用于在基于硅光子的交换机矩阵中的串音和功率优化的方法
【专利说明】用于在基于硅光子的交换机矩阵中的串音和功率优化的方法
相关申请案交叉申请
[0001]本发明要求2013年5月I日递交的发明名称为“用于在基于硅光子的交换机矩阵中的串音和功率优化的方法(Method for Crosstalk and Power Optimizat1n inSilicon Photonic Based Switch Matrices) ” 的第 61/818，296 号美国临时申请案的在先申请优先权，且要求2013年9月4日递交的发明名称为“用于在基于硅光子的交换机矩阵中的串音和功率优化的方法(Method for Crosstalk and Power Optimizat1n inSilicon Photonic Based Switch Matrices) ” 的第 14/018，273 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]本发明涉及光子集成电路(PIC)，且在特定实施例中，涉及用于在基于硅光子的交换机中的串音和功率优化的方法。
【背景技术】
[0003]现代的光网络可以使用NXN光子交换结构来使在中心局和其它网络交换位置中的输入和输出互连。NXN光子交换结构可以包含多个无源娃光子单兀。举例来说，8X8光子交换机可以包含总共112个I X 2光子单元，其中所述光子单元的一半是I X 2且另一半是2X1。实际上，光子单元显示出非理想性能，使得信号的至少一部分泄漏到未选定的输出。例如，在具有“条形”配置(例如，输入-1连接到输出-1)的1X2光子单元中，信号的至少一部分将在输出上-2泄漏。同样地，在具有“交叉”配置(例如，输入-1连接到输出-2)的1X2光子单元中，信号的至少一部分将在输出-1上泄漏。信号泄漏的程度可以取决于光子单元的消光比，其中具有高消光比的光子单元显示出比具有低消光比的光子单元更少的泄漏。在个别光子单元上的信号泄漏在整个交换机结构上累积且最终导致在NXN光子交换机中的各输出端口之中的串音噪声，所述串音噪声降低了网络性能。因此，需要用于减少在NXN光子交换机中的串音的技术和机制。
【发明内容】
[0004]通过本发明的实施例总体上实现各技术优点，所述实施例描述用于在基于硅光子的交换机中的串音和功率优化的方法。
[0005]根据实施例，提供一种用于减少串音的方法。在此实例中，所述方法包含建立在光子交换结构的输入端口与输出端口之间的活动连接。所述光子交换结构由多个光子单元组成。建立活动连接包括激活在多个光子单元中沿着活动连接的连接路径定位的光子单元。所述方法进一步包含通过激活在多个光子单元中的至少一些未使用的光子单元来抑制在光子交换结构中的串音。未使用的光子单元排除在活动连接的连接路径之外。还提供一种用于执行此方法的装置。
[0006]根据实施例，提供一种光子交换结构。在此实例中，光子交换结构包含多个输入端口、多个输出端口、親合在输入端口与输出端口之间的多个光子单元。所述光子交换结构进一步包含控制面，所述控制面用于根据连接映射通过进行以下操作来配置光子交换结构:激活在多个光子单元中的已使用的光子单元以建立在输入端口与输出端口之间的活动连接，以及激活在多个光子单元中的至少一些未使用的光子单元以抑制串音在光子交换结构上的传播。
[0007]根据另一实施例，提供一种用于确定空闲信元的交换配置以抑制在光子交换结构中的串音的方法。在此实例中，所述方法包含确认NXN光子交换网络的连接映射。NXN光子交换网络包含输入端口、输出端口以及多个光子单元(PE)。多个PE经安排以形成耦合到输入端口的第一列PE、親合到输出端口的最后一列PE、以及定位在第一列PE与最后一列PE之间的多个N/2XN/2交换模块。所述方法进一步包含根据递归算法确定用于NXN光子交换网络的串音抑制映射。所述递归算法需要在确定用于N/2XN/2交换模块的最内列中的空闲PE的交换配置之前确定用于N/2XN/2交换模块的最外列中的空闲PE的交换配置。
【附图说明】
[0008]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:
[0009]图1A图示在条形配置中的实施例光子单元的图式；
[0010]图1B图示在交叉配置中的实施例光子单元的图式；
[0011]图2A到2B图示光子交换结构的图式；
[0012]图3图示实施例光子交换结构的图式；
[0013]图4图示Benes网络的递归构造的图式；
[0014]图5图示扩张型榕树架构的图式；
[0015]图6图示扩张型榕树架构的最大串音的图式；
[0016]图7A到7B图示对于给定连接映射的串音优化的图式；
[0017]图8图示描绘串音单元的直方图的图；
[0018]图9图示描绘总体功耗的图；
[0019]图10图示描绘用于串音优化的各种串音分布的表；
[0020]图11图示描绘优化方法以及相关联的平均串音分布和功耗的表；
[0021]图12图示用于硅光子电路的8X8路由和选择交换机的图式；
[0022]图13A到13B图示实施例8X8光子交换网络的图式；
[0023]图14图示4X4光子交换子网的对称性质的图式；
[0024]图15图示用于4X4光子交换子网的实施例交换配置的图式；
[0025]图16A到16D图示用于4X4光子交换子网的另外的实施例交换配置的图式；
[0026]图17A到17P图示用于4X4光子交换子网的又另外的实施例交换配置的图式；
[0027]图18A到18L图示用于4X4光子交换子网的又另外的实施例交换配置的图式；
[0028]图19A到19H图示用于2X2光子交换子网的实施例交换配置的图式；
[0029]图20图示针对不同的声交换架构和不同水平的单元串音的串音惩罚值的图；
[0030]图21图示用于执行本发明的各方面的实施例设备的图式；以及
[0031]图22图示用于执行本发明的各方面的实施例处理系统的图式。
【具体实施方式】
[0032]下文将详细论述本发明实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
[0033]光子单元取决于是否供应了功率信号而以或者有源(即，供电)模式或者无源(即，未供电)模式操作。在有源模式中，通过运营商选择光子单元的交换配置以确定将哪个输出连接到输入。在无源状态中，交换配置并不由运营商确定，而是替代地取决于环境条件(例如，温度、时间等)和/或光子单元的特性而改变。常规的光子交换结构用于仅向建立连接所需的那些光子单元供应功率信号，这允许排除在活动连接之外的光子单元出于节约功率的目的而保持无源。然而，无源光子单元仍然存在于交叉或条形配置中，且因此在交换结构内形成非活动连接。这些非活动连接允许串音传播到输出端口，由此产生在输出信号中的噪声且减小信号功率与噪声功率的比值。
[0034]本发明的各方面通过以抑制串音在交换结构上的传播的方式激活选定的未使用的光子单元以便操纵非活动连接来抑制在光子交换结构中的串音。更确切地说，可以将未使用的光子单元设定成交叉或条形配置以阻止一阶和二阶串音传播到输出端口，由此减少在输出信号中的噪声。在一些实施例中，可以激活所有未使用的单元以便使串音抑制最大化。在其它实施例中，可以激活少于所有未使用的单元的未使用单元以实现在串音抑制和能量节约之间的平衡。在一些实施例中，光子交换机架构用于将预定模式的串音抑制(例如，经激活未使用信元的模式)用于各种交换配置。在一些实施例中，可以存在用于每个配置的多个模式以便实现不同水平的串音抑制和功耗。本文中所描述的串音抑制技术允许光子交换机用于各种网络和/或噪声条件。另外，本发明的串音抑制技术提供在光子单元的制造和/或获取中的增加的灵活性，因为包含较低质量光子单元(例如，具有低信噪比(SNR)或低消光比的光子单元)的交换结构可以实现与使用更加难以制造的较高质量光子单元的那些交换结构相似的性能。本发明的各方面进一步提供用于确定用于在NXN架构中的各种连接映射的串音抑制映射的递归算法。
[0035]光子单元以多种配置出现，包含1X2和2X2配置。本文中所包含的描述论述主要在1X2配置的情形下的光子单元。然而，本发明的各方面是可延伸到其它光子单元配置的，包含(但不限于)2X2配置。光子单元可以呈或者条形或者交叉配置。图1A图示包括条形配置的光子单元110，其中输入端口(输入-1)连接到第一输出端口(输出-1)，而图1B图示包括交叉配置的光子单元120，其中输入端口(输入-1)连接到