本申請要求于2014年5月28日提交的申請?zhí)枮?4/289,304、發(fā)明名稱為“用于光網(wǎng)絡(luò)的可擴展硅光子交換架構(gòu)”的美國非臨時申請的優(yōu)先權(quán)，該申請通過引用結(jié)合在本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及網(wǎng)絡(luò)中的資源分配管理，并且，在具體實施例中，涉及用于光網(wǎng)絡(luò)的可擴展硅光子交換架構(gòu)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今的透明光節(jié)點主要是由大量并行的微型交換器或波長選擇交換器(WSS)構(gòu)成的可重構(gòu)型光分插復(fù)用器(ROADM)。這種設(shè)計可能無法滿足網(wǎng)絡(luò)訪問提供商不斷增長的需求，因而需要大規(guī)模的光節(jié)點來處理下一代光網(wǎng)絡(luò)的大量流量負(fù)載。例如，可能需要未來的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在400輸入波長乘以400輸出波長(400×400)鄰域進(jìn)行交換，以滿足未來的光城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的帶寬、定向、以及插入/分出插入分出需求。

可能需要一段時間才能使光子集成電路(PIC)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)以合理的成本提供這么大的容量。而且，從實踐角度來看，微機電系統(tǒng)(MEMS)由于比較笨重、不靈活、成本較高并且(有時)不可靠，因而可能并不合適。因此，在短期內(nèi)，下一代光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點很有可能采用N×N光子交換結(jié)構(gòu)進(jìn)行制造以使輸入和輸出互相連接。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)優(yōu)點一般通過本公開內(nèi)容的實施例得以實現(xiàn)，其描述了用于光網(wǎng)絡(luò)的可擴展硅光子交換架構(gòu)。

根據(jù)一實施例，提供了一種以混合擴展貝奈斯光子交換架構(gòu)為特征的交換結(jié)構(gòu)。所述交換結(jié)構(gòu)包括：第一數(shù)量個輸入端口(N個輸入端口)；第一數(shù)量個輸出端口(N個輸出端口)；和多個耦合在所述N個輸入端口和所述N個輸出端口之間的光子元件。所述光子元件設(shè)置成光子交換架構(gòu)以便在所述N個輸入端口和所述N個輸出端口之間進(jìn)行交換，其中，所述光子交換架構(gòu)包括第一最外交換列、第二最外列、兩個中間交換級和中央交換列，所述第一最外交換列包括N行耦合到所述N個輸入端口的1×2光子元件，所述第二最外列包括N行耦合到所述N個輸出端口的2×1光子元件，各所述中間交換級包括包含N行2×2交換元件的至少一列，所述中央交換列包括N×2行耦合到2×1光子元件的1×2光子元件。

根據(jù)另一實施例，提供了一種光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。在該示例中，所述光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括：多個輸入轉(zhuǎn)發(fā)端口，用于接收輸入的光信號；多個輸出轉(zhuǎn)發(fā)端口，用于向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)輸出的光信號；耦合到所述多個輸入轉(zhuǎn)發(fā)端口的第一交換級；以及使第一多個交換結(jié)構(gòu)與所述多個輸出轉(zhuǎn)發(fā)端口互相連接的第二交換級。所述第一交換級包括第一多個交換結(jié)構(gòu)，所述第二交換級包括第二多個交換結(jié)構(gòu)。所述光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還包括：控制平面，用于操控所述第一多個交換結(jié)構(gòu)以負(fù)載平衡所述第二多個交換結(jié)構(gòu)上的輸入的光信號。

根據(jù)又一實施例，提供了一種用于在光網(wǎng)絡(luò)的光節(jié)點中實現(xiàn)負(fù)載平衡的方法。在該示例中，所述方法包括：在光節(jié)點的輸入轉(zhuǎn)發(fā)端口上接收輸入的光信號。所述光節(jié)點包括耦合到所述輸入轉(zhuǎn)發(fā)端口的第一級交換結(jié)構(gòu)、使所述第一級交換結(jié)構(gòu)與所述光節(jié)點的輸出轉(zhuǎn)發(fā)端口互相連接的第二級交換結(jié)構(gòu)、以及使所述第二級交換結(jié)構(gòu)與所述光節(jié)點的分出端口互相連接的第三級交換結(jié)構(gòu)。所述方法還包括：至少將輸入的光信號中的部分分類為分出的光信號，以及操控所述第一級交換結(jié)構(gòu)中的交換結(jié)構(gòu)以負(fù)載平衡所述第二級交換結(jié)構(gòu)上的分出的信號。還提供了一種用于執(zhí)行該方法的裝置。

根據(jù)又一實施例，提供了一種用于在光網(wǎng)絡(luò)的光節(jié)點中實現(xiàn)負(fù)載平衡的方法。在該示例中，所述方法包括：在光節(jié)點的輸入轉(zhuǎn)發(fā)端口上接收輸入的光信號。所述光節(jié)點至少包括耦合到所述輸入轉(zhuǎn)發(fā)端口的第一級交換結(jié)構(gòu)、第二級交換結(jié)構(gòu)、以及耦合到光節(jié)點的輸出轉(zhuǎn)發(fā)端口的第四級交換結(jié)構(gòu)。所述第二級交換結(jié)構(gòu)使所述第一級交換結(jié)構(gòu)與所述第四級交換結(jié)構(gòu)互相連接。所述方法還包括：至少將輸入的光信號中的部分分類為轉(zhuǎn)發(fā)光信號，其中，所述轉(zhuǎn)發(fā)光信號被配置為通過所述光節(jié)點；以及操控所述第一級交換結(jié)構(gòu)中的交換結(jié)構(gòu)以負(fù)載平衡所述第二級交換結(jié)構(gòu)上的轉(zhuǎn)發(fā)光信號。還提供了一種用于執(zhí)行該方法的裝置。

附圖說明

為了更全面地理解本公開內(nèi)容及其優(yōu)點，現(xiàn)結(jié)合說明書附圖參考以下描述，其中：

圖1示出了光網(wǎng)絡(luò)實施例的示意圖；

圖2示出了光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點實施例的方框圖；

圖3A-圖3B示出了1×2光子元件的示意圖；

圖4A-圖4B示出了2×2光子元件的示意圖；

圖5A-圖5B示出了2×2增強擴展榕樹(enhanced Dilated Banyan，EDB)交換結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖6A-圖6B示出了2×2貝奈斯交換結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖7示出了傳統(tǒng)4×4增強擴展榕樹(EDB)交換結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖8示出了傳統(tǒng)4×4擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖9示出了4×4混合EDB交換結(jié)構(gòu)實施例的示意圖；

圖10示出了8×8混合EDB交換結(jié)構(gòu)實施例的示意圖；

圖11A-圖11F示出了32×32混合EDB交換結(jié)構(gòu)實施例的示意圖；

圖12示出了將不同8×8交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)的光信噪比(OSNR)進(jìn)行比較的曲線圖；

圖13示出了將不同8×8交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)的單元計數(shù)進(jìn)行比較的曲線圖；

圖14示出了將不同N×N交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)的信噪比(SNR)進(jìn)行比較的曲線圖；

圖15示出了將不同N×N交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)的衰減率進(jìn)行比較的曲線圖；

圖16A-圖16G示出了連體式交換架構(gòu)的實施例的示意圖；

圖17示出了用于操作配置有連體式交換架構(gòu)的光節(jié)點的方法實施例的流程圖；

圖18示出了連體式交換架構(gòu)布局的實施例的示意圖；

圖19示出了連體式交換架構(gòu)的第一級和第二級布局的實施例的示意圖；

圖20示出了連體式交換架構(gòu)的封裝(SiP)芯片中的系統(tǒng)實施例的示意圖；以及

圖21示出了計算平臺實施例的示意圖。

除非另有說明，不同附圖中的相應(yīng)數(shù)字和符號通常指代相應(yīng)的部件。對附圖進(jìn)行繪制以清楚說明各實施例的相關(guān)方面，并且不一定按比例進(jìn)行繪制。

具體實施方式

以下將對本公開內(nèi)容各實施例的形成和使用進(jìn)行詳細(xì)討論。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本文中所公開的發(fā)明構(gòu)思可以在各種特定背景下體現(xiàn)，并且本文中所討論的具體實施例僅僅是示意性的，并不用來限制權(quán)利要求的范圍。此外，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離如所附權(quán)利要求所限定的本公開內(nèi)容的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行各種改變、替換和修改。

下一代N×N光子交換結(jié)構(gòu)將包括數(shù)以千計的無源硅光子元件，其設(shè)置在能夠使輸入端口切換到輸出端口并適應(yīng)交換位置處的插入/分出要求的架構(gòu)中。AON上的衰減直接與光子元件的層數(shù)有關(guān)，因為每層向光信號的交換路徑加入另一級的寄生插入損耗。此外，各光子元件呈現(xiàn)出非理想性能，使得至少一部分信號在未選擇的輸出端泄漏。這種信號泄漏在整個交換結(jié)構(gòu)上累積，并最終導(dǎo)致N×N光子交換結(jié)構(gòu)中的各輸出端口之間出現(xiàn)串?dāng)_噪聲，這降低了網(wǎng)絡(luò)性能。

不同的光子交換架構(gòu)需要不同數(shù)量的交換單元，并表現(xiàn)出不同的串?dāng)_性能和衰減損耗。例如，貝奈斯交換結(jié)構(gòu)提供了較低的單元計數(shù)和衰減損耗，但卻遭受了較高水平的一階串?dāng)_，特別是在信號具有同一波長時，影響了信噪比(SNR)。相反，增強擴展榕樹(EDB)架構(gòu)提供優(yōu)異的串?dāng)_性能，但卻需要相對較高的單元計數(shù)和相對適度的衰減損耗?？紤]到EDB具有較大數(shù)量的單元，有可能使用未使用的單元來進(jìn)一步改善串?dāng)_性能。于2013年9月4日提交的申請?zhí)枮?4/018,273、發(fā)明名稱為“基于硅光子的交換矩陣中的串?dāng)_和功率優(yōu)化方法”的美國非臨時申請中描述了這種抑制算法的例子，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在本申請中。N×N擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)可以通過連接到N個第一層1×2的單元和N個最后一層2×1的單元的兩個層疊的N×N貝奈斯架構(gòu)來構(gòu)建。擴展貝奈斯提供了適度的串?dāng)_性能，具有比EDB更小的單元計數(shù)。貝奈斯和擴展貝奈斯在不實施智能抑制算法的情況下，均可能難以提供足夠的串?dāng)_抑制。因此，需要一種能夠提供比擴展貝奈斯架構(gòu)更好的串?dāng)_性能而不顯著增加單元計數(shù)的光子交換架構(gòu)。

本公開內(nèi)容的各方面提供一種混合擴展貝奈斯光子交換架構(gòu)，包括2×1光子元件和2×2光子元件這種設(shè)置。本公開內(nèi)容提供的利用混合擴展貝奈斯光子交換架構(gòu)的交換結(jié)構(gòu)實施例將享有比傳統(tǒng)擴展貝奈斯結(jié)構(gòu)更好的串?dāng)_性能，同時比增強擴展榕樹交換結(jié)構(gòu)采用更少的單元。本公開內(nèi)容的各方面還提供一種用于下一代網(wǎng)絡(luò)的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點架構(gòu)，其操控第一級的連接性來實現(xiàn)第二級上的負(fù)載平衡。以下對這些和其它方面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。

圖1示出了光網(wǎng)絡(luò)100的實施例，包括連接到多個光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點120-150以及本地網(wǎng)絡(luò)101的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點110。如圖所示，光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點110向/從各所述光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點120-140發(fā)送和接收轉(zhuǎn)發(fā)光信號。此外，光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點110向本地網(wǎng)絡(luò)101發(fā)送分出的光信號，并從本地網(wǎng)絡(luò)101接收新的光信號。分出的光信號可以指正在離開光網(wǎng)絡(luò)100的光信號，例如，可能發(fā)生在信號所攜帶的數(shù)據(jù)去往本地網(wǎng)絡(luò)101中(或連接到本地網(wǎng)絡(luò)101)的位置時。新的光信號可以指正在進(jìn)入光網(wǎng)絡(luò)100的光信號，例如，可能發(fā)生在信號所攜帶的數(shù)據(jù)來源于位于本地網(wǎng)絡(luò)101中(或連接到本地網(wǎng)絡(luò)101)的源時。此外，當(dāng)數(shù)據(jù)從一個光學(xué)波長轉(zhuǎn)換到另一個光學(xué)波長時，可以對光信號進(jìn)行分出/插入。

圖2示出了具有N×N端口的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點200實施例的框圖。端口的數(shù)量可能受到光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點200與之傳送光學(xué)信號的節(jié)點的數(shù)量/光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點200傳送光學(xué)信號的方向、每個互連上的帶寬(例如，波長的數(shù)量)以及插入/分出信號的數(shù)量的影響。下一代光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點很可能將需要在400輸入波長×400輸出波長(400×400)的領(lǐng)域進(jìn)行交換，以滿足未來城域網(wǎng)和核心光網(wǎng)絡(luò)的帶寬、定向、和插入/分出需求，這是很有可能的。

光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點一般包括用以實現(xiàn)光信號交換的互連光子元件的交換結(jié)構(gòu)。光子元件可以包括各種端口配置，包括1×2和2×2配置。圖3A示出了采用條式(bar)配置301的1×2光子元件310，其中，輸入端口(輸入-1)與第一輸出端口(輸出-1)連接。圖3B示出了采用交叉(cross)配置302的1×2光子元件310，其中，輸入端口(輸入-1)與第二輸出端口(輸出-2)連接。圖4A-圖4B示出了用于2×2光子元件410的交換配置401，402的實施例。圖4A示出了采用條式配置401的2×2光子元件410，其中，第一輸入端口(輸入-1)與第一輸出端口(輸出-1)連接，第二輸入端口(輸入-2)與第二輸出端口(輸出-2)連接。圖4B示出了采用交叉配置402中的2×2光子元件410，其中，第一輸入端口(輸入-1)與第二輸出端口(輸出-2)連接，第二輸入端口(輸入-2)與第一輸出端口(輸出-1)連接。

可以設(shè)置多組光子元件以形成光子交換結(jié)構(gòu)。由1×2光子元件組成的交換結(jié)構(gòu)可以比由2×2光子元件組成的交換結(jié)構(gòu)提供更低的串?dāng)_。

圖5A示出了包括第一輸入端口(I₁)、第二輸入端口(I₂)、第一輸出端口(O₁)、第二輸出端口(O₂)和多個光子元件511-542的光子交換結(jié)構(gòu)500。光子元件設(shè)置在第一級光子元件511，512和第二級光子元件541，542中。如圖所示，光子交換結(jié)構(gòu)500的交換配置由連接映射590來定義，其規(guī)定I₁與O₁連接，I₂與O₂連接。為了實現(xiàn)這種交換配置，激活光子元件511和541以形成I₁和O₁之間的活躍連接501，而激活光子元件512和542以形成I₂和O₂之間的活躍連接502。

圖5B示出了信號551，552如何在活躍連接501和502上從輸入端口傳播到輸出端口。應(yīng)注意，第一級光子元件511，512具有能夠使信號551，552的一部分(L₁₁，L₁₂)泄漏穿過光子元件輸出端的消光比，從而產(chǎn)生第一階串?dāng)_信號561，562。如圖所示，第一階串?dāng)_信號561，562傳播到第二級光子元件541，542。第二級光子元件541，542也具有能夠使第一階串?dāng)_信號561，562的一部分(L₄₁，L₄₂)泄漏穿過輸入端的消光比，從而形成第二階串?dāng)_信號571，572。因此，O₁的輸出信號包括信號551以及第二階串?dāng)_信號572，而O₂的輸出包括信號552以及第二階串?dāng)_信號571。

由2×2光子元件組成的交換結(jié)構(gòu)可能比由1×2光子元件組成的交換結(jié)構(gòu)使用更少的元件，但是可能提供更差的串?dāng)_抑制。

圖6A示出了交換結(jié)構(gòu)600，其包括條式配置的2×2光子元件610，從而形成活躍連接601和602以及不活躍連接603，604。圖6B示出了信號651，652如何在圖6A所示的活躍連接601和602上從輸入端口(I₁，I₂)傳輸?shù)捷敵龆丝?O₁，O₂)。應(yīng)注意，2×2光子元件610具有能夠使信號651，652的一部分(L₁₂，L₂₁)泄漏穿過光子元件輸出端的消光比，從而產(chǎn)生第一階串?dāng)_信號661，662。第一階串?dāng)_信號661，662在不活躍連接603，604上傳播到輸出端口(O₁，O₂)，其中，將第一階串?dāng)_信號661，662插入到信號652，651(分別地)。因此，O₁的輸出信號包括信號651以及第一階串?dāng)_信號662，而O₂的輸出包括信號652以及第一階串?dāng)_信號661。

圖7示出了由四級1×2光子元件710，720，730組成的傳統(tǒng)4×4增強擴展榕樹(EDB)交換結(jié)構(gòu)700?？梢圆捎?×2貝奈斯網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來利用反向復(fù)用來遞歸地構(gòu)造N×N貝奈斯網(wǎng)絡(luò)。例如，N×N貝奈斯網(wǎng)絡(luò)可以由兩個N/2×N/2貝奈斯子網(wǎng)絡(luò)組成，其可以由兩個N/4×N/4子網(wǎng)絡(luò)組成。這種方式可以繼續(xù)到與兩個子網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接的尺寸為2×2的交換器以及與兩個子網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接的尺寸為2×2的N/2個交換器。

圖8示出了由兩級1×2光子元件810，850和三級2×2光子元件820，830，840組成的傳統(tǒng)4×4擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)800，這些光子元件一起形成兩個獨立的4×4貝奈斯交換結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意，傳統(tǒng)4×4擴展交換結(jié)構(gòu)800比傳統(tǒng)4×4EDB交換結(jié)構(gòu)700包括更少的交換元件，而傳統(tǒng)4×4EDB交換結(jié)構(gòu)700提供改善的串?dāng)_性能。

圖9示出了4×4混合擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)900的實施例。如圖所示，4×4混合擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)900包括1×2光子元件最外列910、兩個2×2光子元件中間交換級930，970、1×2光子元件與2×1光子元件耦合的中央交換列950，以及2×1交換元件最外列990。有利地，4×4混合擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)900的實施例提供了比傳統(tǒng)4×4擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)800更好的串?dāng)_性能，并且單元數(shù)量比傳統(tǒng)4×4EDB結(jié)構(gòu)700更少。

本公開內(nèi)容所提供的混合擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)EDB架構(gòu)提供了改善的可擴展性，同時相對于貝奈斯和擴展貝奈斯架構(gòu)能提供了改進(jìn)的串?dāng)_性能。圖10示出了8×8混合擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)1000的實施例。如圖所示，8×8混合擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)1000包括1×2光子元件最外列1010、2×2光子元件中間交換級1030，1070、1×2光子元件與2×1光子元件耦合的中央交換列1050以及2×1交換元件最外列1090。應(yīng)注意，各所述中間交換級1030，1070包括兩列1031-1032、1071-1072的2×2交換元件。

本公開內(nèi)容所提供的混合擴展貝奈斯交換架構(gòu)能夠支持非常大的結(jié)構(gòu)。圖11A-圖11F示出了32×32混合擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)1100的實施例。如圖所示，32×32混合擴展貝奈斯交換結(jié)構(gòu)1100包括1×2光子元件最外列1110、2×2光子元件中間交換級1130，1170、1×2光子元件與2×1光子元件耦合的中央交換列1150以及2×1交換元件最外列1190。應(yīng)注意，各所述中間交換級1130，1170包括四列1131-1134，1171-1172的2×2交換元件。

本公開內(nèi)容所提供的混合交換架構(gòu)的實施例相對于傳統(tǒng)貝奈斯和擴展貝奈斯架構(gòu)提供較有利的SNR性能，相對于增強擴展榕樹架構(gòu)提供較有利的交換單元計數(shù)。圖12示出了將不同的8×8交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)的光信噪比作為分貝串?dāng)_或消光比(ER)的函數(shù)進(jìn)行比較的曲線圖1200。應(yīng)注意，消光比ER等于串?dāng)_的絕對值。如圖所示，本公開內(nèi)容所提供的混合擴展貝奈斯架構(gòu)相比可比較的貝奈斯架構(gòu)提供更好的串?dāng)_抑制，使得在各個交換元件的串?dāng)_性能方面具有更強的可擴展性和更大的容差。本公開內(nèi)容所提供的混合擴展貝奈斯架構(gòu)可以維持較低的OSNR代價，同時使用較便宜的交換元件。例如，對于0.5分貝的可接受OSNR代價，可以利用消光比為15分貝的交換單元設(shè)計出本公開內(nèi)容所討論的混合擴展貝奈斯，而對于同一OSNR代價，以貝奈斯結(jié)構(gòu)設(shè)計的交換單元的消光比應(yīng)該為至少28分貝。

圖13示出了將不同的N×N交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)的單元計數(shù)進(jìn)行比較的曲線圖1300。如圖所示，本公開內(nèi)容所提供的混合擴展貝奈斯架構(gòu)相比可比較的EDB架構(gòu)提供更低的單元計數(shù)，從而使得可擴展性更大。圖14示出了將不同的N×N交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)的信噪比(SNR)進(jìn)行比較的曲線圖1400。如圖所示，當(dāng)交換元件的消光比固定在20分貝(db)時，本公開內(nèi)容所提供的混合擴展貝奈斯架構(gòu)相比可比較的貝奈斯架構(gòu)提供更好的SNR性能，同時其SNR性能接近于EDB架構(gòu)的SNR性能。圖15示出了將不同的N×N交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)的衰減率進(jìn)行比較的曲線圖1500。如圖所示，本公開內(nèi)容所提供的混合擴展貝奈斯架構(gòu)在衰減損耗方面的代價并不嚴(yán)重。這是因為衰減損耗與級的數(shù)量成正比。

本公開內(nèi)容的各方面為下一代光節(jié)點提供連體式交換架構(gòu)的實施例。連體式交換架構(gòu)的實施例可包括內(nèi)部連接性較低的三個級。連體式交換架構(gòu)的實施例可以減少連接阻塞，并且與傳統(tǒng)光節(jié)點設(shè)計相比包括更少量的交叉。連體式交換架構(gòu)的實施例可以具有比較平衡的轉(zhuǎn)發(fā)連接性以及插入/分出損耗。

圖16A示出了連體式交換架構(gòu)1600的實施例的示意圖。如圖所示，連體式交換架構(gòu)1600的實施例包括用于輸入光信號的第一級1601、用于輸出光信號的第二級1602以及用于插入/分出光信號的第三級1603。在一些實施例中，第一級1601可以通過將分出的信號(例如，最終匯集到第三級1603的信號)分配在第二級1602中的較不擁塞交換結(jié)構(gòu)上來執(zhí)行第二級1602的負(fù)載平衡。圖16B示出了第一級1601。如圖所示，第一級1601包括用于第二級中的每組交換結(jié)構(gòu)的交換結(jié)構(gòu)1610-1619。各交換結(jié)構(gòu)1610-1619在其輸入端口上從四個不同的方向，例如，北(N)、南(S)、東(E)和西(W)，接收不同的波長(例如，λ1，λ2，...λ80)，并在其各個輸出端口上分配所接收的信號。交換結(jié)構(gòu)1610-1619中給定一個的每個輸出端口連接到第二級中與不同輸出轉(zhuǎn)發(fā)方向相關(guān)聯(lián)的交換結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)發(fā)信號(例如，通過節(jié)點而不被分出/轉(zhuǎn)換的信號)基于其輸出方向在第一級1601中進(jìn)行交換。例如，在交換結(jié)構(gòu)1610的輸入端口1691上接收到的去往向北方向的下一跳光節(jié)點的入站信號(例如，λ1)通過端口1696轉(zhuǎn)發(fā)給第二級1602。分出的信號(例如，在第三級1603中進(jìn)行分出/轉(zhuǎn)換的信號)在第一級1601中以為第二級1602提供負(fù)載平衡的方式進(jìn)行交換。例如，可以根據(jù)第二級1602中相應(yīng)交換結(jié)構(gòu)的擁塞水平將在交換結(jié)構(gòu)1610的輸入端口1691上接收到的注定要被分出/轉(zhuǎn)換的入站信號(例如，λ1)通過端口1696-1699中的任一個轉(zhuǎn)發(fā)給第二級1602。例如，當(dāng)與端口1699相關(guān)聯(lián)的第二級交換結(jié)構(gòu)的擁塞少于與端口1696-1698相關(guān)聯(lián)的第二級交換結(jié)構(gòu)時，可以在端口1699上對入站信號(例如，λ1)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。圖16C示出了第一級1601中的交換結(jié)構(gòu)組與第二級1602中的交換結(jié)構(gòu)組之間的互連。圖16D示出了第二級1602，其可以包括混合擴展貝奈斯架構(gòu)。如圖所示，第二級1602中的交換結(jié)構(gòu)接收來自第一級1601的入站信號以及來自第三級1603的插入信號(例如，新的信號)。入站信號基于信號目的地在轉(zhuǎn)發(fā)端口和分出端口上進(jìn)行交換。插入的信號基于信號目的地在轉(zhuǎn)發(fā)端口上進(jìn)行交換。圖16E示出了第三級1603，其可以包括混合擴展貝奈斯架構(gòu)。圖16F示出了第二級1602中的交換結(jié)構(gòu)和第三級1603中的交換結(jié)構(gòu)之間的互連。在一些實施例中，可以在第一級1601之前添加一個或多個附加級以實現(xiàn)前一級(例如，第一級1601或?qū)嵗壓偷谝患?601之間的中間級)上的負(fù)載平衡。圖16A-圖16F中所描述的連體式交換架構(gòu)僅僅是眾多可能的光節(jié)點配置的一個例子。本公開內(nèi)容所提供的連體式交換架構(gòu)實施例能夠適用于任何光節(jié)點配置，例如，不同數(shù)量的輸入方向、不同數(shù)量的輸出方向、不同數(shù)量的光信號、不同數(shù)量的級、不同的插入/分出端口與轉(zhuǎn)發(fā)端口比等。

在一些實施例中，可以將第四級光子交換結(jié)構(gòu)引入到連體式交換架構(gòu)中以實現(xiàn)改善的負(fù)載平衡。圖16G示出了包括第四級1604的連體式交換架構(gòu)1600的實施例。應(yīng)注意，第四級1604可以通過使第一級1601對轉(zhuǎn)發(fā)信號進(jìn)行負(fù)載平衡以及通過使第三級1603對插入信號進(jìn)行負(fù)載平衡來實現(xiàn)第二級1602的增強負(fù)載平衡。在一些實施例中，第二級1602可用來負(fù)載平衡第四級1604。在實施例中，可以以類似于第一級1601的方式對第四級1604進(jìn)行配置。其它配置也是有可能的。在其它變型中，可以將補充級引入第二級1602和第三級1603之間，以實現(xiàn)插入的光信號的負(fù)載平衡。

圖17示出了一種用于操作配置有連體式交換架構(gòu)的光節(jié)點以實現(xiàn)光節(jié)點交換結(jié)構(gòu)上負(fù)載平衡的方法1700的實施例的流程圖。如圖所示，所述方法1700開始于步驟1710，其中，在光節(jié)點的第一級交換結(jié)構(gòu)的輸入端口上接收輸入的光信號。接著，所述方法1700進(jìn)行到步驟1720，其中，對光節(jié)點的第一級中的交換結(jié)構(gòu)進(jìn)行操控以負(fù)載平衡光節(jié)點第二級上的分出信號。隨后，所述方法1700進(jìn)行到步驟1730，其中，將轉(zhuǎn)發(fā)信號(例如，直通信號)從光節(jié)點的第一級傳送到光節(jié)點第二級中適當(dāng)?shù)妮敵鼋Y(jié)構(gòu)。接著，所述方法1700進(jìn)行到步驟1740，其中，將分出的信號(例如，注定要被分出/轉(zhuǎn)換的信號)從光節(jié)點的第二級傳送到光節(jié)點的第三級。隨后，所述方法1700進(jìn)行到步驟1750，其中，將插入的信號從光節(jié)點的第三級傳送到光節(jié)點的第二級。最后，所述方法1700進(jìn)行到步驟1760，其中，在光節(jié)點的第二級中的輸出端口上傳送轉(zhuǎn)發(fā)信號和插入的信號。應(yīng)注意，由于光節(jié)點不斷地接收、插入/轉(zhuǎn)換以及發(fā)送信號，因此光節(jié)點通常同時執(zhí)行步驟1710-1760。

如上所述，混合擴展貝奈斯可以實現(xiàn)較低的單元計數(shù)以及足夠的SNR性能，從而使其可擴展用于下一代光節(jié)點。圖18示出了連體式交換架構(gòu)實施例的布局實施例的示意圖。每組第一級與一組第二級連接。例如，這種分組意味著第一級和第二級的聯(lián)合組可以處理40個波長；因此，可以用8個聯(lián)合組處理來自四個方向的所有320個波長。每個聯(lián)合組與所有六個插入/分出結(jié)構(gòu)連接。給定鏈路上的數(shù)字表示由于各組連接性導(dǎo)致的交叉的波導(dǎo)數(shù)量。這個數(shù)量使得能夠計算出由于波導(dǎo)交叉而造成的衰減損耗。圖19示出了連體式交換架構(gòu)實施例的第一級和第二級的布局實施例的示意圖。圖20示出了連體式交換架構(gòu)實施例的硅光子(SiP)芯片實施例的示意圖。

圖21示出了可以用于實施本文中所公開的裝置和方法的處理系統(tǒng)的框圖。特定的設(shè)備可以利用所有示出的組件或僅僅利用這些組件的子集，并且設(shè)備與設(shè)備的集成度可能有所不同。此外，設(shè)備可以包含組件的多個實例，例如，多個處理單元、處理器、存儲器、發(fā)送器、接收器等。處理系統(tǒng)可以包括配備有一個或多個輸入/輸出設(shè)備的處理單元，諸如揚聲器、麥克風(fēng)、鼠標(biāo)、觸摸屏、小鍵盤、鍵盤、打印機、顯示器等。該處理單元可以包括中央處理器(CPU)、存儲器、大容量存儲設(shè)備、視頻適配器以及與總線連接的I/O接口。

總線可以為實施例中討論的交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)或多個總線架構(gòu)的任何類型中的一種或多種，包括存儲器總線或存儲器控制器、外圍總線、視頻總線等。CPU可以包括任何類型的電子數(shù)據(jù)處理器。存儲器可以包括任何類型的系統(tǒng)存儲器，比如靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只讀存儲器(ROM)及其組合等。在實施例中，存儲器可以包括啟動時用的ROM和用于程序的DRAM以及執(zhí)行程序時用的數(shù)據(jù)存儲。

大容量存儲設(shè)備可以包括用于存儲數(shù)據(jù)、程序及其它信息并通過總線使這些數(shù)據(jù)、程序及其它信息能夠被訪問的任何類型的存儲設(shè)備。例如，大容量存儲設(shè)備可以包括固態(tài)驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、磁盤驅(qū)動器和光盤驅(qū)動器中的一種或多種。

視頻適配器和I/O接口向處理單元提供耦合外部輸入和輸出設(shè)備的接口。如圖所示，輸入和輸出設(shè)備的示例包括與視頻適配器耦合的顯示器以及與I/O接口耦合的鼠標(biāo)/鍵盤/打印機。其它設(shè)備也可以與處理單元耦合，并且可以利用附加或更少的接口卡。例如，可以使用諸如通用串行總線(USB)(未示出)的串行接口來為打印機提供接口。

處理單元還包括一個或多個網(wǎng)絡(luò)接口，其可以包括有線鏈路(例如，以太網(wǎng)電纜等)和/或無線鏈路以訪問節(jié)點或不同網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)接口使得處理單元能夠通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程單元進(jìn)行通信。例如，網(wǎng)絡(luò)接口可以通過一個或多個發(fā)送器/發(fā)射天線以及一個或多個接收器/接收天線提供無線通信。在實施例中，處理單元與局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)耦合以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及與諸如其它處理單元、互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程存儲設(shè)備等遠(yuǎn)程設(shè)備通信。

盡管已對說明書進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)該理解，在不脫離如所附權(quán)利要求所限定的本公開內(nèi)容的精神和范圍的前提下，可以做出各種改變、替換和修改。此外，本公開內(nèi)容的范圍并不限于本文中所描述的特定實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從本公開內(nèi)容很容易地想到，當(dāng)前存在或以后開發(fā)的過程、機器、產(chǎn)品、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟可以基本上執(zhí)行相同功能或基本上實現(xiàn)與本文所述相應(yīng)實施例相同的結(jié)果。因此，所附權(quán)利要求旨在在其范圍內(nèi)包括此類過程、機器、產(chǎn)品、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。