数据交换系统及其建立方法和装置以及通信系统与流程

本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据交换系统及其建立方法和装置以及通信系统。

背景技术：

随着电子/通信技术的不断发展，现代的大型的电子设备系统变得非常复杂，通常需要在采集海量的数据的同时，进行大规模的并行计算来快速的发现有价值的目标信息。此时，整个系统的内部数据吞吐量急速增大，并对延迟和带宽提出了非常高的要求。对于现代的大型电子设备来说，超高速的大规模交换网络成为此类系统的瓶颈。

现有的数据交换技术有以太网，fc(fiberchannel，光纤通道，一种广泛用于存储的网络技术)，rapidio(快速io，一种面向高性能微处理器及系统互连的接口标准)等等，他们采用拓扑结构有：星型拓扑，环形拓扑，树形拓扑，总线型拓扑(图1)，和以上两个或多个混合型的拓扑结构。

星型结构

星型结构是以一个节点为中心的处理系统，各种类型的入网机器均与该中心节点有物理链路直接相连。星型结构的优点是结构简单、建网容易、控制相对简单。其缺点是属集中控制，主节点负载过重，可靠性低，通信线路利用率低。

总线结构

总线结构是比较普遍采用的一种方式，它将所有的入网计算机均接入到一条通信线上，为防止信号反射，一般在总线两端连有终结器匹配线路阻抗。总线结构的优点是信道利用率较高，结构简单，价格相对便宜。缺点是同一时刻只能有两个网络节点相互通信，网络延伸距离有限，网络容纳节点数有限。在总线上只要有一个点出现连接问题，会影响整个网络的正常运行。

环型结构

环型结构是将各台连网的计算机用通信线路连接成一个闭合的环。环型拓扑是一个点到点的环型结构。每台设备都直接连到环上，或通过一个接口设备和分支电缆连到环上。在初始安装时，环型拓扑网络比较简单。随着网上节点的增加，重新配置的难度也增加，对环的最大长度和环上设备总数有限制。可以很容易地找到电缆的故障点。受故障影响的设备范围大，在单环系统上出现的任何错误，都会影响网上的所有设备。

树型结构

星型网络拓扑结构的一种扩充便是星行树,如上图所示。每个hub与端用户的连接仍为星型，hub的级连而形成树。然而，应当指出，hub级连的个数是有限制的，并随厂商的不同而有变化。树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。

在现有电子技术条件下，一般的交换芯片可以达到的数据吞吐量大约为每秒几个gb(gigabyte，千兆字节，计算机存储容量单位，1gb＝1024mb＝＝2^30字节)的水平。最高可能可以达到数十gb。并且由于芯片封装大小、扇热、信号质量的限制，更高带宽的交换器件变得越来越困难，甚至于根本无法实现。所以对于每秒tb(terabyte，太字节，计算机存储容量单位，1tb＝1024gb＝＝2^40字节)级的数据交换来说，星形拓扑的主交换节点的负担过重，数据带宽远超出现有技术的能力。同理，总线型/环形/树形拓扑均不适用于超大带宽下的数据交换。

如上所述，现有的技术方案均无法满足大规模电子信息处理系统的数据交换需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本公开提出了一种数据交换系统及其建立方法和装置以及通信系统，以实现大规模电子信息处理系统的数据交换需求。

根据本公开的一方面，提出一种数据交换系统，所述数据交换系统由多个数据交换单元连接组网，每个数据交换单元包括至少一输入端及至少一输出端，所述系统包括：

接触层，包括n个数据交换单元；及

交换网络，连接所述接触层，包括k组交换层，每组交换层包括m个数据交换单元，对所述k组交换层进行编号，记为第一层至第k层，所述第一层与所述接触层连接以进行通信，所述交换网络各组交换层相互连接以进行通信；

其中，n、m和k为正整数，n≤m，m＝2^k。

在一种可能的实施方式中，对所述第一层至所述第k层包含的数据交换单元分别编号为d1，0～d1，m-1至dk,0～dk，m-1，

所述交换网络各组交换层之间的连接方式包括：

当k>1时，所述第i层的数据交换单元di，j连接于第i-1层的数据交换单元di-1，j，及第i-1层的数据交换单元di-1，y，所述数据交换单元di-1，y的确定方式为：

令t＝mod(j，2ⁱ)，如果t<2^(i-1)，则di-1，y为di-1，j+2^(i-1)；如果t≥2^(i-1)，则di-1，y为di-1，j-2^(i-1)，

其中，i＝k，k-1，…，2；j＝m-1，m-2，…，0。

在一种可能的实施方式中，对所述接触层包含的数据交换单元分别编号为d0，0～d0，n-1，所述第一层包含的数据交换单元分别编号为d1，0～d1，m-1，

当n＝m时，所述第一层与所述接触层的连接方式，包括：

所述第一层的数据交换单元d1，j连接于所述接触层的数据交换单元d0，j，及所述接触层的数据交换单元d0，x，所述数据交换单元d0，x的确定方式为：

当j是偶数时，数据交换单元d0，x为数据交换单元d0，j+1；

当j是奇数时，数据交换单元d0，x为数据交换单元d0，j-1。

在一种可能的实施方式中，对所述接触层包含的数据交换单元分别编号为d0，0～d0，n-1，所述第一层包含的数据交换单元分别编号为d1，0～d1，m-1，

当n<m时，所述第一层与所述接触层之间的连接方式，包括：

当k>1时，对于所述第一层的数据交换单元d1，j，如果所述接触层的数据交换单元d0，j不存在，则所述第一层的数据单元d1，j连接于所述接触层的数据交换单元d0，z，所述数据交换单元d0，z的确定方式为：

当j是偶数时，数据交换单元d0，x为数据交换单元d0，j+1；

当j是奇数时，数据交换单元d0，x为数据交换单元d0，j-1；

当k＝1，如果所述接触层的数据交换单元d0，1不存在，则所述第一层的数据单元d1，1、d1，0分别连接于所述接触层的数据交换单元d0，0。

在一种可能的实施方式中，所述至少一输入端和所述至少一输出端中的每个是双向数据传输端口或单向数据传输端口。

在一种可能的实施方式中，还包括负载均衡器，连接于所述接触层及交换网络，用于对所述数据交换系统的进行负载均衡。

在一种可能的实施方式中，所述第一层与所述接触层的连接方式、所述交换网络各组交换层的连接方式及所述系统中各数据交换单元的连接方式为电连接和/或光连接。

通过以上方式组网形成的数据交换系统，根据本公开的各个方面可以实现多种规模，甚至是超大规模的数据交换功能，满足大规模电子信息处理系统的数据交换需求。

根据本公开的另一方面，提出了一种数据交换系统的建立方法，该方法包括：

获取网内所有数据交换单元的信息；

判断所述所有数据交换单元的工作状态，将其中的空闲数据交换单元进行标记；及

使用标记的所述空闲数据交换单元建立所述的数据交换系统。

通过以上数据交换系统的建立方法的实施，本公开的各个方面可以发现网内空闲的数据交换单元，并利用空闲的数据交换单元建立前述的数据交换系统以实现大规模数据交换。

根据本公开的另一方面，提供了一种应用数据交换系统的通信系统，其特征在于，包括：

所述的数据交换系统；

至少一第一通信系统连接于所述数据交换系统的接触层；及

至少一第二通信系统连接于所述数据交换系统的第k层。

通过以上方式实现的通信系统，本公开的各个方面可以实现多个通信系统之间的大规模数据的快速传输。

根据本公开的另一方面，提出了一种数据交换系统的建立装置，该建立装置包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为：

获取网内所有数据交换单元的信息；

判断所述所有数据交换单元的工作状态，将其中的空闲数据交换单元进行标记；及

使用标记的所述空闲数据交换单元建立所述的数据交换系统。

根据本公开的另一方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。

通过所述建立装置各部件的配合，本公开的各个方面可以获取网内的空闲数据交换单元，并利用空闲数据交换单元建立可以进行大规模数据交换的数据交换系统。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出了现有技术中的网络拓扑结构的示意图。

图2示出根据本公开一实施例的数据交换系统的示意图。

图3是本公开一实施例的通信系统的示意图。

图4是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

图5是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

图6是本公开一实施例数据交换系统的结构示意图。

图7是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

图8是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

图9是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

图10是本公开一实施例的数据交换系统的建立方法的流程图。

图11是本公开一实施例的数据交换系统的建立装置的框图。

图12是本公开一实施例的一种用于建立数据交换系统的装置的框图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

请参阅图2，图2示出根据本公开一实施例的数据交换系统的示意图。如图2所示，该系统可以包括接触层10及交换网络20，接触层10连接于交换网络20，以进行通信。

接触层10及交换网络20可包括多个数据交换单元，例如，接触层10可包括n个数据交换单元，交换网络20可包括k*m个数据交换单元。交换网络20可分为k组交换层，对所述k组交换层进行编号，记为第一层201至第k层20k，交换网络20的各组交换层可相互连接以进行通信。其中，n、m和k的取值可为正整数，n与m之间的关系可为：n≤m，m与k之间的关系可为：m＝2^k。应该明白的是，首先，以上对接触层10及交换网络20的数据交换单元数目的描述并非限定，在实际配置中，接触层10的数据交换单元的数目也可以大于交换网络20每组数据交换单元的数目，n也可以大于m；其次，对交换网络20也可以按照其他方式进行分组，交换网络20每组交换层包含的数据交换单元数目也可以不相等，或者，交换网络20每一层数据交换单元数目m与交换网络20的层数k之间可以是其他的对应关系。

所述第一层201可连接于接触层10，应该明白的是，对交换网络20进行分组以后，所述第一层201与所述第k层20k互为镜像，因此，与接触层10相连的可以是第一层201，也可以是第k层20k。所述数据交换单元可以包括至少一输入端及至少一输出端，例如，所述数据交换单元可以为单端输入、单端输出，也可以是双端输入、双端输出，还可以是四端口输入、四端口输出，本公开不做限定。所述数据交换系统可由多个数据交换单元连接组网，用以传输数据，进行数据交换。

通过以上方式组网形成的数据交换系统，可以实现多种规模，甚至是超大规模的数据交换功能，满足大规模电子信息处理系统的数据交换需求。例如，当每一个数据交换单元的数据交换能力为1gb/s时，上述数据交换系统可以实现2gb/s，4gb/s，8gb/s，…2^kgb/s，上述的数据交换系统突破了现有技术的瓶颈，可以实现tb级，pb级(petabytes，拍字节，计算机存储容量单位，1pb＝1024tb＝＝2^50字节)甚至是更大规模的电子信息处理系统的数据交换需求。当通过选择不同数目的数据交换单元组成数据交换系统，还可以实现数据交换系统的定制化。

请参阅图3，图3是本公开一实施例的通信系统的示意图。如图3所示，所述通信系统包括通信系统a、通信系统b及前述的数据交换系统。

通信系统a及通信系统b分别连接于数据交换系统以进行通信，通信系统a及通信系统b都可以发出或者接收信息。举例而言，当通信系统a需要传输数据到通信系统b时，通信系统a可以通过数据交换系统连接于通信系统b，这样，通信系统a的数据就可以通过数据交换系统传输到通信系统b。应该明白的是，首先，通信系统b也可以通过数据交换系统传输数据到通信系统a；其次，通信系统a，通信系统b可以包括一个或者多个子通信系统；然后，除了通信系统a及通信系统b以外，所述通信系统还可以包括其它多个通信系统c/d/e(图中未示出)等，其它通信系统c/d/e可以通过所述数据交换网络传输数据。

通过以上方式实现的通信系统，可以实现多个通信系统之间的大规模数据的快速传输。

请参阅图2。如图2所示，可以对所述第一层201至所述第k层20k包含的数据交换单元分别编号为d1，0～d1，m-1至dk，0～dk，m-1。

在一种可能的实施方式中，交换网络20各组交换层之间的连接方式可以包括：

当k>1时，所述第i层的数据交换单元di，j连接于第i-1层的数据交换单元di-1，j，及第i-1层的数据交换单元di-1，y，所述数据交换单元di-1，y的确定方式为：

令t＝mod(j，2ⁱ)，如果t<2^(i-1)，则di-1，y为di-1，j+2^(i-1)；如果t≥2^(i-1)，则di-1，y为di-1，j-2^(i-1)，其中，i＝k，k-1，…，2；j＝m-1，m-2，…，0。

请参阅图4，图4是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

图4给出了当k＝3，每个数据交换单元具有双输入端口和双输出端口时，数据交换系统的连接方式的一种示例。如图4所示，可对所述第一层201至第三层203包含的数据交换单元分别编号为d1，0～d1，7至d3，0～d3，7，数据交换单元d1，0～d1，7至数据交换单元d3，0～d3，7具有如图3所示的连接关系。

采用这样的连接方式，数据交换系统可将接触层10与第k层20k的每一个数据交换单元连接起来，从接触层10输入的数据可以从第k层20k任意一个数据交换单元输出，同样的从第k层20k任意一个数据交换单元输入的数据都可以从接触层10输出。

请参阅图2，如图2所示，可对所述接触层10包含的数据交换单元分别编号为d0，0～d0，n-1，所述第一层包含的数据交换单元分别编号为d1，0～d1，m-1，

在一种可能的实施方式中，当n＝m时，所述第一层201与所述接触层10的连接方式，包括：

当k>1时，所述第一层的数据交换单元d1，j连接于所述接触层10的数据交换单元d0，j，及所述接触层10的数据交换单元d0，x，所述数据交换单元d0，x的确定方式为：

当j是偶数时，数据交换单元d0，x为数据交换单元d0，j+1；

当j是奇数时，数据交换单元d0，x为数据交换单元d0，j-1。

当k＝1时，所述第一层201的数据交换单元d1，0和d1，1分别连接所述接触层的数据交换单元d0，0和d0，1。

请参阅图4，图4给出了当k＝3，每个数据交换单元具有双输入端口和双输出端口时，数据交换系统的连接方式的一种示例。如图4所示，可对接触层10包含的数据交换单元分别编号为d0，0～d0，7，可对所述第一层201包含的数据交换单元分别编号为d1，0～d1，7，接触层10的数据交换单元d0，0～d0，7与第一层201的数据交换单元d1，0～d1，7具有如图4所示的连接关系。

请参阅图5，图5是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

图5给出了当k＝1，每个数据交换单元具有双输入端口和双输出端口时，数据交换系统的连接方式的一种示例。如图5所示，可对接触层10包含的数据交换单元分别编号为d0，0，d0，1，可对所述第一层201包含的数据交换单元分别编号为d1，0，d1，1。所述第一层201的数据交换单元d1，0和d1，1可以分别连接所述接触层的数据交换单元d0，0和d0，1。

采用这样的连接方式，数据交换系统可将接触层10与第一层201的数据交换单元连接起来，从接触层10的数据交换单元输入的数据可以通过从第一层201的数据交换单元传输到交换网络20第k层20k，从第k层20k输入的数据也可以通过第一层各数据交换单元传输到接触层10各数据交换单元。

在一种可能的实施方式中，当n＝m时，所述第一层与所述接触层的连接方式，包括：

当k>1时，所述第一层的数据交换单元d1，j连接于所述接触层的数据交换单元d0，j，及所述接触层的数据交换单元d0，x，所述数据交换单元d0，x的确定方式为：

当j是偶数时，数据交换单元d0，x为数据交换单元d0，j+1；

当j是奇数时，数据交换单元d0，x为数据交换单元d0，j-1。

当k＝1时，所述第一层201的数据交换单元d1，0和d1，1分别连接所述接触层的数据交换单元d0，0和d0，1。

交换网络20各组交换层之间的连接方式可以包括：

当k>1时，所述第i层的数据交换单元di，j连接于第i-1层的数据交换单元di-1，j，及第i-1层的数据交换单元di-1，y，所述数据交换单元di-1，y的确定方式为：

令t＝mod(j，2ⁱ)，如果t<2^(i-1)，则di-1，y为di-1，j+2^(i-1)；如果t≥2^(i-1)，则di-1，y为di-1，j-2^(i-1)，其中，i＝k，k-1，…，2；j＝m-1，m-2，…，0。

请参阅图4，图4给出了当k＝3，每个数据交换单元具有双输入端口和双输出端口时，数据交换系统的连接方式的一种示例。如图4所示，可对接触层10包含的数据交换单元分别编号为d0，0～d0，7，可对所述第一层至第三层包含的数据交换单元分别编号为d1，0～d1，7至d3，0～d3，7，接触层10、第一层至第三层之间具有如图4所示的连接关系。

请参阅图5，图5是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

图5给出了当k＝1，每个数据交换单元具有双输入端口和双输出端口时，数据交换系统的连接方式的一种示例。如图5所示，可对接触层10包含的数据交换单元分别编号为d0，0，d0，1，可对所述第一层包含的数据交换单元分别编号为d1，0，d1，1。所述第一层201的数据交换单元d1，0和d1，1分别连接所述接触层的数据交换单元d0，0和d0，1。

采用这样的连接方式，数据交换系统可将接触层10的每一个数据交换单元与交换网络20第k层20k的每一个数据交换单元连接起来，从接触层10任意一个数据交换单元输入的数据都可以从第k层20k任意一个数据交换单元输出，同样的从第k层20k任意一个数据交换单元输入的数据都可以从接触层10任意一个数据交换单元输出。

在一种可能的实施方式中，接触层10包含的数据交换单元的数目n可与交换网络的第一层包含的数据交换单元m数目不等，例如，数目n可以小于数目m。

请参阅图2，对所述接触层10包含的数据交换单元分别编号为d0，0～d0，n-1，所述第一层包含的数据交换单元分别编号为d1，0～d1，m-1，

当n<m时，所述第一层与所述接触层10之间的连接方式可以包括：

当k>1时，对于所述第一层201的数据交换单元d1，j，如果所述接触层的数据交换单元d0，j不存在，则所述第一层的数据单元d1，j连接于所述接触层的数据交换单元d0，z，所述数据交换单元d0，z的确定方式为：

当j是偶数时，数据交换单元d0，x为数据交换单元d0，j+1；

当j是奇数时，数据交换单元d0，x为数据交换单元d0，j-1。

应该说明的是，当数据交换单元d0，j不存在时，其他的本应当与数据交换单元d0，j连接的数据交换单元可以去除与它的连接，只保留可以存在的连接。

当k＝1，如果所述接触层的数据交换单元d0，1不存在，则所述第一层的数据单元d1，1、d1，0分别连接于所述接触层的数据交换单元d0，0。

请参阅图6，图6是本公开一实施例数据交换系统的结构示意图。

图6示出了当k>1，每个数据交换单元具有双输入端口和双输出端口时，n<m的数据交换系统的的连接方式的一种示例，如图6所示，可对接触层10包含的数据交换单元分别编号为d0，0～d0，6，可对所述第一层201包含的数据交换单元分别编号为d1，0～d1，7，接触层10的数据交换单元d0，0～d0，7与第一层201数据交换单元d1，0～d1，7具有如图6所示的连接关系。

请参阅图7，图7是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

图7给出了当k＝1，每个数据交换单元具有双输入端口和双输出端口时，n<m的数据交换系统的连接方式的一种示例。如图7所示，可对接触层10包含的数据交换单元编号为d0，0，可对所述第一层201包含的数据交换单元分别编号为d1，0，d1，1。所述第一层201的数据交换单元d1，0和d1，1分别连接所述接触层的数据交换单元d0，0。

以上对n<m时接触层10与第一层201的交接方式的举例描述并非穷举，只是为了更好地说明本公开，在其他实施方式中，当缺少数据交换单元与举例说明的情况不一样时，可以具有不同的连接方式，本发明不做限定。

在一种可能的实施方式中，数据交换系统中的每个数据交换单元可包括多个输入端口和多个输出端口，例如，数据交换单元可包括四个输入端口和四个输出端口，也可以包括八个输入端口和八个输出端口，也就是说，数据交换单元除了是以上描述的四端口器件以外，还可以是八端口器件、十六端口器件、三十二端口器件、六十四端口器件等等。当数据交换单元包括多个输入端口和多个输出端口时，包括上述数据交换单元的数据交换系统可以具有如图1-6所述的数据交换系统的拓扑结构，以下以数据交换单元为八端口器件和十六端口器件分别举例说明。

请参阅图8，图8是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

如图8所示，当每个数据交换单元具有四个输入端口和四个输出端口时，数据交换系统中各数据交换单元的连接方式如图8所示。

当数据交换单元为四输入四输出时，假设每一个数据传输端口传输数据的速度为0.5gb/s，则每个数据交换单元的数据吞吐能力为2gb/s。图7所示的数据交换系统可实现最大8gb/s的数据交换速度。图8所示的数据交换系统包括接触层10和交换网络20，交换网络包括两层交换层，分别为第一层201、第二层202。当数据交换单元为八端口时，接触层可包括四个八端口数据交换单元，其编号可分别为d0，0，d0，1，d0，2，d0，3，将各个八端口数据交换单元的其中四个端口作为一组分别标记为io00，io01，io02，io03。第一层201至第二层202的编号分别为d1，0-d1，3，d2，0-d2，3，将第二层中各个八端口数据交换单元的其中四个端口作为一组分别标记为io100，io110，io120，1o130。

请参阅图9，图9是本公开一实施例的数据交换系统的结构示意图。

如图9所示，当每个数据交换单元具有八个输入端口和八个输出端口时，数据交换系统中各数据交换单元的连接方式如图9所示。

当数据交换单元为八输入八输出时，假设每一个数据传输端口传输数据的速度为0.5gb/s，则每个数据交换单元的数据吞吐能力为4gb/s。图9所示的数据交换系统可实现最大8gb/s的数据交换速度。如图8所示，数据交换系统包括四个数据交换单元d0，0，d0，1,d1，0，d1，1,其中，d0，0，d0，1可作为接触层10，d1，0，d1，1可作为交换网络20，该交换网络可仅包含一组交换层第一层201。选取接触层10的各个数据交换单元中任意的八个端口分别标记为io000，io001,选取交换网络第一层的各个数据交换单元中任意的八个端口分别标记为io1000，io1100。

请一并参阅图2，图4，图5，图8及图9，及其对应的描述，当数据交换单元为四端口器件、八端口器件、十六端口器件时，它们形成的数据交换系统可具有相似的拓扑结构，只需要将各数据交换单元进行适当分组即可。应该明白的是，此处的描述并非是要限制本公开，以上的举例也并非是穷举式的，当数据交换单元具有最大为2^t个端口时(t>2)，可以使用多个所述数据交换单元形成一种数据交换系统，该数据交换系统的组成、连接方式可具有如前所述的形式。当然，通过类似的方法，也可以实现4/8/16/32/64/128端口的数据交换混合网络和任意数据交换单元网络，等等，本公开不做限制。

在一种可能的实施方式中，上述的数据交换单元的所述至少一输入端和所述至少一输出端中的每个是双向数据传输端口或单向数据传输端口。

当上述的数据交换单元的输入端和输出端都是双向数据传输端口时，整个交换网络的数据传输能力相对于数据交换单元的输入端和输出端都是单向数据传输端口的情况翻倍。

在一种可能的实施方式中，数据交换系统还可以包括负载均衡器(图中未示出)，连接于所述接触层及交换网络，用于对所述数据交换系统的进行负载均衡。

当数据交换系统具备负载均衡的能力时，数据交换系统的工作效率会大幅提高。

在一种可能的实施方式中，所述第一层与所述接触层的连接方式、所述交换网络各组交换层的连接方式及所述系统中各数据交换单元的连接方式为电连接和/或光连接。

在一种可能的实施方式中，上述的数据交换单元可为fpga芯片(field－programmablegatearray，现场可编程门阵列)、dsp芯片(英文：digitalsignalprocessing，中文：数字信号处理)、路由器、交换机、工作站、服务器、计算机等能够实现数据交换传输的设备、器件。上述的数据交换单元可以具备深存储的功能以使得本公开的数据交换系统具有更高的性能。

如图10所示，本公开还提供一种数据交换系统的建立方法的流程图。

如图10所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤s110，获取网内所有数据交换单元的信息。

在一种可能的实施方式中，获取模块获取网内所有数据交换单元的信息，所述信息可以包括地址、工作状态、连接关系等等。

步骤s120，判断所述所有数据交换单元的工作状态，将其中的空闲数据交换单元进行标记。

在一种可能的实施方式中，判断模块根据获取模块获取的信息判断所有数据交换单元的工作状态，将工作状态为空闲的数据交换单元进行标记，标记的数据交换单元作为备用数据交换单元供后续使用。

在一种可能的实施方式中，判断模块也可以根据各数据交换单元的工作状态判断其执行任务的紧急程度，若某些数据交换单元执行任务的重要性较低，则将其进行标记，当空闲的数据交换单元数目不足以后续使用时，可利用重要性低的数据交换单元进行作业。

步骤s130，使用标记的所述空闲数据交换单元建立数据交换系统。

在一种可能的实施方式中，建立模块使用标记的所述空闲数据交换单元建立如图1所示的数据交换系统。

所述数据交换系统可包括接触层及交换网络，接触层10连接于交换网络20，以进行通信。

接触层10及交换网络20可包括多个数据交换单元，例如，接触层10可包括n个数据交换单元，交换网络20可包括k*m个数据交换单元。交换网络20可分为k组交换层，对所述k组交换层进行编号，记为第一层至第k层，交换网络20的各组交换层可相互连接以进行通信。其中，n、m和k的取值可为正整数，n与m之间的关系可为：n≤m，m与k之间的关系可为：m＝2^k。应该明白的是，首先，以上对接触层10及交换网络20的数据交换单元数目的描述并非限定，在实际配置中，接触层10的数据交换单元的数目也可以大于交换网络20每组数据交换单元的数目，n也可以大于m；其次，对交换网络20也可以按照其他方式进行分组，交换网络20每组交换层包含的数据交换单元数目也可以不相等，或者，交换网络20每一层数据交换单元数目m与交换网络20的层数k之间可以是其他的对应关系。

所述第一层可连接于接触层10，应该明白的是，对交换网络20进行分组以后，所述第一层与所述第k层互为镜像，因此，与接触层10相连的可以是第一层，也可以是第k层。所述数据交换单元可以包括至少一输入端及至少一输出端，例如，所述数据交换单元可以为单端输入、单端输出，也可以是双端输入、双端输出，还可以是四端口输入、四端口输出，本公开不做限定。所述数据交换系统可由多个数据交换单元连接组网，用以传输数据，进行数据交换。

关于数据交换系统的具体描述，请参照之前的介绍，此处不再赘述。

在一种可能的实施方式中，在步骤s110-步骤s130任一步骤之后，都可以包括存储步骤，用于步骤s110-步骤s13产生的数据，例如，在步骤s110之后可包括存储获取的信息的步骤，在步骤s120还可包括存储标记的数据交换单元的步骤，在步骤s130还可以包括存储建立的数据交换系统的连接方式的步骤。

应该明白的是，以上流程图的执行并不限于上述的描述，步骤执行的顺序可以改变，各个步骤执行的动作也可以增加、减少，只要通过各个步骤的配合可以实现数据交换系统的建立。

通过以上数据交换系统的建立方法的实施，本公开可以发现网内空闲的数据交换单元，并利用空闲的数据交换单元建立前述的数据交换系统以实现大规模数据交换。

如图11所示，本公开还提供一种与数据交换系统的建立方法对应的建立装置的框图，该建立装置可以被分割为多个模块以实现特定的功能，所述建立装置包括获取模块200、判断模块210和建立模块220。

获取模块200，用于获取网内所有数据交换单元的信息。

在一种可能的实施方式中，获取模块200获取网内所有数据交换单元的信息，所述信息可以包括地址、工作状态、连接关系等等

判断模块210，电连接于所述获取模块，用于判断所述所有数据交换单元的工作状态，将其中的空闲数据交换单元进行标记。

在一种可能的实施方式中，判断模块210根据获取模块200获取的信息判断所有数据交换单元的工作状态，将工作状态为空闲的数据交换单元进行标记，标记的数据交换单元作为备用数据交换单元供后续使用。

在一种可能的实施方式中，判断模块210也可以根据各数据交换单元的工作状态判断其执行任务的紧急程度，若某些数据交换单元执行任务的重要性较低，则将其进行标记，当空闲的数据交换单元数目不足以后续使用时，可利用重要性低的数据交换单元进行作业。

建立模块220，电连接于所述建立模块，用于使用标记的所述空闲数据交换单元建立前述的数据交换系统。

所述数据交换系统可包括接触层及交换网络，接触层10连接于交换网络20，以进行通信。

接触层10及交换网络20可包括多个数据交换单元，例如，接触层10可包括n个数据交换单元，交换网络20可包括k*m个数据交换单元。交换网络20可分为k组交换层，对所述k组交换层进行编号，记为第一层至第k层，交换网络20的各组交换层可相互连接以进行通信。其中，n、m和k的取值可为正整数，n与m之间的关系可为：n≤m，m与k之间的关系可为：m＝2^k。应该明白的是，首先，以上对接触层10及交换网络20的数据交换单元数目的描述并非限定，在实际配置中，接触层10的数据交换单元的数目也可以大于交换网络20每组数据交换单元的数目，n也可以大于m；其次，对交换网络20也可以按照其他方式进行分组，交换网络20每组交换层包含的数据交换单元数目也可以不相等，或者，交换网络20每一层数据交换单元数目m与交换网络20的层数k之间可以是其他的对应关系。

所述第一层可连接于接触层10，应该明白的是，对交换网络20进行分组以后，所述第一层与所述第k层互为镜像，因此，与接触层10相连的可以是第一层，也可以是第k层。所述数据交换单元可以包括至少一输入端及至少一输出端，例如，所述数据交换单元可以为单端输入、单端输出，也可以是双端输入、双端输出，还可以是四端口输入、四端口输出，本公开不做限定。所述数据交换系统可由多个数据交换单元连接组网，用以传输数据，进行数据交换。

关于数据交换系统的具体描述，请参照之前的介绍，此处不再赘述。

在一种可能的实施方式中，所述建立装置还可以包括存储模块(图中未示出)，存储模块用于存储各个步骤产生的数据。存储模块可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

需要说明的是，尽管以数据建立装置的模块图作为示例介绍了本公开，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定各模块，上述的模块图中的模块可以增加、减少、改变各个模块的执行步骤，只要各模块之间的配合可以完成上述数据交换系统的建立即可。

通过以上各模块的配合，本公开可以获取网内的空闲数据交换单元，并利用空闲数据交换单元建立可以进行大规模数据交换的数据交换系统。

在一种可能的实施方式中，图12是本公开一实施例的一种用于建立数据交换系统的装置1900的框图。例如，装置1900可以被提供为一服务器。参照图12，装置1900包括处理组件1922，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块(参阅图11)。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述数据交换系统的建立方法(参阅图10)。

装置1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行装置1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将装置1900连接到网络，和一个输入输出(i/o)接口1958。装置1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如windowsservertm，macosxtm，unixtm,linuxtm，freebsdtm或类似。

在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器1932，上述计算机程序指令可由装置1900的处理组件1922执行以完成上述方法。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。