用于光子交换的系统和方法
【专利说明】用于光子交换的系统和方法
相关申请案交叉申请
[0001]本发明要求2013年5月10日递交的发明名称为“用于针对无缓存数据中心光子交换机和高容量光包环的带外信令的系统和方法(System and Method for Out-of-bandSignaling for Buffer-less Datacenter Photonic Switches and High CapacityOptical Packet Rings) ”的第61/822，128号美国临时申请案的在先申请优先权，且要求2014年4月7日递交的发明名称为“用于光子交换的系统和方法(System and Method forPhotonic Switching) ”的第14/246，633号美国专利申请案的在先申请优先权，所述在先申请的内容如同全文复制一样以引入的方式并入本文本中。
技术领域
[0002]本发明涉及用于光通信的系统和方法，且具体来说，涉及用于光子交换的系统和方法。
【背景技术】
[0003]通过用户数的增长且通过应用数的增加激起的互联网流量的增长产生对带宽更高的需求。此增长需要具有较高交换能力的较大分组网络。数据中心包含庞大数目的服务器机架、存储装置机架以及其它机架，所有机架经由巨大的集中式包交换资源互连。在数据中心中，电力包交换机用于路由数据包。极高速率的电子包交换涉及巨大的冷却和空间成本。因此，光子包交换是所需的。
[0004]服务器、存储装置以及输入-输出功能的机架包含架顶(TOR)交换机，所述架顶交换机将来自其相关联的服务器和/或其它外围设备的包流组合成每TOR交换机更少数目的高速流，所述高速流被路由到包交换核心。并且，TOR交换机接收来自所述资源的返回经交换流且将其分布到所述交换机的机架内的服务器。可以存在从每个TOR交换机到包交换核心的4X40Gb/s的流和相同数目的返回流。在数据中心中可以存在每机架一个TOR交换机，其中具有数百到数万个机架，以及因此具有数百到数万个TOR交换机。
【发明内容】
[0005]实施例光子交换结构包含第一标签检测器，其用于读取第一光标签以产生第一经检测标签，其中所述第一光标签与第一光包相对应，且其中所述第一光标签在控制波带中；以及交换机控制器，其用于根据所述第一经检测标签调整光子交换机。所述光子交换结构还包含所述光子交换机，其用于交换所述第一光包，其中所述第一光包在净荷波带中。
[0006]光子包交换的实施例方法包含通过光子交换结构从第一架顶(TOR)交换机接收与第一光包相对应的第一光标签，其中所述第一光标签在控制波带中；以及确定所述第一TOR交换机是否具有传输所述第一光包以产生第一竞争信号的权限。所述方法还包含通过所述光子交换结构向所述第一 TOR交换机传输所述第一竞争信号，其中所述第一竞争信号在所述控制波带中；以及当所述第一 TOR交换机具有传输所述第一光包的权限时，通过所述光子交换结构从所述第一 TOR交换机接收所述第一光包，其中所述第一光包在净荷波带中。
[0007]协调光子包的实施例方法包含通过架顶(TOR)交换机向光子交换结构传输包含光包的地址的控制信号，其中所述控制信号在控制波带中；以及通过所述TOR交换机从所述光子交换结构接收允许指示符。所述方法还包含根据所述允许指示符确定传输批准，且根据所述传输批准通过所述TOR交换机向所述光子交换结构传输所述光包，其中所述光包在净荷波带中。
[0008]前文已相当广泛地概述了本发明的实施例的特征，以便可以更好地理解接下来的本发明的【具体实施方式】。下文中将描述本发明的实施例的另外的特征和优点，所述另外的特征和优点形成本发明的权利要求书的主题。所属领域的技术人员应了解，所公开的概念及具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构或过程的基础。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效构造不脱离如在所附权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0009]为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中:
[0010]图1图示实施例数据中心；
[0011]图2图示实施例星形架构；
[0012]图3图示实施例环状架构；
[0013]图4图示实施例混合星形-环状架构；
[0014]图5图示实施例光子交换结构；
[0015]图6A到B图示净荷波带的光子波谱和实施例光源；
[0016]图7A到B图示信令和控制波带的另一光子波谱和另一实施例光源；
[0017]图8图示实施例光子包交换系统；
[0018]图9图示通过架顶(TOR)交换机协调光流量的实施例方法的流程图；
[0019]图10图示通过光子交换结构协调光流量的实施例方法的流程图；
[0020]图11图示用于混合光子包交换的实施例系统；
[0021]图12A到C图示光子包交换系统的波形和眼图；以及
[0022]图13图示用于光子包交换的另一实施例系统。
[0023]除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
【具体实施方式】
[0024]首先应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
[0025]实施例全光光子包交换机不使用光纤延迟线。光纤延迟线昂贵、体积大且大小有限。实施例光子包交换机还包含光空间交换机，而非光波导光栅(AWG-R)。一个实例使用同步竞争控制。在空间交换机中，一个端口在包的持续时间内连接到另一端口。不同的波长带用于信令和净荷。可以使用的一些波带是800nm波带、1310nm波带、和/或1550nm波带。在一个实例中，800nm波带是从750nm到850nm，1310nm波带是从1260nm到1360nm，且1550nm波带是从1510nm到1610nm。信令波带用于路由请求、同步、允许，以及用于光子交换机的操作的其它控制信号。预先发送标头，因此可以在包被发送之前接收到响应。因此，缓冲发生在电域而非光域。
[0026]图1图示数据中心100，即单中心三层数据中心。服务器组104各自包含N个服务器102。服务器组中的服务器连接到架顶(TOR)交换机106，即，最小交换机。服务器102和TOR交换机106被组织在机架中。TOR群108，即集群交换机，连接到TOR交换机106。存在每TOR组M个TOR交换机以及P个TOR群。TOR群108连接到光子交换机110，即，具有η个并行接口的ηΡΧηΡ光子交换机。在一个实例中，N = 48、M = 32、Ρ = 32且η = 1，所述实例具有50，000个服务器。流量从服务器102的源服务器路由经过TOR交换机106、TOR群108以通过光子交换机110进行交换。所述流量随后前进经过TOR群108和TOR交换机106而到达服务器102的目标服务器。
[0027]可以用于光学无缓存包交换机的另一架构是图2中图示的系统120。光子交换结构122以星形配置连接TOR或TOR群126。TOR或TOR群126连接到子网络124。在实例中，使用具有固定封套大小的封包方案。可以使用TOR群到TOR群编址策略，其中TOR群将目标TOR群地址编码成标签且经由信令带将所述标签传输到光子交换结构。同时，经由数据波带发送数据。
[0028]在通过图3中的系统130说明的另一个实例中，使用环状架构。TOR交换机134通过高容量光子环132在环中彼此连接。并且，TOR交换机134连接到子网络136。在一个实例中，高容量光子环132具有1.28Tbps的带宽。信令波带载送路由和管理信息两者。因为在环中节点的数目是有限的，所以可以使用有限数目的波长来对TOR交换机进行编址。例如，在1550nm范围中的12个波长中，一些波长可以用于对环节点进行编址且一些波长用于管理和控制