130說明的另一個實例中，使用環(huán)形架構。TOR交換機134通 過高容量光子環(huán)132在環(huán)中彼此連接。而且，TOR交換機134連接到子網絡136。在一個實 例中，高容量光子環(huán)132具有I. 28Tbps的帶寬。在另一實例中，使用具有任意速率的多個 環(huán)的堆。在實施例中，控制信號和數(shù)據使用單獨的波段。信令波段中的多個波長可以用于 TOR或TOR群尋址。信令波段攜載路由和管理信息兩者。由于環(huán)中的節(jié)點數(shù)目是有限的，因 此可以使用有限數(shù)目的波長來尋址TOR群。例如，在1550nm范圍中的12個波長中，一些波 長可以用于尋址環(huán)節(jié)點且一些波長用于管理和控制。信令波段還可以承載其它控制信號， 例如擁塞狀態(tài)、公平性、以及管理。
[0038] 在光子包交換中的異步競爭解決的一個方法中，當存在競爭時，一個競爭包被發(fā) 送到所需輸出端口且其它競爭包被發(fā)送回到源。在圖4中，包224、226、228和230傳入到 光子交換機222上。光子交換機222具有N個輸入端口和2N個輸出端口。包224去往輸 出端口 1，包228指定到輸出端口 2,且包226和包230都去往輸出端口 3。包226和230是 競爭的。
[0039] 包230在包226之前到達包交換機222。如圖5所示，包230被路由到輸出端3。 當包226到達光子交換機222時，輸出端口 3已被占據且包226返回到源。源可以再次嘗 試將包226傳輸?shù)捷敵龆丝?3。包可以重試多次。如果包傳輸最終由于存在對所需輸出端 口的激烈競爭而未成功，那么包可以被丟棄。因此，在電子域中在源處發(fā)生緩存，而不是在 光域中在光子交換機處發(fā)生緩存。
[0040] 圖6圖示光子包交換機242。包交換機包含用以從源TOR或TOR群接收包的N個 輸入端口、用以將競爭包返回到源TOR交換機的N個返回輸出端口，以及用以將包傳輸?shù)侥?的地TOR交換機的N個輸出端口。用以將光子包返回到源TOR或TOR群的另外的鏈路被稱 作競爭鏈路。因此，光子包交換機242具有N個輸入端口和2N個輸出端口。
[0041] 圖7圖示光子交換系統(tǒng)160。輸入TOR交換機162耦合到光子交換結構166。具 體而言，輸入TOR交換機162將光學包傳輸?shù)捷斎虢粨Q機170。輸入交換機170是將光子 包路由到光子交換機172或路由回到源TOR交換機的1 :2光子交換機。交換機競爭控制件 168協(xié)調輸入交換機170。當包標簽（或標頭）由輸入交換機接收時，所述包標簽向交換機 競爭控制件咨詢目的地端口是否可用。當目的地端口可用時，包路由到光子交換機172。包 穿過通過交換機控制器設定的光子交換機172內的交換元件，以到達前往目的地TOR交換 機164的輸出端。當輸出端口不可用時，光子包交換回到源TOR。光子交換機172是32X32 光子交換機。在一個實例中，光子交換機172是硅光子交換機。
[0042] 圖8圖示用于光子包交換的方法的流程圖250。初始地，在步驟252中，光子交換 結構從源接收光子包標簽，例如，從源TOR交換機。接收到的光子包去往特定輸出端口。
[0043] 隨后，在步驟254中，光子交換結構確定目的地輸出端口是否可用。當在進行請求 時存在被路由到該輸出端口的光子包時，目的地輸出端口不可用。當目的地輸出端口不可 用時，光子交換結構前進到步驟256,且當目的地輸出端口可用時，光子交換結構前進到步 驟 258。
[0044] 在步驟256中，光子交換結構將光子包返回到其源TOR交換機。另外的輸出端口用 于將包路由回到源TOR交換機。源TOR交換機可以再次嘗試將包傳輸?shù)侥康牡剌敵龆丝凇?br>[0045] 在步驟258中，光子包被路由到光子交換機的所請求輸出端。2 :1光子交換機可 以用于將包路由到光子交換機或路由回到源TOR交換機。光子交換結構可以是NXN無緩 存光空間交換機。
[0046] 最終，在步驟262中，通過檢查標簽信息，光子包經由通過交換機控制器建立的路 徑發(fā)送到目的地TOR交換機。
[0047] 在另一實施例光子交換結構中，競爭光子包被路由到若干輸出端口中的一者。可 以使用負載均衡。圖9圖示用于使用到結構的擴大部分的偏轉來解決競爭的光子交換系統(tǒng) 180。輸入TOR交換機182將光子包傳輸?shù)焦庾咏粨Q結構184。
[0048] 負載均衡通過負載均衡塊198執(zhí)行。負載均衡將業(yè)務負載均等地分布到輸出端 口，從而防止丟包或減少丟包。當負載均衡有效時，輸入端和輸出端具有相似的業(yè)務分布。
[0049] 標頭在包之前通過源TOR交換機發(fā)送。在一個實例中，標頭指示目的地地址將路 由通過目的地端口的三個選擇中的任一者。標簽被發(fā)送到兩個輸入端口中的任一者且由標 簽檢測器188讀取。在一個實例中，目的地地址是經波長編碼的，其中每一波長指示用于目 的地地址的位。所述波長具有兩個功率電平。低功率可以表示0且高功率可以表示1，或反 之亦然。關于波長編碼的更多細節(jié)在2013年5月24日遞交的發(fā)明名稱為"用于多波長編碼 的系統(tǒng)和方法（System and Method for Multi-Wavelength Encoding) " 的第 13/902, 085 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。
[0050] 目的地地址被傳遞到交換機控制器190。交換機控制器190執(zhí)行競爭分析和調度。 在一個實例中，所述交換機控制器決定三個輸出端口中可用的輸出端口且選擇光子交換機 來連接包在其上到達該輸出端口的輸入端。給定存在具有適當擴大級的負載均衡器，所述 選擇都不可用是可能的，但可能性不是很大。在這種情況下，包丟失。
[0051] 當包由光子交換結構184接收時，其通過光子交換機186路由，所述光子交換機為 將包路由到光子交換機192、光子交換機194或光子交換機196的適當輸入端的2X3光子 交換機。光子包隨后被交換到適當?shù)妮敵龆丝谇冶话l(fā)送到輸出TOR交換機185。包基于決 策通過連接到連接路徑中的交換單元上的交換機控制器190進行交換。在此實例中，光子 包交換機184具有N個輸入端口和I. 5N個輸出端口。每一 TOR在兩條鏈路上發(fā)送出包并且 在3條鏈路上接收包。在一個實例中，針對光子交換結構184存在N個輸入端口和I. 4N個 輸出端口。對于不具有緩存器、滿載業(yè)務和到輸出端的均勾負載分布的NXN光子交換機， N個包中的η者同時競爭同一輸出端的概率是N個包中的η者同時到達同一輸出端口的概 率。使用伯努利分布，所述概率通過以下公式給出：
[0053] 系統(tǒng)的吞吐量T通過至少一個包指定到輸出端k的所有k個概率的總和除以N給 出，其通過以下公式給出：
[0055] 然而，給定負載的對稱性以及均勻分布的包的假設，吞吐量通過以下公式給出：
[0057] 圖10圖示根據N的吞吐量400的曲線圖。對于較大N，吞吐量T趨于1-1/e = 63%。因此，37%的包將丟失，因為不存在用以吸收這些包的緩存器。這表示添加40%的另 外的鏈路可以吸收這些競爭包。在一些實例中，輸出鏈路的數(shù)目是輸入鏈路的數(shù)目的1. 35 倍、1. 37 倍、1. 4 倍、1. 5 倍、1. 67 倍、1. 75 倍或 2 倍。
[0058] 圖11圖示具有處理λ個業(yè)務的一個輸入鏈路和各自處理λ/N個業(yè)務的N個輸 出端的輸出負載均衡光包交換機202。在負載均衡中，均勻地分布到達所有目的地的業(yè)務。
[0059] 圖12圖不具有N個輸入端和一個輸出端的輸入負載均衡光包交換機214。N個輸 入端各自處理λ/N個業(yè)務，而輸出端處理λ個業(yè)務。
[0060] 圖13圖不光子交換系統(tǒng)410,相較于光子交換系統(tǒng)180,所述光子交換系統(tǒng)具有更 多擴大以及對負載均衡的較少依賴性?？赡艽嬖谪撦d均衡。光子交換結構414含有N個輸 入端口和2Ν個輸出端口。輸入TOR交換機412耦合到光子交換結構414。
[0061] 當在所有輸出端上存在負載的均勻分布時，可以計算出緩存要求?？赡艽嬖诎l(fā)送 到競爭鏈路的最大數(shù)目的包。對緩存器要求的計算可以使用泊松分布。而此分布可能低估 數(shù)據網絡的緩存器大小，甚至此經低估的緩存器大小在光子交換機中是成問題的。假定交 換機具有用于每一輸出端的K個容器，其中每一容器可以存儲一個包，當在包的傳輸期間 到達的包的數(shù)目超過緩存器大小K時，另外的包將丟失或受到阻擋。阻擋概率可以使用M/ Μ/1/Κ系統(tǒng)獲得。在此系統(tǒng)中，第一 M表示包或包層的到達的泊松分布，且第二M表示包或 包層到輸出端口的傳輸時間（或服務時間），1表示到輸出目的地的交換機鏈路的數(shù)目，且K 表示可以保持用于每一輸出端口的包或包層的數(shù)目。根據每一鏈路的業(yè)務負載P的阻擋 概率，其中：
[0063] 其中λ是包到達速率且μ是服務速率，所述阻擋概率通過以下公式給出：
[0065] 可以關于P和Pk將K表不為：
[0067] 圖14示出曲線圖480,其中與每一鏈路上的業(yè)務負載比較繪制用以保持包或包層 所需的容器的數(shù)目。此曲線圖繪制用于PK= IO6的目標丟包。對于99%的業(yè)務負載（接 近鏈路速率的傳輸），用以實現(xiàn)10 6的丟包或包層丟失的容器數(shù)目為約500。在光子交換機 的每一鏈路上具有此緩存器大小是成問題的。
[0068] 標頭在光子包之前發(fā)送。所述標頭含有光子包的輸出端口的四個選擇。這四個選 擇可以具有相同優(yōu)先級并且可以通過單表表示，或者可以具有通過網絡控制器分配的不同 優(yōu)先級。所述標頭通過標簽檢測器422讀取。在一個實例中，所述標頭是經波長編碼的，其 中波長上功率的存在或不存在指示目的地地址的一位。
[0069] 經解碼地址被發(fā)送到交換機控制器418。交換機控制器418確定所請求的輸出端 口中可用的輸出端口。當輸出端口具有相同優(yōu)先級時，可以分配輸出端中的任一者。當輸 出端口具有不同優(yōu)先級時，將可用的最高優(yōu)先級輸出端口授予光子包。一些包可能被丟棄， 但是包被丟棄的概率較低。
[0070] 當包由光子交換結構414接收時，所述包通過2X