专利名称：用快速竞争解决设计的快速切换可升级光互连的制作方法
相关申请交叉引用本申请要求获得美国临时专利申请号60/431063的35U.S.C.§119(e)下的优先权，该美国临时专利的申请日期为2002年12月4日。
背景技术：
发明领域本发明一般涉及高带宽，高速光学互连系统，并特别地涉及快速切换或光信号包切换的光通信或互连系统，具有快速，有效竞争解决。
背景技术：
因为通信和互连系统的能力和灵活性的增加，电子元件的能力受到了挑战。随比特率的日益增加，功耗，阻抗，和交扰的管理变得明显地困难。许多并行的电子处理器能处理高比特率，但随着互连或网络性能的日益增加，作为整体，合成电子结构的复杂性，及并行处理器和支承装置的功耗变得难以管理。同样，在具有高度互连的高比特率的高度并行系统中，竞争解决或时序安排变成了瓶颈问题。
光学互连和通信系统提供实现更高级的性能的能力结构简单和低逻辑复杂性，低功耗，并导致更高可靠性。特别在管理信号流中，例如高并行超级计算机的互连并行处理结构所需的，高速切换光学互连对电子互连及对电子切换光学互连是更可取的。然而，即使在光学领域内，因为节点数量和支持的数据速率的增加，竞争解决或信息或信息包流的次序及有效控制变成令人畏缩的任务。
发明简述本发明提供一种光互连结构，用于同步光互连或网络，即以最高数据速率能高度地可升级许多端口。该可升级性(scalibility)重要地涉及能影响竞争解决或数据流经过互连的时序控制的体系结构。
依据本发明的一个方面，提供一种可升级(scalable)光互连，所述光互连包括多个发送器；多路复用子系统，构成或配置成能依据正交多路复用方案，能将多个发送器的信号组合进一条或多条传输光纤；宽带突发模式接收机，构成或配置成以能从多个发送器中的任何一个发送器接收任何信号；分布子系统，构成和配置成能独立地和同时地将每个发送器的信号分布给每个接收机；及一个或多个选择子系统，构成和配置成能在小于1微秒内从正交多路复用方案内选择单个通道。
依据本发明另一方面，提供一种可升级光互连，在沿所述有的至少两正交切换维，以小于1微秒的切换速度，能进行透明光切换。希望地，但不是必需，这些至少两个维度包括间隙和波长。
依据本发明的又一方面，可升级光互连包括多个本地发送器；比特时钟，给多个发送器提供比特时钟信号；10纳秒开关或更快的开关，用于在所述多个发送器内进行选择；及突发模式接收机，构成及配置成经过所述开关，从所述本地发送器接收突发数据(burst of data)，由此，突发模式接收机仅需要获取与每个突发数据相关的比特相位，而不是比特频率，不同时获取比特频率和比特相位。
依据本发明的又一方面，提供一种分布可升级竞争解决和资源安排子系统，该子系统包括多个输入控制通道；多个输出控制通道；分布在一个或多个处理器上的多个逻辑处理，所述逻辑处理的第一处理，专用于解决来自发送器的信号中的竞争，所述信号竞争第一子集共享资源；所述逻辑处理的第二处理，专用于部分地依据来自所述第一处理的输出，解决来自发送器的信号的竞争，所述信号竞争光互连内的第二子集共享资源，并其中，所述第一子集和第二子集是单独多路复用和选择的。
依据本发明又一方面，提供一种在光互连内竞争解决和资源安排的方法，所述方法包括步骤解决来自发送器的信号的竞争，所述信号竞争互连内的第一子集共享资源；部分地依据解决来自发送器的信号的竞争的结果(所述信号竞争第一子集共享资源)，来解决来自发送器的信号的竞争，所述信号竞争光互连内的第二子集共享资源，其中所述第一子集和所述第二子集是单独多路复用并可选择的。
在下面的详细描述中将阐明本发明另外的特征和优点，并且那些技术熟练人员将从描述中容易明白或通过实现按这里描述的本发明将认识到，包括下面的详述，权利要求性，以及附图。
应当明白本发明实施例前述的一般描述和下面的本发明实施例的详细描述都旨在提供一种概观或结构，用于理解本发明的性质和特性，如根据权利要求的。附图旨在提供进一步地理解本发明，并入并构成本说明的一部分。附图与本说明一起描述本发明的各种实施例，用于解释本发明的原理和操作。
附图简述
图1是依据本发明光互连的一个实施例的原理框图；图2是依据本发明光互连的另一个实施例的原理图；图3是原理图，示出一部分图1实施例的更详细实施例；图4是原理图，示出一部分图1实施例的更详细实施例；图5是依据本发明分布子系统的一个实施例的原理图；图6是依据本发明分布子系统的另一个实施例的原理图；图7是依据本发明分布子系统的又一个实施例的原理图；图8是依据本发明阵列放大器模块的一个实施例的原理图；图9是依据本发明阵列放大器模块的另一个实施例的原理图；图10是依据本发明空间选择器的一个实施例的原理图；图11是依据本发明另一个空间选择器的一个实施例的原理图；图12是依据本发明波长选择器的一个实施例的原理图；图13是依据本发明另一波长选择器的一个实施例的原理图14是依据本发明又一波长选择器的一个实施例的原理图；图15是依据本发明又一波长选择器的一个实施例的原理图；图16是依据本发明又一波长选择器的一个实施例的原理图；图17是依据本发明又一波长选择器的一个实施例的原理图；图18是利用波带的选择脚的一个实施例的原理图；图19是利用波带的选择脚的另一个实施例的原理图；图20是利用波带的一个选择脚的又一个实施例的原理图；图21是依据本发明实施例的多级正交光互连的原理图；图22是依据本发明实施例的分布竞争解决处理和处理器的原理图；图23是依据本发明实施例，由图22的所述分布竞争解决处理和处理器执行的处理框图。
较佳实施例详述本发明为可升级快速切换(最小等待时间的信号包切换)光互连提供一种实用的坚固结构，及用于在这样互连内快速，可升级竞争解决的装置和方法。这里所用的“互连接”或“互连”不限制于特定距离或地形，但本发明的互连是最佳的并打算同步操作，并能以高数据速率进行光学信号包发送。
在下面连同附图描述的本发明较佳实施例中，只要在整个附图中涉及相同的或相似的部件，将使用相同的参考数字。
在本发明类型的开关结构和方法中的基本统一原理是在多路正交域中使用多路复用和高速切换。在最低层次，使用两个维度，希望的空间(波导或光纤)及波长。使用M光纤和N波长的两个维度，M×N个信息发送器(“数据源”)和M×N个信息接收器(“接收装置”)能按不阻塞方式进行互连。在这样的两个维度中，光纤和波长多路复用互连，光纤的切换功能或“选择性”能位于数据源附近或接收装置附近，并且波长的选择性也可位于数据源附近或接收装置附近，如下面的例子描述的。
图1示出两个维度(光纤-波长)互连10的图示，在本发明的上下文中是有用的，在这两个维度互连中，光纤选择性和波长选择性都位于接收装置侧，如与数据源侧相反。总M条传输光纤12(在图中M＝8)用于发送来自多个数据源的信息，在图中由调制器阵列14表示。由光纤阵列15中的光纤将未调制光馈送给调制器阵列14内的每个调制器。每个调制器赋给N种颜色中的一种(在图中N＝8)，由数据源光纤阵列15的各自相关光纤将每种颜色携带给各自的调制器，在图中由基准字符13表示不同颜色行。由多路复用器20中的一个将每个调制器赋给(multiplexed on)传输光纤12中的一条光纤。这样，如图中所示的，调制器阵列14和馈送光纤阵列15是8×8阵列，这个阵列是由图中方向16表示的颜色(波长)和图中方向18表示的光纤(相应于光纤12)多路复用。这样，每个数据源通过它相应的调制器，赋予唯一的光纤-波长座标对。这样，接互连的接收装置或接收侧上选择脚的任务，如下面描述的，是能为每个选择脚选择任意时刻上的光纤-波长坐标的任何一个，独立于任何其他接收装置。
调制器阵列14的调制器可替代地是自含数据源，例如自含激光加调制器装置，或直接调制的激光器。在调制器是在数据源外部的情况中，希望在互连控制系统或与数据源相关的本地节点的控制下，允许灵活地改变某一给定数据源的颜色。外部调制器一般也能比直接调制执行的更好，即更快，并且具有较小的线性调制脉冲或其他非线性特性。
如需要，来自调制器阵列14的调制器的光纤-颜色多路复用信号可随意地由放大器22进行放大，然后分流到8个不同的选择脚30。对于选择脚30中的每条分别选择脚，M个分接头(tap)，每个分接头来自光纤12的每一条，馈送给空间开关阵列24的各自空间开关。空间开关阵列24的各个空间开关从M条分接线中选择导线来接收信号，并将信号传递给波长选择器阵列26的各个波长选择器。波长选择器选择在各自选择脚30上接收的N波长中波长，。这样，选择脚30的每个选择脚能从调制器阵列14的M×N个调制器中进行选择接收。
在图1的实施例中，对于光纤12的每条光纤，未经8个分接头分流给8个选择脚30的信号量经放大器28的相应放大器进行放大，以给另8个选择脚30A提供信号功率，另外，经空间开关24A和波长选择器26A选择M×N光纤-波长坐标中的任何一个。在由放大器28A进一步放大后，光纤12上的信号遭遇到复制的选择脚结构，如图中省略号表示的。希望地，提供超过图中实际显示的足够量的附加选择脚，以允许数据源和接收装置的全部M×N结构，每个接收装置有一个选择脚，希望地有两个或多个选择脚。
在图1的实施例，及接着描述的图2实施例中，沿N互连光纤12到选择脚的信号分布方案是基本总线结构。然而，应当注意，这远非仅是替代结构。下面将描述用于将信号从N互连光纤12分布到选择脚的其他结构。
图2示出替代的两个维度(光纤-波长)互连10的图，在图中，光纤选择性位于数据源侧，而波长选择性位于接收装置侧。利用总M条光纤12发送来自在图中由调制器阵列14表示的M×N数据源的信息。由数据源光纤阵列15中的光纤将未调制的光馈送给调制器阵列14中的每个调制器。每个调制器赋予N种颜色中的一种颜色，每种颜色由数据源光纤阵列15中的各自相关光纤携带到各自调制器，在图中由参考字符13表示不同颜色行。由M×N空间开关32的一个将来自每个调制器的信号选择地发送给光纤12中选择的一条光纤，M×N空间开关32中，总数为N。如图中所示，调制器阵列14和数据源光纤阵列15是M×N阵列，这个M×N阵列由图中方向16表示的颜色(波长)，及图中方向18表示的光纤多路复用。与图1结构的不同之处实际上在于数据源光纤阵列15的光纤未按某一固定图案映射到M光纤12，但每条选择地沿方向18的一维地发送给M光纤12中选择的一条。这样，每个数据源，经过它相应的调制器，赋予唯一波长，但在数据源侧发送给一条选择光纤。这样，该互连的接收装置或接收侧的任务是在每个选择脚上能随时地选择任何一种波长，独立于任何其他选择脚。
来自调制器阵列14的调制器的光纤发送的和颜色多路复用的信号经放大器22放大，然后分流到8个8路分路器34。8条分路通路中的每条通路能将所有波长携带给波长选择器阵列26中的各自波长选择器。这样每个接收装置位于特定光纤地址。给每个数据源赋予某一特定颜色，而相关的空间开关32选择能传送来自数据源的信号的光纤12的光纤。对于每个接收装置，波长选择器26的各自波长选择器选择要接收的波长。这样，64个总接收装置中的每一个能有效地选择接收来自调制器阵列14的64个调制器的任何信号。
读者将认识替代实施例可具有数据源侧的波长选择性，和接收装置侧的光纤选择性，或数据源侧的波长和光纤选择性，在接收装置侧仅使用无源单波长接收器。
更重要地，这些类型的结构能扩展到多于两正交维。例如，波长，空间，和时间域能正交地用于进一步多路复用。极化，特别地两个维度极化方式，例如在单模极化维持光纤中，同样能用作为另一正交维，用于进一步多路复用。有趣地，如下面更详细解释的，波长域能细分成该频带内的波带和波长通道，并且波带和波长通道两者在互连内起着单独的正交维的作用。的确，如下面解释的，在时间域上，在本发明的互连中，较佳地使用至少3正交维。
在图21中原理性表示出类似于上面图1的一种互连，但归纳为4正交维(four orthogonal dimension)。在图左侧是发送多路复用器，在随后各级中，这些发送多路复用器将数据通道组合覆盖在维1，2，3上的，例如有可能表示波长，波段，及极化，或作为又一个例子，表示波长，窄空间波段，及宽空间波段。然后第一个3维在空间维上进行多路复用(如果希望多于一个空间维(one spacedimension))，完成该多路复用。然后这些多路复用信号经广播网络(基本上是全通分路器(splitter))单独地分布给所述有选择器(或选择脚)。每个选择脚包括，希望首先按次序，空间选择器，所述空间选择器选择某一给定空间维的全部内部，并将所述内容传送给选择脚的剩余部分。然后，选择器功能3，2，和1继续从剩余内容中淘汰选择(down-selection)到单个通道，直到希望的内容都维持在那脚上为止。每个选择脚能选择独立于所有其他选择脚的内容。
目前最佳的是图1类型的结构，其中，在互连的接收装置侧实现所有选择性。这便利于对高速信息包传送切换的及时控制，并潜在地允许无限制地多点传送。在下面表1中示出用具有每秒40G比特流的节点数可实现的升级。
表1---节点数
如读者将认识到如果可接受每接收装置低比特率时，时间域的多种复用能明显地倍增表I的节点计数。例如，当每个节点表示小量用户的平均需求，能使用这种能力，所述小量用户例如是人们的邻居或CPU的本地网络。
希望在图1类型的互连中能应用共享的连续波(“CW”)WDM数据源阵列，馈送给图1的光纤阵列15。图3的图示出图1互连的数据源侧更详细节，包括连续波WDM数据源阵列36。对阵列36希望是商用分布反馈激光器(“DFB”激光器)。这些数据源提供高质量的CW光，所述高质量CW光是由数据源分布光纤38从阵列36携带的，并经分接头传送给光纤阵列15的光纤。在特定大型(large-scale)实施例中如果希望在分布光纤36内维持适当功率，可使用阵式单通道放大器模块40。每条光纤的数据源能聚合成多数据源模块42，每个模块42包括调制器14，用于光纤12的各条光纤；及多路复用器(或组合器)20。较佳地，波长多路复用器位于希望具有最高性能的位置，因为多路复用器起着能滤去来自调制器14和其他数据源的任何带外噪声。数据源44(仅为一个数据源模块示出)馈送给调制器14，所述调制器14愿望地是高速电吸收(“EA”)调制器，或高速电-光(“EO”)调制器。激光源阵列36，经过典型的热-电稳定，与相当低功率EA模块14保持空间地和热隔离，使积聚在调制器及调制器附近的潜在热能减少到最小。
又如图3所示，带外发送的数据可由光信号源46加到互连光纤12上。由阵列多通道放大器模块48在光纤12上维持适合的功率电平。
图4示出图1互连的接收装置侧的更详细节。如图4所示，多通道放大器模块，例如多通道放大器模块48可在互连的接收装置侧内按所需的空间重复放置，以在互连光纤12上保持适合的功率电平。发送数据可光学复制(例如经波长选择分接头)，并经发送数据接收器阵列50可从每条总线光纤中接收。
图5-7示出三种替代示范性分布子系统，有用于将来自数据源分布光纤38的颜色源分布到数据源光纤15(如图3所示)，并有用于将来自互连光纤12(如图3所示)的调制信号分布到选择脚30(如图1和4所示)。仅在高节点刻度(scale)需要放大版本(version)，并可使用如上面参考图3和4讨论的放大器模块，而不是单个放大器。为了简化讨论，在图5-7中，在披露的分布子系统配置中示出带有单放大器的一条单光纤(或带有单个放大器)。应当明白，图5-7所示的放大器可代表放大器模块的相应部分，例如，图3和4所示的那些。
对于颜色数据源的分布，所需的分接头数一般等于N，互连的波长域中的波长数(每条互连光纤的波长数)。(调制信号分布所需或希望的分接头数通常相当高)图5示出在由放大器54放大之后的一连串N个总分接头52。那么，从左到右的分接率应当是1∶N，1∶(N-1)，1∶(N-2)，1∶(N-4)，…4∶1，3∶1，2∶1和最后的1∶1。图6示出一个1∶8星形分接在该1∶8星形分接中，有7个分支和本地分接头52，并且分支中的一个经放大器54放大，用于进一步分接。图7示出均匀损耗放大的星形分接，带有位于任何分裂和分布之前的放大器54，如需要遍及该星形的分支。这种类型的分接方案可用于达到最高性能和最大可升级性(scalability)，并在互连的接收装置或接收器侧特别有用，在这里通常希望相当高的分接数。
在本发明的光互连中，为了最好地按比例扩大到所需放大能力，放大器能力在可能的位置可共享，除非添加到便利共享的元件费用高于放大器费用的减少。特别地，在使用阵列放大器模块的位置，可用单个放大器56能实现图3的阵列单通道放大器模块40，该单放大器56由组合器或多路复用器58馈送，并跟着一个多路复用器60，如图8图解地示出，或跟着单通道放大器阵列62，如图9所示。硅光学放大器(“SOAs”)可用作为或光纤放大器可用作为这些元件和图3和4的阵列多通道放大器模块48。
对于图1的光学互连10内的空间选择(光纤选择)开关24，多波长SOA基开关是目前较佳的技术。这个应用的较佳技术的特征包括高速，稳定运行，低成本，集成性，及特别高的消光比(低交扰)和增益。替代装置包括EO调制器，液晶或相控阵开关。SOA能够电驱动或光驱动---电驱动达到100ps开关速率，而光驱动更快。在图10和11中图解地示出图1的空间开关24的两种替代配置。在图10的空间开关24中，来自互连光纤12(图1)的分接线66由2×1 SOA开关树68进行淘汰选择(down-select)。在图11的空间选择开关24中，多路on-off的SOA多波长开关70选择在分接线66上通过的输入信号。On-off SOA跟着组合树。虽然图10的实施例保持最大的信号功率，图11的实施例能最容易和最可靠地制造，而SOA的on-off开关提供若干增益，以补偿星形耦合器的损耗。
对于图1光互连10中的波长选择开关26，有几种可能的替代实施例，图12-17中图解地示出几个这样的实施例。图12示出一种波长选择开关26，含有静态光多路分解器72和接收器阵列74。然后，电子2×1开关76树电子地选择希望信号。图13示出波长开关26，含有快速可调多量子阱活性多腔滤波器(“MQW”滤波器)78，跟着一个单接收器80。在快速开关位于互连内上游的地方，接收器80应是突发模式接收器，即，能为比特判定快速地获得数据时钟频率和相位的接收器。在互连内的发送器共同位于本地环境内的地方，它们是由相同比特率时钟驱动的。这使接收器易于忍受必须获取比特率和比特相位。在这种情况，接收器仅需要能获得比特相位的一种功能，这种功能可比比特频率和比特相位或甚至单独地比比特频率能更快地执行，例如在最差情况下小于2纳秒时间内(180度比特相位偏差)。
图14示出一种波长选择开关26，含有静态光多路分解器72，跟着光选择器树82和单接收器80。图15示出一种波长选择器26，含有一个扇出或星形分路器84，跟着固定波长滤波器阵列86，跟着on-off的SOA阵列，跟着扇入或组合器90和单接收器80。图16示出一种波长选择开关26，含有静态光多路分解器72，跟着on-off的SOA阵列88，跟着扇入或组合器90和单接收器80。图17示出一种波长选择26，含有表态光多路分解器72，跟着on-off的SOA阵列88，跟着光多路复器92和单接收器80。应用on-off的SOA阵列的实施例一方面的优点在于，因为SOA装置的内部增益以及因为它们基本上使用恒定功率，因为通常SOA装置中的一个，且仅一个总是接通，使功率和热的管理可预知。同样，可调谐滤波器，例如用在图13实施例中所用的滤波器，即使当切换到一个新频率，它们能非常快地退出环路或过冲，而SOA基的设计没有类似的稳定性问题。图17的实施例的附加优点是光多路复用器92有效地起作为一个滤波器，滤掉带外噪声，例如ASE噪声，同时避免扇入或组合器内的固有损失，并因此是目前较佳实施例。
波长选择开关，例如图12-17的实施例中所示的那些波长选择开关也可配置成按波带运行，而不是单波长通道。至少两个原因希望这样做。
首先，在单独节点需要大于某一给定波长通道可用带宽的情况中，多通道合在一起作为通道块或通道带发送，并仅在每个各自节点的接收器阵列之前立即分配(divide out)。在图18中图解地描述这处理，图18示出如图17描述的波长选择开关26，但由开关26选择的8波长中的每个波长包括4通道带的波长。开关26之后跟着光多路分解器94，起作分路该频带内的4个通道，并将每个传送给各自的接收器80。这样，某一给定节点带宽可为四倍，所有其他的都相同。多路分解器必须设计成无论它从开关26接收到4个通道中的那个频带，4个接收的都多路分解到适合的各自接收器80。可以使用宽的和快的可调多路复用器，但为了简化，希望是循环多路分解器。
使用这样宽可调的多路分解器，或这种循环多路分解器，波带和波长通道可单独地和互相正交地切换，在所有波长范围内，有效地为该互连给出一个或多个另外的正交域。例如，图19所示的两种波长选择开关96和98，可功能性地替代图17或18(或其他)实施例中的波长选择开关26。如果因为成本或其他因素希望SOA总量减少到最少，这特别重要。如果开关96配置成在三个通道每个的三个波带上运行，并将开关98配置成按任何频带在三个通道上循环地运行，那么，与用于提供访问图17实施例中8个通道的8个SOA相比，6个总SOA能提供选择访问9个通道。在on-off的SOA用在空间开关24的地方，同样如图11所示，用波带能将SOA总量切割的更多。在图20的图中描述这处理，图中示出用于图1所示类型的交叉连接的一个节点的淘汰选择脚，但用一个空间开关24，该开关之后跟着两个波长开关96和98，类似于图19的那些。这里，互连的M光纤12仅为4(M＝4)，如图20的空间开关24的尺寸反应的。这样，空间开关24仅从4条光纤中选择。对于光纤-波段-波长坐标通道的总数M×N×O＝64，波长开关96从选择光纤的N波段内选择，用N＝4，并且波长开关98从选择波段内的O波长子频带(band)或波长通道中选择，用O＝4。这样，在这里表示的选择脚上，能区别64个数据源(与图1实施例中选择脚相同的数字)，但在空间和波长开关上仅需要12个总SOA，而不是图1
本发明的光互连提供几个优点。它们较佳地将SOA用作为有源切换元件。具有目前可实现的SOA性能，切换速度有可能在和低于1纳秒，具有相当线性多波长性能。互连网络是透明的，使它格式独立，如需要，允许使用含在频带内(或频带外)的多发送模态或约定，以向前纠错。用适度附加复杂性能轻易地提供带外光控制和时钟分布。可升级性是极佳的，特别地明智地适用于整个结构的放大。
因为光纤损耗功能上可忽略，接收器能相对地远离相关的光纤和波长选择器，并且调制器能相对地远离WDM数据源。因此，通道和波长选择或/或路由选择能功能性地集中在互连中，并因此，有关设置开关状态的系统开销能共享和合并到压缩模块。单信头监视器可应用于为每个簇接收器节点设置开关状态方案，由此，简化了信头处理系统。信头解码器和处理系统都是光学的，因为SOA用作为切换元件，是电控制的。
优点是发送器和排程器/控制器紧密地相关于可能使排程延迟(等待时间)减少到最小。在高可靠性传输的限制中，接收器能位于远处。
可升级的竞争解决结构和方法在如这里所述的极易升级的光互连设计中，希望具有竞争解决的平均升级方法，因为多个数据源一般不能同时发送给单个接收装置。
竞争解决问题发生在远程通信和数据传输系统，计算机互连，存储区网络内，发生在网际协议路由器，数字和光交叉连接，异步传输模式(ATM)开关，微型和大型超级计算机及超级计算机群，IP-Peering网络之内和之间，发生在大型数据库系统，预约系统和搜索引擎内。这里描述的结构和方法认为允许在成百个及甚至数千个节点的大型网络上，能每秒解决成数百万个连接请求。可支持可编程算法，确保公平和优先访问的带宽和各种标准。
对于大型互连系统，例如这里和其他披露那些系统，以及其他系统，可用在IP路由器，ATM开关，超级计算机系统等中，一般两个或多个数据源希望同时访问相同的数据接收装置。为了避免竞争，至少一个发送器(数据源)必须临时阻止，而另一个允许访问有限的通道。在某些情况中，如同在超级计算机中，例如，必须在相同的微秒时间内处理数千个竞争请求，并因此，对于十亿个潜在竞争连接请求上的1000节点必须能在1秒内解决。用现在的技术，单微处理芯片没有足够的速度，并行性或输入/输出带宽，以在需要速率下解决如此多的竞争。此外，因为访问网络的节点数上升到超过1000(超过上面的十亿交叠例子，对单CR(竞争解决)处理器，竞争解决功能变得更难。
通过将大的CR问题分解成较小的CR问题，较小的CR问题可通过高性能，但可用的CR微处理器来管理，本方法和结构能解决这个问题。所述方法和结构涉及怎样分解该问题。该处理方法在访问网络的节点数中是可升级的，并是模块化的，这是指，如需要，通过随时添加子处理功能，CR处理器的大小就可随网络的大小而增加。这在当原CR处理器在它的能力限制上完全起作用时会发生。这称作为“热升级”。
本申请的另一重要方面是，一般技术上认识到虽然许多高速或复杂问题能分段到多个处理器，它们常常必须等待产生存储访问，并在共享存储器时还有潜在竞争问题，需要存储同步技术，就进一步复杂化并降低处理速度。这个现行技术允许按这样的一种方式把该问题分段，使该处理仅在处理器常驻存储器(本地高速缓冲存储器)内进行，并不要求访问共享存储区。这允许更高速度及更多分布操作，并减少执行的复杂性。
一种互连矩阵是一种机械结构，列出该网络内的所有节点和状态或它们之间的互连的可用性。在全互连网络内，通过合法连接能占据该矩阵内所有可能的入口，虽然或许不可能同时。在部分互连网络中，不是所有的入口表示一种可能的或易实现的连接。虽然这里希望的互连是全互连，这竞争解决结构和方法涉及两种类型的网络，全互连和部分互连。这处理方法特别可应用于可依次解决与每维竞争的多维互连矩阵。对于N维互连矩阵，连续地执行N级CR(stage)。为光互连矩阵示出一个工作例子，所述光互连矩阵含有空间维(使用的光纤数)，和频率维或波带维(使用光纤波带的数量)。这概念一般归纳为附加的维数时间(使用的时隙数)，极化，及甚至在一维内的子分区或子维，或离散光纤群或离散光纤带内的光纤，所述一维内的子分区或子维例如为波带内的波长数。
依据竞争解决的本方法，大小为K的每维配置了K个CR处理器。例如，在含有波长(假定总的Ki个波长)和光纤(假定总的Kf条光纤)两个维度的互连矩阵中，CR处理器系统将含有第一级的Ki个波长CR处理器和第二级的Kf个光纤CR处理器，如图22所示。因为12条光纤网络，每条光纤含有40个波长，就有40个波长处理器和12个光纤CR处理器。通常，在N维互连网络中，带有含有最多KJ个入口的每维J，通过仅使用K1+K2+K3+K4…Kj个CR子处理器，不用竞争就可互连总数K1×K2×K3×K4×…Kj个节点。与维J相关的每个处理器将仅需要同时解决P个请求，这里P是处理级的维数内的元件数。在该例子中，每个波长CR子处理器将解决仅12条光纤内的竞争，并且每个光纤处理器需要仅解决40个波长内的竞争。
在所示的例子中，每个单CR子处理器专用于给定维内的每个元件。这允许最高的可能性能和缩放比例(scaling)。然而，如允许执行，可分派给每个子处理器解决一维内多个元件之间的竞争。例如，一个子处理器在每段时间周期内能解决80个请求，因此在该例子中，可分派给单个CR光纤子处理器解决2个40个波长组内的竞争，而分派给另外的单个CR波长处理器可解决6个12条光纤组内的竞争(72个竞争＜80)。该排程器的优点是含有尽可能多的全局知识(即知道尽可能多维上的请求)，以使总排程效率最大化。
在该例子中，CR算法是可编程的，并适合于网络上请求的特定性能。图23示出基本算法的图。
退出竞争解决系统使用存储器以缓存大型互连矩阵内中间点上的数据。因为容易使用快速存储器，对于达到某一限制的电子传输数据，这处理方法工作正常。然而，因为没有无限制的光缓冲存储器可用或使用非常有限的光缓冲存储器，并经常需要先入先出(FIFO)或串行访问，不是随机访问，对于光互连系统，这处理方法工作较差，因此“线头(head-of-line)”阻塞是一种常见限制。另外，在这些实施中，在设计开关以提供适合于应用的缓冲器大小时，开关设计者必须做出有关应用的某些假定。因为开关设计者很少知道开关上操作的应用细节，这通常不是最理想的。因为本发明要求在数据源进行缓存，如果需要，数据源设计者必须提供缓存器，并不由一个所需应用的特定请求负担整个开关。已经研制出多维CR系统，但这些不需采用互连矩阵维的真正交的优点，并这样，将任意的限制放置在CR系统的调制性和缩放比例潜能上。在光互连矩阵的情况中，本发明采用易解决的正交维的特殊优点。因为它的模块性和正交性，本发明的物理实施特别优美和优雅，并且这实际上增加了CR系统的缩放比例(scale)和简单性。
减少等待时间的结构和方法“告诉并执行”在这里披露的高性能光互连的类型中，特别在这里提出的应用广播和选择结构的地方，通过在数据首次发送之前避免典型地实现初步协议交换，可实现等待时间和平均传输时间的重大减少。换句话说，一个发送节点在发送路径请求后，不是请求允许发送(询问是否存在竞争)，不需等待允许就能在相同时间或立刻简单地发送该希望的信息包。如果互连资源可用，传输通过，并且来自控制系统的反馈是接受的传输。如果传输不能通过，那么，不能选择有问题的光数据-即，在所有选择器上受阻(或未选择)，但引起不能分布或任何类型的冲突—并且控制系统能再传输。结果是消除了传输上的等待处罚，该传输能在首次尝试中通过。
冗余选择能力在本发明的互连中，通过在每个节点内含有冗余选择，接收，及存储能力，能够明显地减少调制到繁忙业务负载下的竞争的可能性。对于相当小功耗(另外的3dB分路)，通过含有至少两个完整的淘汰选择脚和两个接收器，每个节点能有效地含有网络上两个单独的选择脚。具有某些电子缓冲，那能明显地增加首次传输成功的可能性，并改善互连的总性能。
那些技术熟练人员将明白可对本发明能做各种修改和变化，并不背离本发明的精神和范畴。这样，这意味着本发明覆盖所提供的本发明修改和变化，它们都落在附加权利要求和它们相似的范畴内。
权利要求
1.一种可升级光互连，其特征在于，在沿所有至少两个正交切换维，能以小于1微秒的切换速度进行透明光切换。
2.按照权利要求1所述的可升级光互连，其特征在于，在沿所有至少两个正交切换维，能以小于10纳秒的切换速度进行透明光切换。
3.按照权利要求2所述的可升级光互连，其特征在于，在沿所有至少两个正交切换维，能以小于100皮秒的切换速度进行透明光切换。
4.按照权利要求1所述的可升级光互连，其特征在于，在沿所有至少三个正交切换维，能以小于1微秒的切换速度进行透明光切换。
5.按照权利要求2所述的可升级光互连，其特征在于，在沿所有至少三个正交切换维，能以小于10纳秒的切换速度进行透明光切换。
6.按照权利要求3所述的可升级光互连，其特征在于，在沿所有至少三个正交切换维，能以小于100皮秒的切换速度进行透明光切换。
7.按照权利要求2所述的可升级光互连，其特征在于，在沿所有至少四个正交切换维，能以小于10纳秒的切换速度进行透明光切换。
8.一种可升级光互连，其特征在于，从跨空间域和波长域分布的通道，能以小于10纳秒的速度单独地进行透明光切换。
9.按照权利要求8所述的可升级光互连，其特征在于，从跨空间，波长，及波段域分布的通道中，能以小于10纳秒的速度单独地进行透明光切换。
10.按照权利要求8所述的可升级光互连，其特征在于，从跨空间，波长，及极化域分布的通道中，能以小于10纳秒的速度单独地进行透明光切换。
11.按照权利要求8所述的可升级光互连，其特征在于，从跨空间，波长，波段域，及极化分布的通道中，能以小于10纳秒的速度单独地进行透明光切换。
12.按照权利要求8所述的可升级光互连，其特征在于，从跨空间，波长，及时间域分布的通道中，能以小于10纳秒的速度单独地进行透明光切换。
13.一种可升级光互连，其特征在于，包括多个发送器；多路复用子系统，构成和排列成依据正交多路复用方案，以能将所述多个发送器的所述信号组合进一条或多条传输光纤；宽带突发模式接收器，构成或排列成，能从所述多个发送器的任何一个发送器接收任何信号；分布子系统构成及排列成能单独地和同时地将每个发送器的所述信号分布给每个接收器；及一个或多个选择子系统，构成及排列成在小于1微秒内，能从所述正交多路复用方案中选择单个通道。
14.一种可升级光互连，其特征在于，包括多个本地发送器；比特时钟，给所述多个发送器提供比特时钟信号；10纳秒或更快的开关，用于选择所述多个发送器；及突发模式接收器，构成和排列成经过所述开关，从所述本地发送器接收突发数据，由此，突发模式接收机仅需获取与每个突发数据相关的比特相位，而不是比特频率，不是同时获取比特频率和比特相位。
15.一种分布可升级竞争解决和资源安排子系统，其特征在于，包括多个输入控制通道；多个输出控制通道；多个逻辑处理，分布在一个或多个处理器上；所述逻辑处理的第一处理专用于解决来自发送器的信号之间的竞争，所述信号竞争第一子集共享资源；部分地依据从所述第一处理的输出，所述逻辑处理的第二处理专用于解决来自所述发送器的信号之间的竞争，所述信号竞争光互连内第二子集共享资源；及其中所述第一子集和所述第二子集单独地可多路复用和选择。
16.一种在光互连内竞争解决和资源安排的方法，其特征在于，所述方法包括步骤解决来自发送器的信号之间的竞争，所述信号竞争光互连内第一子集共享资源；部分地依据解决来自发送器的竞争所述第一子集的信号内竞争的结果，解决来自发送器的信号之间的竞争，所述信号竞争光互连内第二子集共享资源；其中，所述第一子集和所述第二子集单独地可多路复用和选择。
全文摘要
一种可升级光互连，包括多个发送器；多路复用子系统，依据正交多路复用方案，能将所述多个发送器的所述信号组合到一条或多条传输光纤；多个宽带突发模式接收器，构成和定位成，能接收来自所述多个发送器的任何一个发送器的任何信号；分布子系统，构成能将每个发送器的所述信号单独地及同时地发送给每个接收器；及一个或多个选择子系统，构成和排列成，在小于1微秒内，能从所述正交多路复用方案中选择一个单通道。还披露了用于分布竞争解决的方法和结构。
文档编号H04B10/00GK1742512SQ200380109187
公开日2006年3月1日 申请日期2003年12月4日 优先权日2002年12月4日
发明者J·M·哈瑞斯, F·J－Y·权, 小B·R·荷蒙威, D·W·史密斯 申请人:康宁股份有限公司