CN105164952A - 用于光子交换的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，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。

Description

用于光子交换的系统和方法

相关申请案交叉申请

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(SystemandMethodforOut-of-bandSignalingforBuffer-lessDatacenterPhotonicSwitchesandHighCapacityOpticalPacketRings)”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(SystemandMethodforPhotonicSwitching)”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

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

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。

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4×40Gb/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

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。

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。

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。

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

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：

图1图示实施例数据中心；

图2图示实施例星形架构；

图3图示实施例环状架构；

图4图示实施例混合星形-环状架构；

图5图示实施例光子交换结构；

图6A到B图示净荷波带的光子波谱和实施例光源；

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；

图8图示实施例光子包交换系统；

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；

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；

图11图示用于混合光子包交换的实施例系统；

图12A到C图示光子包交换系统的波形和眼图；以及

图13图示用于光子包交换的另一实施例系统。

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

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。

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。

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n个并行接口的nP×nP光子交换机。在一个实例中，N＝48、M＝32、P＝32且n＝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。

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。

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。信令波带还可以载送其它控制信号，例如拥塞状态、公平性、以及管理。

图4以系统140图示混合星形-环状架构。TOR交换机环与光子交换结构互连。光子交换结构142耦合到TOR交换机146，即中心TOR交换机。中心TOR交换机利用高容量光子环144连接到TOR交换机148。TOR交换机148随后连接到子网络150。

图5图示光子交换结构160，即，无缓存光子交换架构。存在信令或控制波带166和数据或净荷波带164的分离。例如，将1310nm的波长带用于净荷数据且将1550nm的波长带用于控制信令。

在1550nm波带中的硅光子收发器可以用于产生和接收控制信号。低成本法布里-珀罗(Fabrey-Perot)激光器可以用作高速波分复用(WDM)的光源。在TOR群中可以每网络的区段或跳存在一对集成的收发器。信令路径在两个点或节点之间载送点对点信息。在TOR交换机162处，在两个单独带中对目标地址和净荷数据进行编码和调制。标签在控制波长上调制且被传输到光子交换结构168，所述光子交换结构可以集成在光子集成电路(PIC)中。在实例中，激光器阵列是使用自动取放机和被动对准的结合到硅光子芯片上的倒装芯片。使用物理特征和对准标记，将阵列焊接在适当的位置，从而使激光器与其在硅光子芯片上的对应波导精确地对准。在硅芯片的波导上可以存在光栅以将宽带激光器转换成精确的WDM激光器。同时使用光刻掩模压印光栅。激光光栅使用硅工艺产生，因此可以使用激光器来产生所需的波长。

在光子交换结构168中，通过标签检测器170对标签信息进行解码。例如，标签检测器170可以是集成的波分复用(WDM)检测器。标签信号与波长分离。随后，通过被转换成电信号的光信号检测每个经分离波长信号的功率。在一个实例中，将经分离波长信号的功率转换成数字二进制信号，其中如果功率在阈值以上则产生1，且当信号在阈值以下时产生0，或反之亦然。数字信号随后可以指示对应模式的目标地址。

随后将经解码标签信息传递到交换机控制器174。在交换机控制器174中，在电域中执行竞争分析和调度。交换机控制器174可以在如现场可编程门阵列(FPGA)的也包含硅光子交换机的另一硅层中实施，或在专用集成电路(ASIC)等另一专用硬件处理器中实施。在一个实例中，允许或丢弃包。交换机控制器174调整在光交换机172中的连接以促进经允许包的交换，所述光交换机即，nP×nP光空间交换机。还将关于所允许的净荷隙的调度信息传递到合路器182。关于实例交换机控制器的更多的细节通过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(SystemandMethodforPhotonicSwitching)”的美国专利申请案案号HW81092589US02提供，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

通过光交换机172交换净荷数据。光交换机172可以是光空间交换机。光空间交换机是光子包交换机，其在光包的持续时间内将输入端耦合到输出端。在一个实例中，光交换机172是例如由硅制成的固态光子交换机。

经交换净荷数据任选地通过滤波器176滤波，所述滤波器通过净荷波长但滤除控制波长。滤波器176可以是带通或低通滤波器。滤波器176允许净荷波长通过而滤除控制波长。

随后，通过块178添加同步信息，所述块产生在λ₁处的脉冲，所述λ₁即在控制波带中的波长。同时针对目标TOR在λ₁上调制同步脉冲。当不存在竞争时，通过块180添加另一脉冲。在λ₂处，即在控制波带中的另一波长处的竞争脉冲可以在同步脉冲之前、之后或与之同时。在一个实例中，当产生竞争脉冲时，这指示不存在竞争，且用于所请求目标的包可以通过TOR交换机传输。缺乏竞争脉冲指示输出竞争，且所述包不应通过源TOR交换机传输。替代地，竞争脉冲指示缺乏竞争，且无脉冲指示竞争。块178和块180是1×N分路器。在一个实例中，它们是硅光子。

合路器182随后组合净荷数据、同步脉冲以及竞争脉冲。在一个实施例中，合路器是通过竞争脉冲控制的开/关交换机。当合路器处于开状态时，载送λ₂波长的波导与载送净荷数据的波导结合。竞争控制器确定哪个合路器将处于开状态。当不存在竞争时，产生竞争脉冲以发信号通知所述允许。此竞争脉冲促进λ₂与硅光子芯片内部的净荷和同步脉冲组合，并且将信号载送到目标TOR交换机。

光子交换结构168输出经交换净荷数据186、同步脉冲188以及竞争脉冲190。这些信号通过TOR交换机162接收。

在一个实例中，使用多个级联的交换机。

图6A到B图示实例净荷波长谱和光源。图6A图示使用低成本光学器件的净荷数据的波谱230。此类低成本实施方案的一个实例使用在1310nm波带中的四个波长s，即从1290nm到1310nm。可以使用四个25G的WDM激光器，总共100GE。替代地使用四个100G的WDM激光器，总共400GE，或者使用十六个25G的WDM激光器，总共200G。

图6B图示解复用器源232。光源242具有各自在25G处的四个波长，总共100G。在另一个实例中，使用四个10G的光源，总共40G。复用器位于传输侧中，而解复用器位于接收侧处。在净荷波带中的复用器和解复用器分别位于源TOR交换机和目标TOR交换机处。

图7A到B图示实例控制波谱波长和光源。图7A图示标签波带的波谱240。在此实例中存在针对低成本实施方案的在1550nm波带范围中的十二个波长，即从1490nm到1610nm，其间距是8nm。

图7B图示解复用源242。光源242具有用于信令和控制信号的12个例如1G的低速率光源。控制信号的复用和解复用发生在节点处。例如，对于单核心交换机，复用器存在于传输侧和光子交换机的出节点处。另一方面，解复用器存在于光子交换机的入节点处和接收侧。在光子交换机处的复用器和解复用器都在硅中与光子交换机集成。

图8图示光子包交换系统200，其中光子交换机208具有用于控制和信令的集成的WDM复用器和解复用器。TOR交换机202输出具有地址标签和净荷数据的控制波形。在一个实例中，多个光源产生在载波波长中的信令波长，利用目标地址调制所述信令波长以产生标签206。可以例如1Gb/s的低速率传输信令标签以节省功率。类似地，多个光源产生载波波长，利用净荷模式调制所述载波波长以产生净荷数据204。使净荷数据延迟至少往返时间加交换机处理时间，以便使TOR交换机获得传输净荷数据的批准。提前发送标签以作为针对输出目标的请求，且一旦接收到允许，就发送净荷。

将标签传输到光子交换机208。例如，光子交换机208是硅光子交换结构。通过波分复用器(WDM)210，即硅光子WDM，对标签进行解码，所述波分复用器可以与光子交换机208集成。WDM210可以为12×10G、1G或更低。WDM210分离出在控制波带中的波长。

随后，检测器212，即组合模拟检测器，确定波长的功率电平以产生数字电信号。低功率可以理解为0且高功率可以理解为1，或反之亦然。波长中的功率电平可以表示地址的位。

来自检测器212的输出前进到交换机控制器214。交换机控制器214决定当存在冲突时允许哪些连接以及拒绝哪些连接。例如，交换机控制器214决定允许或拒绝包。在一个实例中，丢弃被拒绝的包。替代地，调度被拒绝的包用于稍后的时隙。

随后，将经调制控制信号222发送到TOR交换机202。如果TOR交换机202接收允许，那么所述TOR交换机传输与所述允许相关联的净荷数据。如果TOR交换机202不接收允许，那么所述TOR交换机可以重新发送请求。在一个实例中，当使用基于同步时隙的交换时，TOR交换机202接收针对未来时隙的允许。净荷数据直接前进到光子交换结构216，即nP×nP光子空间交换机。交换机控制器214确定将哪个输入端连接到交换结构216的哪个输出端。随后以此配置通过光子交换结构216交换净荷数据。来自光子交换结构216的经交换净荷数据与在合路器218中的交换机控制器214的确定组合。最终，将经调制交换的净荷数据220发送到TOR交换机202，即目标TOR交换机。

在交换机入节点处的解复用功能和在交换机出节点处的复用功能在硅光子集成电路中与交换结构集成。在目标TOR交换机处确定载送来自源TOR交换机的数据的波带。信令波带将目标地址从源TOR交换机载送到交换机入节点，且将控制、同步和其它管理信息从交换机出节点载送到目标TOR交换机。

在每交换机跳处执行用于信令的复用和解复用功能。在源和目标TOR交换机处执行在数据波带上的数据的复用和解复用。

图9图示用于通过TOR交换机执行的协调光包的方法的流程图250。初始地，在步骤252中，TOR交换机传输包的目标信息。目标地址在波带中进行调制，例如，在1550nm波带的K个波长中。在一个实例中，K＝12，且在波带中的K个波长中的每一者处光的存在或不存在指示目标地址中的位。在实例中，十二位标签标识交换机的目标端口地址。十二位在十二个波长上进行编码。例如，在1500nm与1600nm之间的具有8nm间距的十二个波长用于在光子交换机结构中的信令复用和解复用的低成本实施方案。所述波长具有两个功率电平。低功率可以表示0且高功率可以表示1，或反之亦然。十二个波长对4096个端口进行编址。在其它实例中，使用四个、八个、十六个或另一数目的波长。端口可以连接到TOR群地址域或子网。关于波长编码的更多细节在2013年5月24日递交的发明名称为“用于多波长编码的系统和方法(SystemandMethodforMulti-WavelengthEncoding)”的第13/902,085号美国专利申请案中论述，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

响应于在步骤252中传输的地址，TOR在步骤254中接收来自光子交换结构的同步脉冲和允许指示符。所述允许指示是否已经授予TOR交换机传输包的权限。在一个实例中，跟随有允许脉冲的同步脉冲指示已经授予包传输的权限，且未跟随有允许脉冲的同步脉冲指示尚未授予包传输的权限。

接着，在步骤258中，TOR交换机确定是否已经授予传输包的权限。在一个实例中，跟随有另一脉冲的同步脉冲指示已经授予所述权限，而未跟随有另一脉冲的同步脉冲指示尚未授予所述权限。同步脉冲和允许脉冲可以在不同波长处。替代地，同步脉冲和允许脉冲在相同波长处。同步脉冲和允许脉冲可以在控制波带中。当未授予传输包的权限时，TOR交换机前进到步骤252以重复此过程。当授予权限时，TOR交换机在步骤260中传输包。使用集成的WDM收发器在净荷波长上调制所述包。

图10图示用于通过光子包交换结构执行的协调包的方法的流程图400。初始地，在步骤402中，接收目标信息和净荷包。目标信息和净荷包可以在不同的波带中。例如，净荷包在1310nm波带中，且目标信息在1550nm波带上。

随后，在步骤404中，从控制波带提取未来包的目标地址。例如，对目标地址信息进行波长滤波以分离出所述波长。确定在每个波长处是否存在功率。在一个实例中，在波长处光功率的存在指示1位，且光功率的不存在指示0位。位模式可以用于确定未来包的目标地址。

接着，在步骤406中，执行调度，使得在给定时间处，每个输入端口和输出端口仅使用一次。批准一些包进行传输，而拒绝其它包。在一个实例中，丢弃被拒绝的包。替代地，调度被拒绝的包用于稍后的时隙。

在步骤408中，交换净荷数据。这通过例如光空间交换机完成，所述光空间交换机在包的持续时间内维持连接。在光空间交换机中的连接可以基于用于当前时隙的经调度包来设定。光空间交换机可以是固态光子交换机。

在步骤410中，任选地对经交换净荷数据进行滤波以使得能够传输净荷数据且滤除控制波长。例如，可以使用带通滤波器或低通滤波器。

接着，在步骤412中，产生同步和竞争信号。同步脉冲可以使用专用波长来使TOR交换机同步。对于授予传输包的权限的TOR交换机，同步脉冲可以跟随有竞争脉冲，且如果未授予权限，则同步脉冲后面不跟随任何事物。竞争脉冲和同步脉冲可以是在控制波带内的不同波长。

最终，在步骤414中，将同步信号、竞争信号以及经交换净荷包传输到TOR。经交换净荷信号在净荷波带上进行调制而同步和控制信号在控制波带上进行调制。同步信号和竞争信号可以作为标签在相同波带上传输。

图11图示系统270，即具有电力交换机298和光子交换机306的实施例系统，其中短包通过电力交换机298交换且长包通过光子交换机306交换。关于其中短包通过电力交换机交换且快速包通过光子交换机交换的包交换系统的另外的细节在2013年5月24日递交的发明名称为“用于分流包流的系统和方法(SystemandMethodforSteeringPacketStreams)”的第13/902,008号美国专利申请案中论述，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

服务器272和274耦合到TOR交换机280，而服务器276和278耦合到TOR交换机282。用于TOR交换机280和TOR交换机282的光信号分别通过光至电转换器284和286转换到电域。

处理器288处理包，所述处理器即可以是TOR交换机280和282的一部分的现场可编程门阵列(FPGA)。传入包通过入节点291和入节点294处理，而传出包通过出节点292和出节点296处理。在TOR交换机280和282与处理器288之间的链路是10千兆以太网。在入节点291和入节点294中，长包与短包分离。长包通过解决包竞争而准备用于光子交换。竞争长包通过在288中的竞争控制来处理。在解决竞争之后，压缩包且对其进行按位加扰，并且添加光子目标标签。标签跟随有经加扰媒体接入控制(MAC)帧。通过压缩长包，存在足以插入光子标签的包间隙，且存在更多的时间用于光子交换机连接建立且用于在目标聚合交换机处的接收器同步。包压缩通过升高在输出物理层上的时钟速率来实现。长包在11.35Gb/s处超频10％。标签是在11.35Gb/s处的短模式。关于包压缩的另外的细节通过2013年5月24日递交的发明名称为“用于使包加速和减速的系统和方法(SystemandMethodforAcceleratingandDeceleratingPackets)”的第13/901,944号美国专利申请案提供，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

在出节点292和出节点296处，执行反向操作。接收光子长包和电子短包。对包进行重新排序且将其作为互联网协议(IP)/以太网包朝向目标TOR交换机转发。

随后通过电至光转换器290、293、295以及297将经处理包从电域转换到光域。短包被路由到电至光转换器290和295且前进以通过电力交换机298进行交换。

长包被路由到光子交换机306，即4×4锆钛酸铅镧(PLZT)光子交换机。光子交换机306的交换时间是约10ns到20ns。光纤分路器301将功率的10％引导至光至电转换器302。电信号用于通过交换机控制器304控制光子交换机306，所述交换机控制器即基于FPGA的交换机控制器。光纤延迟线303使信号延迟足够长以使交换机控制器在包到达之前读取光子标签且设定交换机连接。

图12A到C图示来自图11中的系统270的结果。服务器272发送具有四个不同目标MAC地址的以太网包，每个目标MAC地址指定到光子交换机306的不同光子输出端口。图12A图示具有在光子交换机306的四个输出端口上的包波形的曲线图310。光接收器电压极性反转，在不存在光时具有水平线且在存在经交换包时具有波形。

图12B图示具有光子交换机306的输出端口1和2的详细输出包波形的曲线图320。输出端1完成光子帧传输，且输出端2开始发送前同步信号和光子标签。交换机响应时间是12ns，用于接收器同步的残余前同步信号是15ns，且起始帧分隔符(SFD)时间是12ns。

图12C图示具有经交换信号的眼图的曲线图330。因为总处理时间是130ns，所以用于控制处理的时延是大约130ns减交换机响应时间减残余前同步信号时间，或103ns。此延迟可以通过21m的延迟线来补偿。

图13图示系统340，即使用光空间交换的实施例光子交换系统。系统340可以是图5中的系统160的实施方案。不同的波带用于控制信号路径和净荷数据路径。光子路由标签用于前向路径上。在返回路径上的信令用于竞争控制和同步。

服务器网络342通过模拟器344和模拟器346来模拟。模拟器344和346包含小形状因数可插拔收发器(SFP)348、350、352以及354，所述收发器连接到TOR交换机356、358、360以及362。将信号发送到FPGA366。

在FPGA366中，通过SFP368接收信号。这些信号通过前端适配器372前进。通过标签产生器374产生标签。通过SFP378将信号和群输出到光子交换结构386和FPGA390。

通过光至电转换器398将标签的光信号转换到电信号，且通过FPGA390接收标签的光信号。通过处理器396来处理所述信号。随后，通过控制信号提取器394来提取控制信号。随后通过低压差分信号(LVDS)将控制信号转换到晶体管-晶体管逻辑(TTL)板392。

数据波路径信号和信令波路径信号通过复用器380进行多路复用，其中数据在40GE处且信令在10GE处，并且所述数据波路径信号和所述信令波路径信号被输出到光子交换结构386。来自FPGA390的控制信号也被输入到光子交换结构386。光子交换结构386是4×4光空间交换机。信号进行交换且被输出到FPGA366。

信号通过解复用器382和SFP378接收。通过后端适配器376处理所述信号。通过FPGA夹层卡(FMC)将信号转换到超小型A型(SMA)转换器370。信号通过电至光转换器364转换到光信号，且前进到TOR交换机356、358、360以及362。

虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其它特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或组件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (21)

1.一种光子交换结构，其特征在于，包括：

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，并且其中所述第一光标签在控制波带中；

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；以及

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。

2.根据权利要求1所述的光子交换结构，其特征在于，进一步包括耦合到所述光子交换机的同步光脉冲单元，其中所述同步光脉冲单元用于产生同步光脉冲，并且其中所述同步光脉冲在所述控制波带中。

3.根据权利要求2所述的光子交换结构，其特征在于，进一步包括耦合到所述光子交换机的竞争脉冲单元，其中所述交换机控制器用于根据所述第一经检测标签产生竞争信号，其中所述竞争脉冲单元用于根据所述竞争信号产生竞争脉冲，并且其中所述竞争信号在所述控制波带中。

4.根据权利要求2所述的光子交换结构，其特征在于，进一步包括耦合在所述光子交换机与所述同步脉冲单元之间的滤波器。

5.根据权利要求1所述的光子交换结构，其特征在于，第一标签检测器包括用于产生多个控制光信号的波分复用器。

6.根据权利要求5所述的光子交换结构，其特征在于，进一步包括用于根据所述多个光信号产生多个电位的光能检测器。

7.根据权利要求1所述的光子交换结构，其特征在于，进一步包括第二标签检测器，所述第二标签检测器用于读取第二光标签以产生第二经检测标签，其中所述第二光标签与第二光包相对应，其中所述第二光标签在所述控制波带中，其中所述第二光包在所述净荷波带中，其中所述交换机控制器进一步用于根据所述第二经检测标签调整所述光子交换机，并且其中所述光子交换机进一步用于交换所述第二光包。

8.根据权利要求1所述的光子交换结构，其特征在于，所述控制波带是1550nm波带并且其中所述净荷波带是1310nm波带。

9.根据权利要求1所述的光子交换结构，其特征在于，所述净荷波带具有四个或更多个波长。

10.根据权利要求1所述的光子交换结构，其特征在于，所述光子交换结构用于耦合到多个架顶(TOR)交换机。

11.根据权利要求1所述的光子交换结构，其特征在于，所述光子交换机是光空间交换机。

12.根据权利要求1所述的光子交换结构，其特征在于，集成电路包括：

所述光子交换机；

复用器；以及

解复用器。

13.一种光子包交换的方法，其特征在于，所述方法包括：

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；

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；

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。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括：

根据所述第一光标签交换所述第一光包以产生经交换光包；以及

通过所述光子交换结构向第二TOR交换机传输所述经交换光包。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括通过所述光子交换结构从第二TOR交换机接收与第二光包相对应的第二光标签，其中所述第二光标签在所述控制波带中，其中确定所述第一TOR交换机是否具有传输所述第一光包的权限包括确定所述第一光包是否与所述第二光包冲突。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：

通过所述光子交换结构向所述第一TOR交换机传输第一同步脉冲；以及

通过所述光子交换结构向所述第二TOR交换机传输第二同步脉冲。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：

确定所述第二TOR交换机是否具有传输所述第二光包以产生第二竞争信号的权限；以及

通过所述光子交换结构向所述第二TOR交换机传输所述第二竞争信号，其中所述第二竞争信号在所述控制波带中。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述控制波带是1550nm波带且所述净荷波带是1310nm波带。

19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述控制波带是1310nm波带且所述净荷波带是1550nm波带。

20.一种协调光子包的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过架顶(TOR)交换机向光子交换结构传输包括光包的地址的控制信号，其中所述控制信号在控制波带中；

通过所述TOR交换机从所述光子交换结构接收允许指示符；

根据所述允许指示符确定传输批准；以及

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。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，进一步包括通过所述TOR交换机从所述光子交换结构接收同步脉冲，其中所述同步脉冲在所述控制波带中。