使用用于数据中心网络交换的多光纤配置的光学架构和信道计划的制作方法

使用用于数据中心网络交换的多光纤配置的光学架构和信道计划的制作方法
【专利摘要】公开了能够降低数据中心网络的成本和复杂性的数据中心网络架构、系统和方法。这样的数据中心网络架构、系统和方法使用物理光学环网络和多维度网络拓扑以及光学节点以便有效地分配数据中心网络内的带宽，同时降低数据中心网络的物理互连需求。各自的光学节点可以配置为提供各种交换拓扑，包括但不局限于弦环交换拓扑和多维度弦环交换拓扑。
【专利说明】使用用于数据中心网络交换的多光纤配置的光学架构和信道计划
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有2011年6月20日递交的发明名称为“DATA CENTER NETWORKSWITCHING”的美国临时专利申请N0.61/498，931和2011年11月I日递交的发明名称为“DATA CENTER NETWORK SWITCHING”的美国临时专利申请N0.61/554，107的优先权的利益。
【技术领域】
[0003]本申请通常涉及数据通信系统，并且更具体地涉及光学数据中心网络，包括使用降低成本的粗波分复用(CWDM)收发机来互连数据中心服务器、架顶式交换机和聚集交换机，从而使用较容易的光纤布线来实现高的交换互连性。
【背景技术】
[0004]近年来，大学、政府、企业和金融服务实体等等越来越多地依赖于数据中心网络，该数据中心网络结合服务器计算机(“服务器”)的机架以便实现用于支持它们的具体操作需求的应用程序(“应用”)，包括但不局限于数据库管理应用、文档和文件共享应用、搜索应用、游戏应用和金融贸易应用。这样，数据中心网络通常在结合在其中的服务器以及互连所述服务器需要的联网设备的数量方面进行扩展，用于适应所述服务器被要求实现的应用的数据传输需求。
[0005]常规数据中心网络典型地具有等级架构，其中共同位于特定机架中的每一个服务器经由到架顶式以太网交换机(“架顶式交换机”)的一个或多个以太网连接来进行连接。多个这样的架顶式交换机形成通常被称为“接入层”的部件，接入层是等级网络架构的最低级另IJ。该等级的下一个较高级别通常被称为“聚集层”，其可以包括多个以太网交换机(“聚集交换机”)和/或互联网协议(IP)路由器。可以将接入层中的每一个架顶式交换机连接到聚集层中的一个或多个聚集交换机和/或IP路由器。该等级的最高级别通常被称为“核心层”，其包括可以配置为提供数据中心网络的入口 /出口点的多个IP路由器(“核心交换机”)。可以将聚集层中的每一个聚集交换机和/或IP路由器连接到核心层中的一个或多个核心交换机，该一个或多个核心交换机又可以顺次彼此互连。在这样的常规数据中心网络中，在服务器的机架、接入层中的架顶式交换机、聚集层中的聚集交换机/IP路由器以及核心层中的核心交换机之间的互连一般使用点对点以太网链路来实现。
[0006]尽管使用上述的常规数据中心网络来满足许多大学、政府、企业和金融服务实体的操作需求，但是这样的常规数据中心网络具有几个缺点。例如，没有共同位于相同的机架内的服务器之间的数据通信会在数据中心网络内经历过度的延迟(在本文中也被称为“时延”)，这大部分是由于，当数据向上、向下和/或横跨网络的等级架构传播时，会要求该数据遍历许多交换机和/或路由器。由于过度的节点和/或链路利用，在这样的服务器之间的数据通信也会在数据中心网络的各自交换机和/或路由器内经历时延。此外，因为会采用多个路径来将广播和/或多播数据传送到数据中心网络内的不同目的地，这样的广播和/或多播数据会经历过度的时延漂移。随着数据中心网络和/或其负载的尺寸增加，这样的时延和/或时延漂移会加重。由于增加交换机、路由器、层和它们的互连的数量以便处理数据中心网络的扩展，数据中心网络的等级架构还通常遭受日益复杂的但基本上固定的光纤布线需求。
[0007]因此，期望具有避免上述的常规数据中心网络的至少一些缺点的数据中心网络架构、系统和方法。

【发明内容】

[0008]根据本申请，公开了可以降低数据中心网络的成本和复杂性的数据中心网络架构、系统和方法。这样的数据中心网络架构、系统和方法采用利用在成对的光学端口上的混合空分复用(SDM)/波分复用(WDM)移动信道计划的光学节点，所述光学节点按照各种物理电缆网络拓扑进行连接，包括但不局限于物理环和物理2维度以及和更高维度的环。选择的物理拓扑和选择的混合SDM/WDM移动信道计划的组合产生具有增加的互连密度和减小的直径和链路利用的交换拓扑，导致减小的时延和时延漂移。光学节点可以包括具有多播/广播能力的电路交换机，例如电子交叉点或电子交叉交换机，以便增加光学节点和其中部署有光学节点的网络的功能，允许以网络流量、应用需求和/或部署需求为基础来降低被移动的能力和交换跳跃计数。该网络可以被用作对于接入层中的许多架顶式交换机的代替，从而降低聚集层和核心层的网络需求。可选地，该网络可以用作对许多聚集交换机和/或核心交换机的代替，从而降低对聚集层、核心层和接入层的网络需求。
[0009]在一个方面中，每一个光学节点包括分组交换机，例如以太网交换机或IP路由器。分组交换机具有多个下行链路端口和多个上行链路端口。分组交换机可以经过光学节点上的用户连接端口由一个或多个下行链路端口经过一个或多个下行链路可通信地耦接到一个或多个外部连接的设备，例如服务器、外部交换机、外部路由器或任何其它适当的计算或计算机相关的设备。每一个光学节点可以包括支持各种速度、协议和/或物理格式的几种类型的用户连接端口，包括但不局限于lOGb/s以太网端口和支持40Gb/s以太网的QSFP端口。一个这样的光学节点的分组交换机可以由一个或多个下行链路端口经过一个或多个上行链路可通信地耦接到另一个这样的光学节点的分组交换机。光学节点的分组交换机和它们经过上行链路的互连形成在本文被称为“交换拓扑”的拓扑。注意到，在这样的交换拓扑中，分组交换机可以由多个上行链路互连。
[0010]在另一方面中，每一个光学节点进一步包括连接到其上行链路端口的多个光学发射机和多个光学接收机(被共同地称为“收发机”)。每一个光学节点还可以包括至少一个电路交换机，例如交叉点交换机、交叉交换机或具有将其输入上的信号的时隙切换到其输出上的信号的时隙的能力的更多功能的交换机。收发机操作为向电路交换机提供电子信号，电路交换机顺次操作为提供到分组交换机的多个连接，从而允许交换拓扑被重新配置。在示例性方面中，电路交换机操作为将信号从其输入多播和/或广播到其输出中的一个、一些或全部。注意到，当(I)不存在电路交换机或(2)电路交换机被设置为将光学节点的每一个收发机连接到光学节点的分组交换机上行链路端口时，产生的交换拓扑在本文被称为“基本交换拓扑”。基本交换拓扑可以与通过重新配置电路交换机产生的合成的交换拓扑区分开。[0011]在进一步的方面中，每一个光学节点的一些或全部用户连接端口连接到光学节点的电路交换机，并且选择上行链路传输的格式以便匹配下行链路传输的格式，从而使用户连接端口能够从在内部连接到光学节点的分组交换机的端口重新配置到在内部连接到光学节点的收发机之一的端口(在本文被称为“直接附接”)。直接附接用于提供在不同的光学节点上的两个外部连接的设备之间或在光学节点的一个外部连接的设备和另一个光学节点的分组交换机之间的直接附接链路。例如，QSFP用户连接端口可以通过分离出其四(4)个IOGbE分量信号并且通过电路交换机将信号单独地连接到四(4)个收发机来提供被转换为到其它光学节点的一(I)到四(4)个分组交换机的四(4)个IOGbE连接的信号，这可以建立到多达四(4)个其它光学节点处的四(4)个其它收发机的连接，该其它光学节点的信号可能经过它们的电路交换机使用这样的直接附接连接到一个或多个其它内部分组交换机或外部设备。
[0012]进而，通过将IOGbE分量信号分别适当地连接到收发机或分组交换机，可以为直接附接链路提供四(4)个IOGbE分量信号的子集并且可以为下行链路发射提供IOGbE分量信号的剩余部分。注意到，在任何给定的光学节点处，可能存在比上行链路端口更多的收发机，这取决于光学节点的硬件配置，并且不管任何用户连接端口是否配置为直接附接，从而使终止的光学信号能够通过电路交换机进行连接，而不干扰光学节点的任何上行链路。
[0013]在又一方面中，每一个光学节点进一步包括在本文被称为“光学端口 ”的多个多光纤接口。光学节点中光学端口的数量指示该光学节点的度数。例如，度数2的光学节点包括在本文被称为“东”端口和“西”端口的两个成对的光学端口。进而，度数4的光学节点包括在本文被称为东端口和西端口的两个成对的光学端口以及在本文被称为“北”端口和“南”端口的两个另外的成对的光学端口。这样的光学节点可以经过其光学端口由许多光纤物理地互连，这可以使用单独的光纤电缆或多个多光纤电缆来实现，每一个光纤电缆具有两个或多个光纤。在示例性方面中，使两个光学节点互连的光纤可以包含在单个多光纤电缆内，单个多光纤连接器连接到各自的光学节点的光学端口。物理拓扑可以由节点的图形表示，其中该图形的节点与光学节点相对应，并且该图形的节点之间的边缘指示在一个或多个光纤上的光学节点连接。注意到，光学端口可以是不同的或在物理上相同，并且在安装期间或之后被指定一个名称。例如，当端口在物理上相同时，在光学环网络上的度数2的光学节点可以操作为发现网络上的它们相邻的光学节点，并且全局地决定它们的光学端口中的哪些要被指定为东端口和西端口。
[0014]进一步注意到，交换拓扑可以不与物理拓扑不同，因为一些或全部光学节点可以利用光学旁路，或者可以在光电转换之后经过一个或多个电路交换机交换波长，接着是在相同或不同的波长上的电光转换。例如，物理拓扑可以是光学多光纤环，并且交换拓扑可以是弦环，或者物理拓扑可以是2维度的环形，并且交换拓扑可以是2维度的弦环。
[0015]在又一方面中，光学节点可以具有光学端口对，其具有内部光路，实现在成对的光学端口之间的多个波长上的所有光学旁路。位于成对的光学端口之间的SDM/WDM光学路由在本文被称为“信道计划”，其指定哪些波长应该在哪些光纤上被终止(例如，被去掉到光学接收机或被从光学发射机添加)，以及哪些波长应该从哪一个输入光纤经过所述光学节点被光学地路由到哪一个输出光纤。对于度数2的光学节点，东端口和西端口是成对的光学端口。对于度数4的光学节点，东端口和西端口是成对的光学端口，并且北端口和南端口是成对的光学端口。通常，对于具有端口 Pl、P2、P3……的光学节点，端口 Pl和P2是成对的光学端口，端口 P3和P4是成对的光学端口，等等。为了讨论的目的，如果两个光学端口 Pl和P2是成对的光学端口，则假设在从光学端口 Pl到光学端口 P2的方向上的信道计划与在从光学端口 P2到光学端口 Pl的方向上的信道计划相同。注意到，在每一个方向上实现相同的信道计划的成对的光学端口可以在物理上相同或者不同，这取决于将如何连接光纤以及引出和引入光纤的位置。还注意到，不同的成对的光学端口可以支持不同的信道计划。此外，可以将SDM/WDM信道计划中的波长之一分配到光学监督控制(OSC)，或者该OSC可以按照单独的方式被处理。
[0016]在进一步的方面中，光学节点的至少两个成对的光学端口 Pl和P2可以在每一个方向上使用在本文被称为单波长“SDM移动信道计划”的计划。在从光学端口 Pl到光学端口 P2的方向上，示例性SDM移动信道计划可以按照下面进行指定。光学端口 Pl的引入光纤被划分为多个引入弦组，并且光学端口 P2的引出光纤被划分为引出弦组的相同集合，其中每一个引入弦组G与引出弦组G’相匹配。对于光学端口 Pl的每一个引入弦组G，光纤1、
2、3…&被编号，其中“r<;”与引入弦组G中的光纤的数量相对应。对于光学端口 P2的每一个引出弦组G’，光纤l、2、3-1v被编号，其中“iv”与引出弦组G’中的光纤的数量相对应。因为引入弦组G与引出弦组G’相匹配，因此re，等于re。对于等于2、3…re的f，引入弦组G的光纤“f”在内部被路由到引出弦组G’的光纤“f-1”。引入弦组G的光纤“I”上的波长通过将它连接到光学节点的接收机而被去掉。进而，引出弦组G’的光纤“IV”上的波长通过将它连接到光学节点的发射机之一而被添加。在从光学端口 P2到光学端口 Pl的方向上的示例性SDM移动信道计划可以被按照类似的方式进行指定。在示例性方面中，度数2的光学节点可以包括两个成对的光学端口，其中每一个光学端口包括单个连接的十二( 12)个光纤电缆，其被划分为四(4)个弦组，即，一(I)个光纤的第一输入弦组、一(I)个光纤的第一输出弦组、五(5) 个光纤的第二输入弦组和五(5)个光纤的第二输出弦组。
[0017]在另一方面中，光学节点的至少两个成对的光学端口 Pl和P2可以在每一个方向上使用在本文被称为混合“SDM/WDM移动信道计划”的计划。在从光学端口 Pl到光学端口P2的方向上，示例性SDM/WDM移动信道计划可以按照下面进行指定。光学端口 Pl的引入光纤被划分为多个引入弦组，而光学端口 P2的引出光纤被划分为相同的引出弦组的集合。光学端口 Pl的每一个引入弦组G与光学端口 P2的引出弦组G’相匹配，在每一个弦组中具有相同数量的光纤。对于每一个引入弦组G及其相匹配的引出弦组G’，执行下面的步骤:
[0018](I)引入光纤l、2、3*"r被编号，其中“r”是引入弦组G的光纤的数量；
[0019](2)引出光纤1、2、3"t被编号，其中“r”是引出弦组G’的光纤的数量，以使得当将光学端口 Pl连接到另一光学节点的光学端口 P2时，引出弦组G’的第一输出光纤连接到引入弦组G的第一输入光纤,引出弦组G’的第二输出光纤连接到引入弦组G的第二输入光纤，等等；
[0020](3)波长的可能空的集合Wf被从引入弦组G的输入光纤f去掉，f=l、2…r ；
[0021](4)波长的可能空的集合w’ f被添加到引出弦组G’的输出光纤f’，f’ =1、2…r ;以及
[0022](5)不在Wf或《’ M中的所有波长被从引入弦组G的输入光纤f?路由到引出弦组G，的输出光纤f’ =f_l，[0023]其中波长w被添加到引出弦组G’的输出光纤f’ =1…r上的次数等于相同波长w在引入弦组G的输入光纤f上被去掉的次数。波长的添加和去掉被依次完成，以使得如果波长w在输出光纤f’处被添加，则在它可能被再次添加到另一输出光纤f’’〈f’之前，它在输入光纤f ≤f’上被去掉。在从光学端口 P2到光学端口 Pl的方向上的示例性SDM/WDM移动信道计划可以按照类似的方式进行指定。
[0024]SDM/WDM移动信道计划允许相同的波长w在弦组中被重新使用多次，只要每次在它被添加到输出弦组的输出光纤k上之后,在被再次添加在输出光纤m〈k上的相同输出弦组内之前，该波长被从相等或较低编号的输入光纤j上的相匹配的输入弦组提取。如果波长w被添加在输出光纤k上并且接着在输入光纤被去掉，并且如果实现相同信道计划的光学节点在具有足够长度的路径或环中被布线，则w将承载光学地旁路k-j个光学节点的光学连接，产生具有长度k-j+Ι的弦。添加和去掉波长可以使用光学添加/去掉复用器、滤波器或任何其它适当的光学设备和/或技术来实现。这样的设备可以被放置在光学节点内的不同位置中，或者按照各种方式被集成在公共模块中，以便实现上面描述的功能。
[0025]进一步关于SDM/WDM移动信道计划，一个或多个弦组可以使用仅在其最顶部的引出光纤上注入的波长并且在一个或多个输入光纤处一次精确地去掉这些波长的技术。一个或多个弦组也可以使用在其输出光纤中的一个或多个处一次精确地注入波长并且在其最底部的光纤处去掉所有波长的技术。
[0026]此外，一个或多个弦组可以使用在其最顶部的光纤上注入来自该信道计划中的所有波长中的多个当中的波长、在它们的输入光纤k之一上去掉该波长、在它们的输出光纤k-1上将相同的波长添加回并且在它们的最底部的光纤上提取相同波长的技术。
[0027]在又一方面中，承载收发机的双工通信链路的输入和输出部分的引入和引出弦组可以被包含在相同的电缆内，这对于电缆布线和容错是有利的。在一个光学端口中的引入光纤的位置与在成对的光学端口中的引出光纤的位置相对应，这允许成对的光学端口与多光纤电缆互连。例如，每一个光学端口可以使用单个多光纤连接器连接到单个多光纤电缆。进而，成对的光学端口可以实现公共信道计划。引入和引出光纤也可以被包含在单独的光纤电缆中，每一个光纤电缆可能被包含在多光纤束中并且与多光纤连接器连接，成对的光学端口在物理上相同，这允许光学端口通过将成对的光学端口的引出电缆连接到引入电缆而互连。
[0028]在进一步的方面中，光学节点可以包括不具有相对应的光学端口对的光学端口。例如，光学节点可以具有西端口，但是不具有东端口。在这种情况下，这样的光学节点的西端口用作终端端口。在该终端端口的所有输入光纤上的所有波长通过使用光学复用器、光学解复用器或任何其它适当的光学设备和/或技术由收发机终止。例如，度数I的光学节点可以终止在其唯一的光学端口上的每一个光纤。进而，度数3的光学节点可以具有作为成对的光学端口的西端口和东端口以及南端口，该南端口作为用于终止南端口 /北端口信道计划的所有光纤上的所有波长的终端端口。
[0029]实现各种信道计划的多个光学节点可以被连接在光学网络中，以使得光学端口经过成对的光学端口连接到共享相同的信道计划的其它光学端口。例如，都是度数2的光学节点可以在逻辑上布置在环中，并且每一个光学节点可以通过多个光纤连接到其两个相邻的光学节点，将该光学节点的东端口连接到其相邻光学节点之一的西端口，并且将该光学节点的西端口连接到它的其它相邻光学节点的东端口。在示例性方面中，每一种类型的光学端口，例如西端口或东端口，被调整(key)以便允许到另一光学节点上的它的东端口或西端口对的物理连接。在另一示例性方面中，在东端口和西端口之间不存在物理区分。在另一示例性方面中，每一个光学节点配置为实现公共的东/西SDM/WDM移动信道计划和相同的西/东SDM/WDM移动信道计划，并且交换拓扑是具有减少的光纤和/或波长计数的弦环网络，这允许使用不太昂贵的光学收发机和添加/去掉复用器。
[0030]对于包括电路交换机的光学节点，通过有效地附接两个或更多个弦以便产生具有增加的长度的弦来重新配置弦环网络的弦。
[0031]在一个方面中，具有编号为n=0、l、2-N_l的N个光学节点的弦环网络具有长度为rpiyr。的弦，以使得光学节点n中的交换机连接到具有许多弦sc ≥1 (c=l…C)的其相邻光学节点n+r。(mod N)和n_r。(mod N)中的交换机,每一个弦代表上行链路。
[0032]这样的弦环网络的交换拓扑可以被表示为
【权利要求】
1.一种系统，包括: 至少一个光学节点， 其中，所述光学节点包括: 包括第一光学端口和第二光学端口的至少一对光学端口，所述第一光学端口具有按照预定序列I到N布置的多个输入，所述第二光学端口具有按照所述预定序列I到N布置的多个输出； 设置在所述第一光学端口和所述第二光学端口之间的多个光学连接路径，所述多个光学连接路径包括连接到所述第一光学端口的第一个输入的第一光学连接路径、连接到所述第二光学端口的第N个输出的第二光学连接路径以及分别连接在所述第一光学端口的第二个输入到第N个输入和所述第二光学端口的第1个输出到第N-1个输出之间的多个其它光学连接路径； 分组交换机； 至少一个光学发射机，其操作为从所述分组交换机接收至少一个第一电子信号，并且在与所述至少一个第一电子信号相对应的指定波长w上提供至少一个第一光学信号； 第一光学复用器，其操作为从所述至少一个光学发射机接收位于所述指定波长w上的所述至少一个第一光学信号，并且将所述至少一个第一光学信号添加到连接到所述第二光学端口的指定输出k的所述多个光学连接路径中的第一选择的一个光学连接路径，其中 1^ k ^ N ； 第一光学解复用器，其操作为从连接到所述第一光学端口的指定输入j的所述多个光学连接路径中的第二选择的一个光学连接路径去掉位于所述指定波长w上的所述至少一个第二光学信号，其中I≤j≤k ;以及 至少一个光学接收机，其操作为向所述分组交换机提供与所述至少一个第二光学信号相对应的至少一个第二电子信号。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学节点进一步包括: 至少第二光学发射机，其操作为从所述分组交换机接收至少一个第三电子信号，并且在与所述至少一个第三电子信号相对应的指定波长w上提供至少一个第三光学信号； 第二光学复用器，其操作为从所述至少第二光学发射机接收位于所述指定波长w上的所述至少一个第三光学信号，并且将位于所述指定波长w上的所述至少一个第三光学信号添加到连接到所述第二光学端口的指定输出k '的所述多个光学连接路径中的第三选择的一个光学连接路径，其中1< k’ < N ; 第二光学解复用器，其操作为从连接到所述第一光学端口的指定输入j ;的所述多个光学连接路径中的第四选择的一个光学连接路径去掉位于所述指定波长w上的至少一个第四光学信号，其中1≤j’≤k’ ；以及 至少第二光学接收机，其操作为向所述分组交换机提供与所述至少一个第四光学信号相对应的至少一个第四电子信号， 其中，k’ ^ j_l 或者 j’ ^ k-1 o
3.如权利要求2所述的系统， 其中，k，=j-l ； 其中，所述第三光学连接路径与所述第二光学连接路径相对应；并且其中，所述第二光学复用器设置在所述第一光学解复用器和所述第二光学连接路径上的所述第二光学端口之间。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述第一光学解复用器和所述第二光学复用器被实现在单个设备中。
5.如权利要求2所述的系统， 其中，y =k-1 ； 其中，所述第四光学连接路径与所述第一光学连接路径相对应；并且 其中，所述第一光学复用器设置在所述第二光学解复用器和所述第一光学连接路径上的所述第二光学端口之间。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述第一光学复用器和所述第二光学解复用器被实现在单个设备中。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个光学节点包括多个光学节点，所述多个光学节点在预定的光学节点布置中互连，所述预定的光学节点布置具有物理拓扑和基本交换拓扑。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述物理拓扑是多光纤环网络，其中，所述基本交换拓扑是弦环网络，其中，所述多个光学节点包括至少一个第一光学节点和至少一个第二光学节点，其中，所述第一光学节点和第二光学节点具有在所述物体拓扑上没有物理地连接到彼此的端口，并且其 中，所述基本交换拓扑包括设置在至少所述第一光学节点和第二光学节点之间的至少一个弦。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述基本交换拓扑是全网格网络。
10.如权利要求8所述的系统， 其中，所述多个光学节点包括N个光学节点，其中，每一个光学节点被指定为光学节点n，其中“n”的范围是从0到N-1，其中，所述弦环网络具有多个弦，所述弦具有可变的弦长度，其中，每一个弦长度被指定为，其中“m”的范围是从I到C，并且其中，“N”和“C”是正整数；并且 其中，包括在所述光学节点n中的所述分组交换机被连接到包括在具有多个S。弦的光学节点n+r。(mod N)和光学节点n_r。(mod N)中的每一个中的所述分组交换机,其中，Sc≥1，并且其中，“c”的范围是从I到C。
11.如权利要求8所述的系统，其中，所述多个光学节点中的至少一些光学节点包括可操作地耦接在所述分组交换机以及多个光学接收机和光学发射机之间的电路交换机。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述电路交换机直接可通信地耦接到至少一个外部连接的设备。
13.如权利要求11所述的系统，其中，包括在所述多个光学节点中的至少一个光学节点中的所述电路交换机配置为修改所述至少一个弦以便产生与所述基本交换拓扑不同的合成的交换拓扑。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述至少一个弦包括多个弦，其中，包括在所述多个光学节点中的至少一个光学节点中的所述电路交换机配置为有效地组合所述多个弦中的至少两个弦，以便在所述合成的交换拓扑中产生具有增加的弦长度的至少一个额外的弦。
15.如权利要求7所述的系统，其中，所述物理拓扑是q维度的环形网络，其中，所述基本交换拓扑是q维度的弦环网络，其中，所述多个光学节点包括在所述q维度的环形网络的相同维度中具有在所述q维度的环形网络上不物理地连接到彼此的端口的至少一个第一光学节点和至少一个第二光学节点，其中，所述q维度的弦环网络包括设置在所述第一光学节点和第二光学节点之间的至少一个弦，并且其中，“q”是大于或等于2的正整数。
16.如权利要求15所述的系统，其中，所述多个光学节点中的至少一些光学节点包括可操作地耦接在所述分组交换机以及多个光学接收机和光学发射机之间的电路交换机。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述电路交换机直接可通信地耦接到至少一个外部连接的设备。
18.如权利要求16所述的系统，其中，包括在所述多个光学节点中的至少一个光学节点中的所述电路交换机配置为修改所述至少一个弦以便产生与所述基本交换拓扑不同的合成的交换拓扑。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述至少一个弦包括多个弦，其中，包括在所述多个光学节点中的至少一个光学节点中的所述电路交换机配置为有效地组合所述多个弦中的至少两个弦，以便在所述合成的交换拓扑中产生具有增加的弦长度的至少一个额外的弦。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述多个光学节点进一步包括第三光学节点和第四光学节点，其中，所述第三光学节点和所述第四光学节点具有在所述q维度的环形网络上不物理地连接到彼此的端口，其中，所述第三光学节点设置在所述q维度的第一维度中，其中，所述第四光学节点设置在所述q维度的第二维度中，并且其中，具有增加的弦长度的所述至少一个额外的弦操作为连接包括在所述第三光学节点和第四光学节点中的各自的分组交换机。
21.如权利要求15所述的系统，其中，所述q维度的弦环网络是在至少一个维度中的全网格网络。
22.如权利要求7所述的系统，其中，所述物理拓扑是q维度的曼哈顿街道网络，其中，所述基本交换拓扑是q维度的弦路径网络，并且其中，“q”是大于或等于I的正整数。
23.如权利要求18所述的系统，其中，所述q维度的弦路径网络具有q个维度，并且其中，所述q维度的弦路径网络是在所述q个维度中的至少一个维度中的全网格网络。
24.—种系统,包括: 至少一个光学节点， 其中，所述光学节点包括: 至少一个第一对光学端口； 设置在所述第一对光学端口之间的第一多个光学连接路径； 至少一个第二对光学端口； 设置在所述第二对光学端口之间的第二多个光学连接路径； 电路交换机； 可通信地耦接在所述第一 多个光学连接路径和所述电路交换机之间的第一多个光学接收机和光学发射机；以及 可通信地耦接在所述第二多个光学连接路径和所述电路交换机之间的第二多个光学接收机和光学发射机， 其中，对于各自对的光学端口和设置在其间的各自的多个光学连接路径中的每一个: 所述各自对的光学端口包括第一光学端口和第二光学端口，所述第一光学端口具有按照预定序列I到N布置的多个输入，所述第二光学端口具有按照所述预定序列I到N布置的多个输出； 所述各自的多个光学连接路径包括连接到所述第一光学端口的第一个输入的第一光学连接路径、连接到所述第二光学端口的第N个输出的第二光学连接路径以及分别连接在所述第一光学端口的第二个输入到第N个输入以及所述第二光学端口的第一个输出到第N-1个输出之间的多个其它光学连接路径； 可通信地耦接在所述电路交换机和所述各自的多个光学连接路径之间的所述光学发射机中的至少一个操作为从所述电路交换机接收至少一个第一电子信号，并且向连接到所述第二光学端口的指定输出k的所述各自的多个光学连接路径中的第一选择的一个光学连接路径提供位于与所述至少一个第一电子信号相对应的指定波长上的至少一个第一光学信号，其中，1≤k≤N;并且 可通信地耦接在所述各自的多个光学连接路径和所述电路交换机之间的所述光学接收机中的至少一个操作为从连接到所述第一光学端口的指定输入j的所述多个光学连接路径中的第二选择的一个光学连接路 径接收位于所述指定波长上的至少一个第二光学信号，其中，1≤ j≤ k，并且其中，所述光学接收机中的所述至少一个还操作为向所述电路交换机提供与所述至少一个第二光学信号相对应的至少一个第二电子信号。
25.如权利要求24所述的系统，其中，所述至少一个光学节点包括多个光学节点，所述多个光学节点在预定的光学节点布置中互连，所述预定的光学节点布置具有物理拓扑和基本交换拓扑。
26.如权利要求25所述的系统，其中，所述物理拓扑是q维度的环形网络，其中，所述基本交换拓扑是q维度的弦环网络，并且其中，“q”是大于或等于2的正整数。
27.如权利要求26所述的系统，其中，所述q维度的弦环网络是在至少一维度中的全网格网络。
28.如权利要求25所述的系统，其中，所述物理拓扑是q维度的曼哈顿街道网络，其中，所述基本交换拓扑是q维度的弦路径网络，并且其中，“q”是大于或等于I的正整数。
29.如权利要求28所述的系统，其中，所述q维度弦路径网络具有q个维度，并且其中，所述q维度弦路径网络是在所述q个维度中的至少一个中的全网格网络。
30.一种方法，包括下列步骤: 提供至少一个光学节点，其中，所述光学节点包括: 包括第一光学端口和第二光学端口的至少一对光学端口，所述第一光学端口具有按照预定序列I到N布置的多个输入，所述第二光学端口具有按照所述预定序列I到N布置的多个输出； 设置在所述第一光学端口和所述第二光学端口之间的多个光学连接路径，所述多个光学连接路径包括连接到所述第一光学端口的第一个输入的第一光学连接路径、连接到所述第二光学端口的第N个输出的第二光学连接路径以及分别连接在所述第一光学端口的第二个输入到第N个输入和所述第二光学端口的第I个输出到第N-1个输出之间的多个其它光学连接路径； 交换机； 至少一个光学发射机； 光学复用器； 光学解复用器；以及 至少一个光学接收机； 在所述至少一个光学发射机处从所述交换机接收至少一个第一电子信号； 通过所述至少一个光学发射机提供与所述至少一个第一电子信号相对应的位于指定波长上的至少一个第一光学信号； 在所述光学复用器处从所述至少一个光学发射机接收位于所述指定波长上的所述至少一个第一光学信号； 通过所述光学复用器将所述至少一个第一光学信号添加到连接到所述第二光学端口的指定输出k的所述多个光学连接路径中的第一选择的一个光学连接路径，其中I ^ k ^ N ； 通过光学解复用器从连接到所述第一光学端口的指定输入j的所述多个光学连接路径中的第二选择的一个光学连接路径去掉位于所述指定波长上的所述至少一个第二光学信号，其中KjSk ;并且 通过所述至少一个光学接收机向所述交换机提供与所述至少一个第二光学信号相对应的至少一个第二电子信号。`
31.一种在至少一个路径上将以太网帧从起源以太网交换机多播到目的地以太网交换机上的至少一个目的地端口的方法，包括下列步骤: 将所述起源以太网交换机的至少一个双工端口指定为多播主端口； 将目的地以太网交换机指定为对于每一个多播主端口的初级目的地交换机； 将所述初级目的地交换机的一个双工端口指定为对于所述多播主端口中的每一个的初级目的地端口； 经过位于所述起源以太网交换机和所述初级目的地交换机之间并且包括所述起源以太网交换机和所述初级目的地交换机的所述至少一个路径中的一个或多个电路交换机，建立从所述起源以太网交换机的所述至少一个双工端口中的每一个到其初级目的地端口的前向单工连接； 以将被朝向所述目的地交换机多播的帧的MAC地址填充与所述起源以太网交换机相关联的转发表，所述目的地交换机包括所述初级目的地交换机； 基于但不局限于接收到的以太网帧的分组头部字段，以输出端口映射填充每一个目的地交换机的转发表； 从所述起源以太网交换机在所述前向单工连接上转发所述以太网帧，用于由所述初级目的地交换机接收； 在一个或多个电路交换机的输出处创建所述以太网帧的至少第一拷贝和第二拷贝；并且 将所述以太网帧的所述第一拷贝从所述电路交换机引导到所述多播主端口。
32.一种在至少两个路径上将以太网帧从起源以太网交换机多播到至少两个目的地以太网交换机上的至少两个目的地端口的方法，包括下列步骤: 将所述起源以太网交换机的至少一个双工端口指定为多播主端口； 将第一目的地以太网交换机指定为对于每一个多播主端口的初级目的地交换机； 将所述初级目的地交换机的一个双工端口指定为对于所述多播主端口的每一个的初级目的地端口； 将第二目的地以太网交换机指定为次级目的地交换机； 将所述次级目的地交换机的一个双工端口指定为对于所述多播主端口的每一个的次级目的地端口； 经过一个或多个交叉点交换机建立在每一个多播主端口和其初级目的地端口之间的双工连接，所述双工连接包括来自所述多播主端口的前向单工连接以及从所述初级目的地端口到所述多播主端口的反向单工连接； 以将被朝向所述目的地交换机多播的帧的MAC地址填充与所述起源以太网交换机相关联的转发表，所述目的地交换机包括所述初级目的地交换机； 以将被朝向所述目的地交换机多播的帧的MAC地址填充每一个目的地交换机的转发表，以便被转发到所述目的地交换机的一个或多个端口 ； 在所述一个或多个交叉点交换机的一个或多个输出处创建所述前向单工连接的至少第一拷贝和第二拷贝；以及 将所述前向单工连接的所述第一拷贝和第二拷贝中的至少一个引导到所述次级目的地交换机的所述次级目的地端口。
33.如权利要求32所述的方法，其中，所述初级目的地交换机与所述起源交换机相同，并且所述初级目的地端口与所述多播主端口相同。
【文档编号】H04J14/02GK103797737SQ201280040429
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年6月20日 优先权日:2011年6月20日
【发明者】R·A·巴里, D·J·胡萨克, D·E·斯波克, M·W·摩根, P·B·埃弗德尔, R·李 申请人:普莱克希公司