中心中，電力包交換機用于路由數(shù)據(jù)包。極高速率的電子包交換涉及巨大的冷卻和空間 成本。因此，光子包交換是所需的。
[0004] 服務器、存儲設備和輸入輸出功能的機架含有架頂（TOR)交換機，所述架頂交換 機將來自它們的相關聯(lián)服務器和/或其它外圍設備的包流合并成每TOR交換機更少數(shù)目的 高速流，這些高速流被路由到包交換核心。并且，TOR交換機接收來自所述資源的返回經(jīng)交 換流且將其分布到所述交換機的機架內的服務器。可以存在從每一 TOR交換機到包交換核 心的4 X 40Gb/s的流和相同數(shù)目的返回流。在數(shù)據(jù)中心中可以存在每機架一個TOR交換機， 其中具有數(shù)百到數(shù)萬個機架，以及因此數(shù)百到數(shù)萬個TOR交換機。

【發(fā)明內容】

[0005] 光子包交換的實施例方法包含：通過光子交換結構從第一架頂（TOR)交換機接收 對應于第一光子包和第一時間段的目的地端口請求，其中目的地端口請求包含第一輸出端 口；以及確定所述第一輸出端口在所述第一時間段期間是否可用。所述方法還包含通過光 子交換結構從第一 TOR交換機接收第一光子包；以及當?shù)谝惠敵龆丝谠诘谝粫r間段期間可 用時，將第一光子包路由到第一輸出端口。另外，所述方法包含當?shù)谝惠敵龆丝谠诘谝粫r間 段期間不可用時，將第一光子包路由到替代輸出端口。
[0006] 實施例光子交換結構包含第一光子交換機和耦合到所述第一光子交換機的交換 機控制器，其中所述第一光子交換機用于耦合到多個架頂（TOR)交換機，其中所述第一光 子交換機包含第一多個輸入端口和第二多個輸出端口，其中所述第二多個輸出端口多于所 述第一多個輸入端口，其中所述交換機控制器用于根據(jù)第一目的地端口請求確定第一輸出 端口在第一時間段期間是否可用，其中當所述第一輸出端口在所述第一時間段期間可用 時，所述第一光子交換機用于將第一輸入端口連接到所述第一輸出端口，并且其中當所述 第一輸出端口在所述第一時間段期間不可用時，所述第一光子交換機用于將所述第一輸入 端口連接到第二輸出端口。
[0007] 實施例光子交換結構包含光子包交換機和包含第一輸入光子交換機的多個輸入 光子交換機，其中所述多個輸入光子交換機耦合到所述光子包交換機，其中所述多個輸入 光子交換機用于耦合到包含第一 TOR交換機的多個架頂（TOR)交換機，其中當所述光子包 交換機的第一輸出端口在第一時間段期間可用時，所述第一輸入交換機用于將第一包從所 述第一 TOR交換機引導至所述光子包交換機，并且其中當所述光子交換結構的所述第一輸 出端口在所述第一時間段期間不可用時，所述第一輸入光子交換機用于將所述光子包返回 到所述第一 TOR交換機。
[0008] 前文已相當廣泛地概述了本發(fā)明的一個實施例的特征，以便可以更好地理解下文 本發(fā)明的詳細說明。下文中將描述本發(fā)明的實施例的另外的特征和優(yōu)點，這些另外的特征 以及優(yōu)點形成本發(fā)明的權利要求書的主題。所屬領域的技術人員應了解，所公開的概念和 具體實施例可以容易地用作修改或設計用于實現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其它結構或方法的 基礎。所屬領域的技術人員還應意識到，此類等效構造不脫離如在所附權利要求書中所闡 述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0009] 為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參考下文結合附圖進行的描述，其中：
[0010] 圖1圖示實施例數(shù)據(jù)中心；
[0011] 圖2圖示實施例星形架構；
[0012] 圖3圖示實施例環(huán)形架構；
[0013] 圖4圖不到光子包交換機的傳入競爭光子包；
[0014] 圖5圖示競爭包通過光子包交換機的解決；
[0015] 圖6圖示用于競爭解決的實施例光子交換結構；
[0016] 圖7圖不具有競爭解決的另一實施例光子交換結構；
[0017] 圖8圖示解決競爭光子包的實施例方法的流程圖；
[0018] 圖9圖示用于競爭解決的另外實施例光子交換結構；
[0019] 圖10圖示吞吐量與交換機大小的曲線圖；
[0020] 圖11圖示光子交換結構中的輸出負載均衡；
[0021] 圖12圖示光子交換結構中的輸入負載均衡；
[0022] 圖13圖示用于競爭解決的另一實施例光子交換結構；
[0023] 圖14圖示包的數(shù)目與根據(jù)接口負載的用于每一輸出端的交換機緩存器的曲線 圖；
[0024] 圖15圖示通過軟件定義網(wǎng)絡（SDN)控制的實施例光子網(wǎng)絡。
[0025] 圖16圖示用于競爭解決的實施例光子交換架構；
[0026] 圖17圖示用于競爭解決的另一實施例光子交換架構；
[0027] 圖18圖示用于競爭解決的另外實施例光子交換架構；
[0028] 圖19圖示用于解決競爭光子包的實施例方法的流程圖；
[0029] 圖20圖示用于混合光子包交換的實施例系統(tǒng)；
[0030] 圖21A至C圖示用于光子包交換系統(tǒng)的波形和眼圖；以及
[0031] 圖22圖示用于光子包交換的另一實施例系統(tǒng)。
[0032] 除非另有指示，否則不同圖中的對應標號和符號通常指代對應部分。繪制各圖是 為了清楚地說明實施例的相關方面，因此未必是按比例繪制的。
【具體實施方式】
[0033] 首先應理解，盡管下文提供一個或多個實施例的說明性實施方案，但所公開的系 統(tǒng)和/或方法可以使用任何數(shù)目的技術來實施，無論該技術是當前已知還是現(xiàn)有的。本發(fā) 明決不應限于下文所說明的說明性實施方案、附圖和技術，包含本文所說明并描述的示例 性設計和實施方案，而是可以在所附權利要求書的范圍以及其等效物的完整范圍內修改。
[0034] 實現(xiàn)光子包交換的一個挑戰(zhàn)是競爭解決。當兩個或兩個以上包同時嘗試交換機的 同一輸出端口時發(fā)生競爭。競爭解決的一個方法是偏轉路由。在偏轉路由中，競爭通過僅 將競爭包中的一者路由到所需輸出端口來解決，而其它競爭包被偏轉至節(jié)點或網(wǎng)絡內的另 一路徑。純光子包交換中的競爭解決可能涉及異步競爭解決。在實例中，競爭包返回到源。 在另一實例中，存在到給定目的地的更多輸出端口并且包被發(fā)送到可用輸出端口中的任一 者。在另一實例中，去往輸出端口的多個包具有允許首先檢查最高優(yōu)先級可用端口的優(yōu)先 權。
[0035] 圖1圖示數(shù)據(jù)中心100,即，三層數(shù)據(jù)中心。服務器組104各自含有N個服務器 102。服務器組中的服務器連接到架頂（TOR)交換機106,即，最小交換機。服務器102和 TOR交換機106組織在機架中。TOR群108,即集群交換機連接到TOR交換機106。存在每 TOR群M個TOR交換機以及P個TOR群。TOR群108通過η個并行接口連接到光子交換機 110, 即，ηΡΧηΡ光子交換機。在一個實例中，N = 48、M= 32、P = 32、且η = 1，所述實例 具有50, 000個服務器。業(yè)務從服務器102的源服務器路由通過TOR交換機106、T0R群108 以通過光子交換機110進行交換。接下來，業(yè)務路由通過光子交換機112以進行多跳交換。 數(shù)據(jù)中心100可以包含用于單跳交換的一個光子交換機、如圖1中所描繪的兩個光子交換 機或更多光子交換機。光子交換機110和112是空間交換機。在一個實例中，光子交換機 110和112是硅光子交換機。業(yè)務隨后前進通過TOR群108和TOR交換機106到達服務器 102的目的地服務器。
[0036] 可以用于光學無緩存包交換機的另一架構是圖2中說明的系統(tǒng)120。光子交換結 構122以星形配置連接TOR或TOR群126。TOR或TOR群126連接到子網(wǎng)絡124。TOR或TOR 群126可以將指定到另一 TOR或TOR群的一個或多個包包裝成光子幀且將所述幀發(fā)送到光 子交換機122。光子幀具有經(jīng)波長編碼的標簽以表示目的地TOR或TOR群。關于光子幀包 裝的更多細節(jié)在2014年5月15日遞交的發(fā)明名稱為"用于光子交換的系統(tǒng)和方法（System and Method for Photonic Switching)" 的美國專利申請案 HW81091186US02 中論述，所述 申請案的內容以引入的方式并入本文本中。經(jīng)包裝的光子幀是數(shù)據(jù)路徑的一部分，而標簽 是控制路徑的一部分。經(jīng)包裝的幀可以在數(shù)據(jù)波段上發(fā)送，而標簽在控制波段上發(fā)送。關 于使用用于業(yè)務和信令的單獨波段的更多細節(jié)在2014年4月7日遞交的發(fā)明名稱為"用于 光子交換的系統(tǒng)和方法（System and Method for Photonic Switching)"的第 14/246, 633 號美國專利申請案中論述，所述申請案的內容以引入的方式并入本文本中。
[0037] 在通過圖3中的系統(tǒng)