基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构及通信方法与流程

本发明属于通信技术领域，涉及一种片上光互连结构及通信方法，具体涉及一种基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构及通信方法，可用于计算系统中计算节点之间广播通信。

背景技术：

片上光互连结构通过光波导实现计算系统中计算节点间通信。在计算系统中，计算节点间除存在单播通信外，还存在大量广播通信，因此需要设计支持广播的光片上结构。考虑到大量计算节点之间广播通信量，广播光片上结构及通信方法在设计时主要需要解决结构的可扩展性问题，集成设计问题、能耗问题和通信效率问题。现有研究人员针对以上问题，分别从结构和通信方法上进行了研究。

麻省理工学院的zhansu等人2014年在ieeelasersandelectro-optics发表文章“anon-chippartialdropwavelengthselectivebroadcastnetwork”，公开了一种通过8个微环同时耦合一个波导上一条光波实现的广播网络，该广播网络可以实现一个端口同时向8个端口进行广播通信，通信效率高，此外使用通过使用无源微环谐振器，降低了片上控制电路能耗开销，但该广播网络的不足在于仅能实现一个节点对其余8个节点的广播，无法实现更大规模节点之间的相互广播，扩展性有限。

申请公布号为cn103442311a，名称为“支持多播通信的光片上网络系统”的专利申请，公开了一种支持多播通信的光片上网络系统，该光片上网络系统通过由不同半径的有源微环谐振器组成的两级网络，实现了基于波长路由的多节点间的多播通信，具有一定的可扩展性，但该光片上网络系统存在的不足在于：在结构方面，集成特定弯折角度光波导，且多微环之间半径关系需要精细控制才能实现对不同波长的精确耦合，增加了片上光结构的集成设计难度，有源微环需要额外的控制电路改变其耦合波长，这增加了系统控制电路能耗开销；在通信方面，使用多波长进行多播，需要复杂的波长分配策略，且片上光波长资源有限，这些都限制了多播通信的范围，多播通信效率低。

申请公布号为cn105183693a，名称为“一种基于三维片上网络的多播传输方法”的专利申请，公开了一种基于三维片上网络的多播传输方法。该方法以一源节点为中心，将三维片上网络动态划分为高分区和低分区，随后两个分区根据一系列判别条件又进一步被优化划分为更小的多个子分区，最终源节点产生的多播信息在多个子分区中进行路由，该通信方法动态划分后可实现多区域的独立多播，虽然网络传输过程中多播通信效率有所提高，但每次广播通信前动态分区、子分区划分操作过于复杂和繁琐，使得多播通信配置时间开销增大，源节点目的节点之间整个通信流程上通信效率仍然不高，此外复杂的划分操作需要额外电路支持，这增加了使用该方法进行多播的系统能耗开销。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出一种基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构及通信方法，用于提升广播光片上结构的扩展性，降低结构的集成设计难度，同时提高广播通信的效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构，包括m×n个超级节点1、m个全局交换网2、n个本地交换网3和m×n×(m+n)条第三光波导4，m≥2，n≥2，m×n个超级节点1分为n组，每组m个，第n组中的第m个超级节点1表示为sn,m，1≤n≤n，1≤m≤m；

所述超级节点1包括交叉开关11和与其相连的m个计算节点12、两个光调制器13和m+n-2个光解调器14；所述交叉开关11，用于实现计算节点12、光调制器13和光解调器14间广播信息的交换；所述计算节点12，用于产生、发送和接收广播信息；所述光调制器13，用于将数据位宽为b的电信号转换为数据位宽为1的光信号；所述光解调器14，用于将数据位宽为1的光信号转化为数据位宽为b的电信号，b>1；

所述全局交换网2包括n个第一微环功率分配器21；所述第一微环功率分配器21包括第一主传输光波导211、n-1个第一微环谐振器212和n-1个第一辅助传输光波导213；所述第一主传输光波导211，用于将光调制器13发出的数据位宽为1的光信号耦合进第一微环谐振器212，所述第一辅助传输光波导213，用于将第一微环谐振器212耦合进的数据位宽为1的光信号发送至光解调器14；

所述本地交换网3包括m个第二微环功率分配器31；所述第二微环功率分配器31包括第二主传输光波导311、m-1个第二微环谐振器312和m-1个第二辅助传输光波导313；所述第二主传输光波导311，用于将光调制器13发出的数据位宽为1的光信号耦合进第二微环谐振器312，所述第二辅助传输光波导313，用于将第二微环谐振器312耦合进的数据位宽为1的光信号发送至光解调器14；

所述sn,m包括的两个光调制器13中的一个与第n个本地交换网3中一个第二主传输光波导311通过一条第三波导4连接，另一个与第m个全局交换网2中一个第一主传输光波导211通过一条第三波导4连接；所述sn,m包括的m+n-2个光解调器14中的m-1个各与第n个本地交换网3中的一个第二辅助传输光波导313通过一条第三波导4连接，另n-1个各与第m个全局交换网2中的一个第一辅助传输光波导213通过一条第三波导4连接；每一条第三波导4仅被使用一次。

上述基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构，所述第一主传输光波导211与各第一辅助传输光波导213平行或垂直，且该第一主传输光波导211与各第一微环谐振器212的间距不同；所述n-1个第一微环谐振器212与各自耦合的第一辅助传输光波导213的间距相同，n≥2；所述各第一微环谐振器212半径相同；所述第一辅助传输光波导213传输的数据位宽为1的光信号的功率为第一主传输光波导211传输的数据位宽为1的光信号的功率的

上述基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构，所述第二主传输光波导311与各第二辅助传输光波导313平行或垂直，且该第二主传输光波导311与各第二微环谐振器312的间距不同；所述m-1个第二微环谐振器312与各自耦合的第二辅助传输光波导313的间距相同，m≥2；所述各第二微环谐振器312半径相同；所述第二辅助传输光波导313传输的数据位宽为1的光信号的功率为第二主传输光波导311传输的数据位宽为1的光信号的功率的

上述基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构，所述计算节点12，包括广播信息生成和处理模块121，以及与广播信息生成模块121连接的广播信息发送模块122和广播信息接收模块123，其中：

所述广播信息生成和处理模块121，用于产生广播信息，处理广播信息；

所述广播信息发送模块122，用于发送广播信息；

所述广播信息接收模块123，用于接收广播信息。

上述基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构，所述交叉开关11，包括信息交换模块111、信息处理模块112、控制模块113、数据位宽均为b的m+2个输出端口114和数据位宽均为b的2m+n-2个输入端口115，b>1，n≥2，m≥2，其中：

所述信息交换模块111用于将电信号从输入端口115发送至输出端口114；

所述信息处理模块112用于对输入端口中广播信息中添加标记，或复制输入端口中的广播信息，并在复制后广播信息中添加标记，所添加的标记为全局标记或本地标记；

所述控制模块113用于判断广播信息的输出端口；

所述m+2个输出端口114，其中m个输出端口114用于各向所在超级节点1中一个计算节点12发送广播信息，其余两个输出端口114用于各向所在超级节点1中一个光调制器13发送广播信息；

所述2m+n-2个输入端口115，其中m个输入端口115用于各接收所在超级节点1中一个计算节点12的广播信息，其余m+n-2输入端口115用于各接收所在超级节点1中一个光解调器14的广播信息。

上述基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构，所述光调制器13包括依次连接的序列化模块131、电光控制电路132和第三微环谐振器133，以及与第三微环谐振器133耦合的第一波导134，所述第一波导134的输入端连接有激光源135，该第一波导134的输出端作为光调制器13的输出，其中：

所述序列化模块131，用于将数据位宽为b的电信号转换为数据位宽为1的电信号；

所述电光控制电路132，用于将数据位宽为1的电信号转换为控制信号；

所述第三微环谐振器133，根据电光控制电路132产生的控制信号用于将光波调制为数据位宽为1的光信号；

所述第一波导134，用于向全局交换网或本地交换网注入调制后的数据位宽为1的光信号；

所述激光源135，用于向第一波导134中注入光波。

上述基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构，所述光解调器14包括依次连接的解序列化模块141，光电控制电路142和参锗微环谐振器143，以及与参锗微环谐振器143耦合的第二波导144，该第二波导144的一端作为光解调器14的输入，其中：

所述解序列化模块141，用于将数据位宽为1的电信号转换为数据位宽为b的电信号；

所述光电控制电路142，用于将参锗微环谐振器143产生的未整形的电信号转变为数据位宽为1的电信号；

所述参锗微环谐振器143将数据位宽为1的光信号转变为未整形的电信号；

所述第二波导144，用于接收全局交换网或本地交换网中数据位宽为1的光信号。

一种基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构的通信方法，包括如下步骤：

(1)计算节点产生广播信息：

计算节点中的广播信息生成处理模块产生包括源超级节点编号和目的超级节点编号的广播信息，该广播信息为数据位宽为b的电信号；广播信息发送模块将该广播信息发送至交叉开关；

(2)交叉开关确定广播信息发送的光调制器：

交叉开关中的控制模块判断全部目的超级节点是否与产生广播信息的计算节点所在的超级节点均在同一组，若是，信息处理模块对广播信息添加本地标记，信息交换模块将广播信息由输入端口发送至负责本地交换网通信相关输出端口，输出端口将广播信息发送至所连接的光调制器，并执行步骤(3)；否则，控制模块判断全部目的超级节点是否与产生广播信息的计算节点所在的超级节点均不在同一组，若是，信息处理模块对广播信息添加全局标记，信息交换模块将广播信息由输入端口发送至负责全局交换网通信相关输出端口，输出端口将广播信息发送至所连接的光调制器，并执行步骤(6)；否则，信息处理模块对广播信息进行复制，并在其中一条广播信息中添加全局标记，在另一条广播信息中添加本地标记，信息交换模块将添加本地标记的一条广播信息由输入端口发送至负责本地交换网通信相关输出端口，输出端口将广播信息发送至所连接的光调制器，信息交换模块将另一条添加全局标记的广播信息由输入端口发送至负责全局交换网通信相关输出端口，输出端口将广播信息发送至所连接的光调制器，并执行步骤(9)；

(3)连接本地交换网的光调制器获取光信号并发送：

连接本地交换网的光调制器中的序列化模块将接收到的广播信息转换为数据位宽为1的电信号，发送给电光控制电路；电光控制电路将电信号转换为控制信号后发送给第三微环谐振器；第三微环谐振器根据控制信号耦合第一波导中由激光源发射的部分光波；第一波导将未被第三微环谐振器耦合的光波发送至本地交换网；

(4)第二微环功率分配器发送光信号：

本地交换网中的第二主传输光波导通过m-1个第二微环谐振器将接收到的光信号耦合进入m-1个第二辅助传输光波导；m-1个第二辅助传输光波导将光信号发送至与本地交换网连接的m-1个光解调器，m≥2；

(5)连接本地交换网的光解调器获取电信号：

连接本地交换网的光解调器中的参锗微环谐振器将从第二波导耦合的光信号转换为未整形的电信号，并将该未整形的电信号发送给光电控制电路；光电控制电路将未整形的电信号转化为数据位宽为1的电信号，并发送给解序列化模块；解序列化模块将数据位宽为1的电信号转换为数据位宽为b的电信号，并将其作为广播信息发送至与该解调器连接的交叉开关的一个输入端口，b>1，并执行步骤(12)；

(6)连接全局交换网的光调制器获取光信号并发送：

连接全局交换网的光调制器中的序列化模块将接收到的广播信息转换为数据位宽为1的电信号，发送给电光控制电路；电光控制电路将电信号转换为控制信号后发送给第三微环谐振器；第三微环谐振器根据控制信号耦合第一波导中由激光源发射的部分光波；第一波导将未被第三微环谐振器耦合的光波发送至全局交换网，并执行步骤(7)；

(7)第一微环功率分配器发送光信息：

全局交换网中的第一主传输光波导通过n-1个第一微环谐振器将接收到的光信号耦合进入n-1个第一辅助传输光波导；n-1个第一辅助传输光波导将光信号发送至与全局交换网连接的n-1个光解调器，n≥2；

(8)连接全局交换网的光解调器获取电信号：

连接全局交换网的光解调器中的参锗微环谐振器将从第二波导耦合的光信号转换为未整形的电信号，并将该未整形的电信号发送给光电控制电路；光电控制电路将未整形的电信号转化为数据位宽为1的电信号，并发送给解序列化模块；解序列化模块将数据位宽为1的电信号转换为数据位宽为b的电信号，并将其作为广播信息发送至与该解调器连接的交叉开关的一个输入端口，b>1，执行步骤(12)；

(9)连接本地交换网的光调制器和连接全局交换网的光调制器各获取光信号并发送：

连接本地交换网的光调制器中的序列化模块将接收到的广播信息转换为数据位宽为1的电信号，发送给电光控制电路；电光控制电路将电信号转换为控制信号后发送给第三微环谐振器；第三微环谐振器根据控制信号耦合第一波导中由激光源发射的部分光波；第一波导将未被第三微环谐振器耦合的光波发送至本地交换网；

连接全局交换网的光调制器中的序列化模块将接收到的广播信息转换为数据位宽为1的电信号，发送给电光控制电路；电光控制电路将电信号转换为控制信号后发送给第三微环谐振器；第三微环谐振器根据控制信号耦合第一波导中由激光源发射的部分光波；第一波导将未被第三微环谐振器耦合的光波发送至全局交换网；

(10)第一微环功率分配器和第二微环功率分配器各发送光信号：

本地交换网中的第二主传输光波导通过m-1个第二微环谐振器将接收到的光信号耦合进入m-1个第二辅助传输光波导；m-1个第二辅助传输光波导将光信号发送至与本地交换网连接的m-1个光解调器，m≥2；全局交换网中的第一主传输光波导通过n-1个第一微环谐振器将接收到的光信号耦合进入n-1个第一辅助传输光波导；n-1个第一辅助传输光波导将光信号发送至与全局交换网连接的n-1个光解调器，n≥2；

(11)连接本地交换网的光解调器和连接全局交换网的光解调器各获取电信号：

连接本地交换网的光解调器中的参锗微环谐振器将从第二波导耦合的光信号转换为未整形的电信号，并将该未整形的电信号发送给光电控制电路；光电控制电路将未整形的电信号转化为数据位宽为1的电信号，并发送给解序列化模块；解序列化模块将数据位宽为1的电信号转换为数据位宽为b的电信号，并将其作为广播信息发送至与该解调器连接的交叉开关的一个输入端口，b>1；

连接全局交换网的光解调器中的参锗微环谐振器将从第二波导耦合的光信号转换为未整形的电信号，并将该未整形的电信号发送给光电控制电路；光电控制电路将未整形的电信号转化为数据位宽为1的电信号，并发送给解序列化模块；解序列化模块将数据位宽为1的电信号转换为数据位宽为b的电信号，并将其作为广播信息发送至与该解调器连接的交叉开关的一个输入端口；

(12)交叉开关发送广播信息：

(12a)信息处理模块复制输入端口的广播信息，生成m个广播信息，m>1；

(12b)信息交换模块将m个广播信息由输入端口逐个发送至与m个计算节点相连的m个输出端口；

(12c)m个输出端口将广播信息发送至其所对应的m个计算节点；

(13)计算节点接收并处理广播信息：

m个广播信息接收模块接收广播信息，广播信息生成和处理模块判断广播信息中是否有本地标记，若是，本次广播过程结束；若否，信息生成和处理模块判断广播信息中是否还存在计算节点所属超级节点所在组组内其余超级节点，若是，执行步骤(14)；否则，本次广播过程结束；

(14)计算节点向交叉开关发送广播信息：

广播信息生成和处理模块产生广播信息，广播信息中目的超级节点为与该计算节点所在超级节点同组的其余所有超级节点；广播信息发送模块将广播信息发送至交叉开关，并重复执行步骤(2)～(13)。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，本发明中超级节点分为多组，每个超级节点依据其所属组编号和在组内编号规律性地分别连接一个本地交换网中的一个微环功率分配器和一个全局交换网络中的一个微环功率分配器，与使用一个微环功率分配进行多播的结构相比，本发明可实现多计算节点间的广播通信，同时在相同超级节点总数前提下，可根据应用特性确定超级节点组数和每组中超级节点个数配置，提高了结构的扩展性；

本地交换网和全局交换网中功率分配器可使用半径相同的微环谐振器，对所使用波导的弯折角度没有限制，与使用多半径微环谐振器实现多波长广播结构相比，本发明降低了集成设计难度。

第二，本发明中源超级节点仅依据广播目的超级节点的组编号即可选择本地交换网、全局交换网或本地交换网和全局交换网进行广播通信，交换网的划分固定，交换网的选择开销小，与现有的多播通信方法动态划分优化确定区域再进行通信的方式相比，通信前的网络配置开销小，此外，所有超级节点均可使用同一波长完成各自广播通信，与基于波长路由的多播通信方式相比，本发明无波长分配开销，通信波长配置开销小，提升了广播通信的效率。

附图说明

图1为本发明实施例中广播光片上结构的结构示意图；

图2为本发明实施例中第一微环功率分配器的结构示意图；

图3为本发明实施例中第二微环功率分配器的结构示意图；

图4为本发明实施例中超级节点的结构示意图；

图5为本发明光调制器的结构示意图；

图6为本发明光解调器的结构示意图；

图7为本发明通信方法的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。

实施例1

参照图1，包,16个超级节点1、4个全局交换网2、4个本地交换网3和128条第三光波导4，16个超级节点1分为n组，每组4个，第n组中的第m个超级节点1表示为sn,m；所述全局交换网2包括4个第一微环功率分配器21；所述本地交换网3包括4个第二微环功率分配器31；

参照图2，所述第一微环功率分配器21包括第一主传输光波导211、3个第一微环谐振器212和3个第一辅助传输光波导213；所述第一主传输光波导211，用于将数据位宽为1的光信号耦合进第一微环谐振器212，所述第一辅助传输光波导213，用于将第一微环谐振器212耦合进的数据位宽为1的光信号发送至所连接的光解调器14；所述数据位宽为1的光信号的波长与3个第一微环谐振器212的谐振波长均相同；所述第一主传输光波导211与各第一辅助传输光波导213垂直，且该第一主传输光波导211与各第一微环谐振器212的间距不同；所述3个第一微环谐振器212与各自耦合的第一辅助传输光波导213的间距相同；所述第一辅助传输光波导213传输的数据位宽为1的光信号的功率为第一主传输光波导211传输的数据位宽为1的光信号的功率的三分之一，实现了数据位宽为1的光信号从第一主传输光波导211同时发送给3个第一辅助传输光波导213的通信。

参照图3，所述第二微环功率分配器31包括第二主传输光波导311、3个第二微环谐振器312和3个第二辅助传输光波导313；所述第二主传输光波导311，用于将光调制器13发出的数据位宽为1的光信号耦合进第二微环谐振器312，所述第二辅助传输光波导313，用于将第二微环谐振器312耦合进的数据位宽为1的光信号发送至光解调器14；所述数据位宽为1的光信号的波长与第二微环谐振器212的谐振波长相同；所述第二主传输光波导311与各第二辅助传输光波导313垂直，且该第二主传输光波导311与各第二微环谐振器312的间距不同；所述3个第二微环谐振器312与各自耦合的第二辅助传输光波导313的间距相同；所述第二辅助传输光波导313传输的数据位宽为1的光信号的功率为第二主传输光波导311传输的数据位宽为1的光信号的功率的三分之一，实现了数据位宽为1的光信号从第二主传输光波导311同时发送给3个第二辅助传输光波导313的通信。

参照图4，所述超级节点1包括交叉开关11和与其相连的4个计算节点12、两个光调制器13和6个光解调器14；所述交叉开关11，用于实现计算节点12、光调制器13和光解调器14间广播信息的交换；所述计算节点12，用于产生、发送和接收广播信息；所述光调制器13，用于将数据位宽为64的电信号转换为数据位宽为1的光信号；所述光解调器14，用于将数据位宽为1的光信号转化为数据位宽为64的电信号；

所述计算节点12，包括广播信息生成和处理模块121，以及与广播信息生成模块121连接的广播信息发送模块122和广播信息接收模块123，其中：

所述广播信息生成和处理模块121，用于产生广播信息，处理广播信息，该广播信息是一种电信号，其数据位宽与输入光调制器13电信号的位宽和光解调器14输出电信号位宽相同，均为64位；

所述广播信息发送模块122，用于发送广播信息；

所述广播信息接收模块123，用于接收广播信息。

所述交叉开关11，包括信息交换模块111、信息处理模块112、控制模块113、数据位宽均为64的6个输出端口114和数据位宽均为64的10个输入端口115，其中：

所述信息交换模块111用于将电信号从输入端口115发送至输出端口114；

所述信息处理模块112用于对输入端口中广播信息中添加标记，或复制输入端口中的广播信息，并在复制后广播信息中添加标记，所添加的标记为全局标记或本地标记；

所述控制模块113用于判断广播信息的输出端口；

所述6个输出端口114，其中4个输出端口114用于各向所在超级节点1中一个计算节点12发送广播信息，其余两个输出端口114用于各向所在超级节点1中一个光调制器13发送广播信息；

所述10个输入端口115，其中4个输入端口115用于各接收所在超级节点1中一个计算节点12的广播信息，其余6输入端口115用于各接收所在超级节点1中一个光解调器14的广播信息。

参照图5，所述光调制器13包括依次连接的序列化模块131、电光控制电路132和第三微环谐振器133，以及与第三微环谐振器133耦合的第一波导134，所述第一波导134的输入端连接有激光源135，该第一波导134的输出端作为光调制器13的输出，其中：

所述序列化模块131，用于将数据位宽为64的电信号转换为数据位宽为1的电信号；

所述电光控制电路132，用于将数据位宽为1的电信号转换为控制信号；

所述第三微环谐振器133，根据电光控制电路132产生的控制信号耦合第一波导134中的光波，使得在第一波导134中传输的部分光波被耦合进入第三微环谐振器133，这部分光波在第三微环谐振器133中最终耗散消失；由于控制信号是根据数据位宽为1的电信号产生的，在第三微环谐振器133受控耦合光波的过程中，在第一波导134中剩余的光波即转变为携带有原始电信号信息的数据位宽为1的光信号，因此第三微环谐振器133用于将光波调制为数据位宽为1的光信号；

所述第一波导134，用于向全局交换网或本地交换网注入数据位宽为1的光信号；

所述激光源135，用于向第一波导134中注入光波。

参照图6，所述光解调器14包括依次连接的解序列化模块141，光电控制电路142和参锗微环谐振器143，以及与参锗微环谐振器143耦合的第二波导144，该第二波导144的一端作为光解调器14的输入，其中：

所述解序列化模块141，用于将数据位宽为1的电信号转换为数据位宽为b的电信号；

所述光电控制电路142，用于将参锗微环谐振器143产生的未整形的电信号转变为数据位宽为1的电信号；

所述参锗微环谐振器143将数据位宽为1的光信号转变为未整形的电信号；

所述第二波导144，用于接收全局交换网或本地交换网中数据位宽为1的光信号。

参照图1，所述第n组中的第m个超级节点1包括的两个光调制器13中的一个与第n个本地交换网3中一个第二主传输光波导311通过一条第三波导4连接，另一个与第m个全局交换网2中一个第一主传输光波导211通过一条第三波导4连接；所述sn,m包括的6个光解调器14中的3个各与第n个本地交换网3中的一个第二辅助传输光波导313通过一条第三波导4连接，另3个各与第m个全局交换网2中的一个第一辅助传输光波导213通过一条第三波导4连接；每一条第三波导4仅被使用一次。

参照图7，一种基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构的通信方法，包括如下步骤：

步骤1)计算节点产生广播信息：

计算节点中的广播信息生成处理模块产生包括源超级节点编号和目的超级节点编号的广播信息，该广播信息为数据位宽为64的电信号；广播信息发送模块将该广播信息发送至交叉开关，交叉开关中与该计算节点相连的一个输入端口将接收该广播信息，该广播信息中包含一个或者多个目的超级节点的地址；

步骤2)交叉开关确定广播信息发送的光调制器：

交叉开关中的控制模块判断全部目的超级节点是否与产生广播信息的计算节点所在的超级节点均在同一组，若是，信息处理模块对广播信息添加本地标记，信息交换模块将广播信息由输入端口发送至负责本地交换网通信相关输出端口，输出端口将广播信息发送至所连接的光调制器，并执行步骤3)；否则，控制模块判断全部目的超级节点是否与产生广播信息的计算节点所在的超级节点均不在同一组，若是，信息处理模块对广播信息添加全局标记，信息交换模块将广播信息由输入端口发送至负责全局交换网通信相关输出端口，输出端口将广播信息发送至所连接的光调制器，并执行步骤6)；否则，信息处理模块对广播信息进行复制，并在其中一条广播信息中添加全局标记，在另一条广播信息中添加本地标记，信息交换模块将添加本地标记的一条广播信息由输入端口发送至负责本地交换网通信相关输出端口，输出端口将广播信息发送至所连接的光调制器，信息交换模块将另一条添加全局标记的广播信息由输入端口发送至负责全局交换网通信相关输出端口，输出端口将广播信息发送至所连接的光调制器，并执行步骤9)；

步骤3)连接本地交换网的光调制器获取光信号并发送：

连接本地交换网的光调制器中的序列化模块将接收到的广播信息转换为数据位宽为1的电信号，发送给电光控制电路；电光控制电路将电信号转换为控制信号后发送给第三微环谐振器；第三微环谐振器根据控制信号耦合第一波导中由激光源发射的部分光波；第一波导将未被第三微环谐振器耦合的光波发送至本地交换网，该未被第三微环谐振器耦合的光波即为数据位宽为1的光信号；

步骤4)第二微环功率分配器发送光信号：

本地交换网中的第二主传输光波导通过3个第二微环谐振器将接收到的光信号耦合进入3个第二辅助传输光波导，该光信号的数据位宽为1；具体来讲，每个第二微环谐振器首先分别先从第二主传输波导上耦合光信号，耦合进每个第二微环谐振器的光信号功率均相同，此后三个第二微环谐振器分别将光信号再次耦合到三条第二辅助传输光波导中；3个第二辅助传输光波导将光信号发送至与本地交换网连接的3个光解调器；

步骤5)连接本地交换网的光解调器获取电信号：

连接本地交换网的光解调器中的参锗微环谐振器将从第二波导耦合的数据位宽为1的光信号转换为未整形的电信号，并将该未整形的电信号发送给光电控制电路；光电控制电路将未整形的电信号转化为数据位宽为1的电信号，并发送给解序列化模块；解序列化模块将数据位宽为1的电信号转换为数据位宽为64的电信号，并将其作为广播信息发送至与该解调器连接的交叉开关的一个输入端口，并执行步骤12)；

步骤6)连接全局交换网的光调制器获取光信号并发送：

连接全局交换网的光调制器中的序列化模块将接收到的广播信息转换为数据位宽为1的电信号，发送给电光控制电路；电光控制电路将电信号转换为控制信号后发送给第三微环谐振器；第三微环谐振器根据控制信号耦合第一波导中由激光源发射的部分光波；第一波导将未被第三微环谐振器耦合的光波发送至全局交换网，该未被第三微环谐振器耦合的光波即为数据位宽为1的光信号；

步骤7)第一微环功率分配器发送光信息：

全局交换网中的第一主传输光波导通过3个第一微环谐振器将接收到的光信号耦合进入3个第一辅助传输光波导，该光信号的数据位宽为1；具体来讲，每个第一微环谐振器首先分别先从第一主传输波导上耦合光信号，耦合进每个第一微环谐振器的光信号功率均相同，此后三个第一微环谐振器分别将光信号再次耦合到三条第一辅助传输光波导中；3个第一辅助传输光波导将光信号发送至与全局交换网连接的3个光解调器；

步骤8)连接全局交换网的光解调器获取电信号：

连接全局交换网的光解调器中的参锗微环谐振器将从第二波导耦合的数据位宽为1的光信号转换为未整形的电信号，并将该未整形的电信号发送给光电控制电路；光电控制电路将未整形的电信号转化为数据位宽为1的电信号，并发送给解序列化模块；解序列化模块将数据位宽为1的电信号转换为数据位宽为64的电信号，并将其作为广播信息发送至与该解调器连接的交叉开关的一个输入端口，执行步骤12)；

步骤9)连接本地交换网的光调制器和连接全局交换网的光调制器各获取光信号并发送：

连接本地交换网的光调制器中的序列化模块将接收到的广播信息转换为数据位宽为1的电信号，发送给电光控制电路；电光控制电路将电信号转换为控制信号后发送给第三微环谐振器；第三微环谐振器根据控制信号耦合第一波导中由激光源发射的部分光波；第一波导将未被第三微环谐振器耦合的光波发送至本地交换网，该未被第三微环谐振器耦合的光波即为数据位宽为1的光信号；

连接全局交换网的光调制器中的序列化模块将接收到的广播信息转换为数据位宽为1的电信号，发送给电光控制电路；电光控制电路将电信号转换为控制信号后发送给第三微环谐振器；第三微环谐振器根据控制信号耦合第一波导中由激光源发射的部分光波；第一波导将未被第三微环谐振器耦合的光波发送至全局交换网，该未被第三微环谐振器耦合的光波即为数据位宽为1的光信号；

步骤10)第一微环功率分配器和第二微环功率分配器各发送光信号：

本地交换网中的第二主传输光波导通过3个第二微环谐振器将接收到的光信号耦合进入3个第二辅助传输光波导，该光信号的数据位宽为1；3个第二辅助传输光波导将光信号发送至与本地交换网连接的3个光解调器；全局交换网中的第一主传输光波导通过3个第一微环谐振器将接收到的光信号耦合进入3个第一辅助传输光波导，该光信号的数据位宽为1；3个第一辅助传输光波导将光信号发送至与全局交换网连接的3个光解调器；

步骤11)连接本地交换网的光解调器和连接全局交换网的光解调器各获取电信号：

连接本地交换网的光解调器中的参锗微环谐振器将从第二波导耦合的数据位宽为1的光信号转换为未整形的电信号，并将该未整形的电信号发送给光电控制电路；光电控制电路将未整形的电信号转化为数据位宽为1的电信号，并发送给解序列化模块；解序列化模块将数据位宽为1的电信号转换为数据位宽为64的电信号，并将其作为广播信息发送至与该解调器连接的交叉开关的一个输入端口；

连接全局交换网的光解调器中的参锗微环谐振器将从第二波导耦合的数据位宽为1的光信号转换为未整形的电信号，并将该未整形的电信号发送给光电控制电路；光电控制电路将未整形的电信号转化为数据位宽为1的电信号，并发送给解序列化模块；解序列化模块将数据位宽为1的电信号转换为数据位宽为64的电信号，并将其作为广播信息发送至与该解调器连接的交叉开关的一个输入端口；

步骤12)交叉开关发送广播信息：

步骤12a)信息处理模块复制输入端口的广播信息，生成4个广播信息，这4个广播信息中的内容相同；

步骤12b)信息交换模块将4个广播信息由输入端口逐个发送至与4个计算节点相连的4个输出端口；

步骤12c)4个输出端口将广播信息发送至其所对应的4个计算节点；

步骤13)计算节点接收并处理广播信息：

4个广播信息接收模块接收广播信息，广播信息生成和处理模块判断广播信息中是否有本地标记，若是，本次广播过程结束；若否，信息生成和处理模块判断广播信息中是否还存在计算节点所属超级节点所在组组内其余超级节点，若是，执行步骤(14)；否则，本次广播过程结束；

步骤14)计算节点向交叉开关发送广播信息：

广播信息生成和处理模块产生广播信息，广播信息中目的超级节点为与该计算节点所在超级节点同组的其余所有超级节点；广播信息发送模块将广播信息发送至交叉开关，并重复执行步骤2)～13)。

实施例2的结构与实施例1的结构相同，如下参数作了调整：超级节点的分组情况变为每组中有2个超级节点(m＝2)，共分有4组(n＝2)，广播信息为数据位宽为32的电信号(b＝32)。