130说明的另一个实例中，使用环形架构。TOR交换机134通 过高容量光子环132在环中彼此连接。而且，TOR交换机134连接到子网络136。在一个实 例中，高容量光子环132具有I. 28Tbps的带宽。在另一实例中，使用具有任意速率的多个 环的堆。在实施例中，控制信号和数据使用单独的波段。信令波段中的多个波长可以用于 TOR或TOR群寻址。信令波段携载路由和管理信息两者。由于环中的节点数目是有限的，因 此可以使用有限数目的波长来寻址TOR群。例如，在1550nm范围中的12个波长中，一些波 长可以用于寻址环节点且一些波长用于管理和控制。信令波段还可以承载其它控制信号， 例如拥塞状态、公平性、以及管理。
[0038] 在光子包交换中的异步竞争解决的一个方法中，当存在竞争时，一个竞争包被发 送到所需输出端口且其它竞争包被发送回到源。在图4中，包224、226、228和230传入到 光子交换机222上。光子交换机222具有N个输入端口和2N个输出端口。包224去往输 出端口 1，包228指定到输出端口 2,且包226和包230都去往输出端口 3。包226和230是 竞争的。
[0039] 包230在包226之前到达包交换机222。如图5所示，包230被路由到输出端3。 当包226到达光子交换机222时，输出端口 3已被占据且包226返回到源。源可以再次尝 试将包226传输到输出端口 3。包可以重试多次。如果包传输最终由于存在对所需输出端 口的激烈竞争而未成功，那么包可以被丢弃。因此，在电子域中在源处发生缓存，而不是在 光域中在光子交换机处发生缓存。
[0040] 图6图示光子包交换机242。包交换机包含用以从源TOR或TOR群接收包的N个 输入端口、用以将竞争包返回到源TOR交换机的N个返回输出端口，以及用以将包传输到目 的地TOR交换机的N个输出端口。用以将光子包返回到源TOR或TOR群的另外的链路被称 作竞争链路。因此，光子包交换机242具有N个输入端口和2N个输出端口。
[0041] 图7图示光子交换系统160。输入TOR交换机162耦合到光子交换结构166。具 体而言，输入TOR交换机162将光学包传输到输入交换机170。输入交换机170是将光子 包路由到光子交换机172或路由回到源TOR交换机的1 :2光子交换机。交换机竞争控制件 168协调输入交换机170。当包标签（或标头）由输入交换机接收时，所述包标签向交换机 竞争控制件咨询目的地端口是否可用。当目的地端口可用时，包路由到光子交换机172。包 穿过通过交换机控制器设定的光子交换机172内的交换元件，以到达前往目的地TOR交换 机164的输出端。当输出端口不可用时，光子包交换回到源TOR。光子交换机172是32X32 光子交换机。在一个实例中，光子交换机172是硅光子交换机。
[0042] 图8图示用于光子包交换的方法的流程图250。初始地，在步骤252中，光子交换 结构从源接收光子包标签，例如，从源TOR交换机。接收到的光子包去往特定输出端口。
[0043] 随后，在步骤254中，光子交换结构确定目的地输出端口是否可用。当在进行请求 时存在被路由到该输出端口的光子包时，目的地输出端口不可用。当目的地输出端口不可 用时，光子交换结构前进到步骤256,且当目的地输出端口可用时，光子交换结构前进到步 骤 258。
[0044] 在步骤256中，光子交换结构将光子包返回到其源TOR交换机。另外的输出端口用 于将包路由回到源TOR交换机。源TOR交换机可以再次尝试将包传输到目的地输出端口。
[0045] 在步骤258中，光子包被路由到光子交换机的所请求输出端。2 :1光子交换机可 以用于将包路由到光子交换机或路由回到源TOR交换机。光子交换结构可以是NXN无缓 存光空间交换机。
[0046] 最终，在步骤262中，通过检查标签信息，光子包经由通过交换机控制器建立的路 径发送到目的地TOR交换机。
[0047] 在另一实施例光子交换结构中，竞争光子包被路由到若干输出端口中的一者。可 以使用负载均衡。图9图示用于使用到结构的扩大部分的偏转来解决竞争的光子交换系统 180。输入TOR交换机182将光子包传输到光子交换结构184。
[0048] 负载均衡通过负载均衡块198执行。负载均衡将业务负载均等地分布到输出端 口，从而防止丢包或减少丢包。当负载均衡有效时，输入端和输出端具有相似的业务分布。
[0049] 标头在包之前通过源TOR交换机发送。在一个实例中，标头指示目的地地址将路 由通过目的地端口的三个选择中的任一者。标签被发送到两个输入端口中的任一者且由标 签检测器188读取。在一个实例中，目的地地址是经波长编码的，其中每一波长指示用于目 的地地址的位。所述波长具有两个功率电平。低功率可以表示0且高功率可以表示1，或反 之亦然。关于波长编码的更多细节在2013年5月24日递交的发明名称为"用于多波长编码 的系统和方法（System and Method for Multi-Wavelength Encoding) " 的第 13/902, 085 号美国专利申请案中论述，所述申请案的内容以引入的方式并入本文本中。
[0050] 目的地地址被传递到交换机控制器190。交换机控制器190执行竞争分析和调度。 在一个实例中，所述交换机控制器决定三个输出端口中可用的输出端口且选择光子交换机 来连接包在其上到达该输出端口的输入端。给定存在具有适当扩大级的负载均衡器，所述 选择都不可用是可能的，但可能性不是很大。在这种情况下，包丢失。
[0051] 当包由光子交换结构184接收时，其通过光子交换机186路由，所述光子交换机为 将包路由到光子交换机192、光子交换机194或光子交换机196的适当输入端的2X3光子 交换机。光子包随后被交换到适当的输出端口且被发送到输出TOR交换机185。包基于决 策通过连接到连接路径中的交换单元上的交换机控制器190进行交换。在此实例中，光子 包交换机184具有N个输入端口和I. 5N个输出端口。每一 TOR在两条链路上发送出包并且 在3条链路上接收包。在一个实例中，针对光子交换结构184存在N个输入端口和I. 4N个 输出端口。对于不具有缓存器、满载业务和到输出端的均勾负载分布的NXN光子交换机， N个包中的η者同时竞争同一输出端的概率是N个包中的η者同时到达同一输出端口的概 率。使用伯努利分布，所述概率通过以下公式给出：
[0053] 系统的吞吐量T通过至少一个包指定到输出端k的所有k个概率的总和除以N给 出，其通过以下公式给出：
[0055] 然而，给定负载的对称性以及均匀分布的包的假设，吞吐量通过以下公式给出：
[0057] 图10图示根据N的吞吐量400的曲线图。对于较大N，吞吐量T趋于1-1/e = 63%。因此，37%的包将丢失，因为不存在用以吸收这些包的缓存器。这表示添加40%的另 外的链路可以吸收这些竞争包。在一些实例中，输出链路的数目是输入链路的数目的1. 35 倍、1. 37 倍、1. 4 倍、1. 5 倍、1. 67 倍、1. 75 倍或 2 倍。
[0058] 图11图示具有处理λ个业务的一个输入链路和各自处理λ/N个业务的N个输 出端的输出负载均衡光包交换机202。在负载均衡中，均匀地分布到达所有目的地的业务。
[0059] 图12图不具有N个输入端和一个输出端的输入负载均衡光包交换机214。N个输 入端各自处理λ/N个业务，而输出端处理λ个业务。
[0060] 图13图不光子交换系统410,相较于光子交换系统180,所述光子交换系统具有更 多扩大以及对负载均衡的较少依赖性。可能存在负载均衡。光子交换结构414含有N个输 入端口和2Ν个输出端口。输入TOR交换机412耦合到光子交换结构414。
[0061] 当在所有输出端上存在负载的均匀分布时，可以计算出缓存要求。可能存在发送 到竞争链路的最大数目的包。对缓存器要求的计算可以使用泊松分布。而此分布可能低估 数据网络的缓存器大小，甚至此经低估的缓存器大小在光子交换机中是成问题的。假定交 换机具有用于每一输出端的K个容器，其中每一容器可以存储一个包，当在包的传输期间 到达的包的数目超过缓存器大小K时，另外的包将丢失或受到阻挡。阻挡概率可以使用M/ Μ/1/Κ系统获得。在此系统中，第一 M表示包或包层的到达的泊松分布，且第二M表示包或 包层到输出端口的传输时间（或服务时间），1表示到输出目的地的交换机链路的数目，且K 表示可以保持用于每一输出端口的包或包层的数目。根据每一链路的业务负载P的阻挡 概率，其中：
[0063] 其中λ是包到达速率且μ是服务速率，所述阻挡概率通过以下公式给出：
[0065] 可以关于P和Pk将K表不为：
[0067] 图14示出曲线图480,其中与每一链路上的业务负载比较绘制用以保持包或包层 所需的容器的数目。此曲线图绘制用于PK= IO6的目标丢包。对于99%的业务负载（接 近链路速率的传输），用以实现10 6的丢包或包层丢失的容器数目为约500。在光子交换机 的每一链路上具有此缓存器大小是成问题的。
[0068] 标头在光子包之前发送。所述标头含有光子包的输出端口的四个选择。这四个选 择可以具有相同优先级并且可以通过单表表示，或者可以具有通过网络控制器分配的不同 优先级。所述标头通过标签检测器422读取。在一个实例中，所述标头是经波长编码的，其 中波长上功率的存在或不存在指示目的地地址的一位。
[0069] 经解码地址被发送到交换机控制器418。交换机控制器418确定所请求的输出端 口中可用的输出端口。当输出端口具有相同优先级时，可以分配输出端中的任一者。当输 出端口具有不同优先级时，将可用的最高优先级输出端口授予光子包。一些包可能被丢弃， 但是包被丢弃的概率较低。
[0070] 当包由光子交换结构414接收时，所述包通过2X