最大3个二阶串音的单元。主要想法是使用未使用的空闲交换机单元来减少在输出处的串音水平同时使总交换机功率最小化。在每个单元的低消光比导致高输出串音时使用串音优化的情况，因此，重要的是，从在每个输出上的最大的3个单元降低串音的水平。
[0049]图7A到7B图示对于给定连接映射的串音优化的实例。应注意，对于8X8，存在8 ! = 40320个不同连接映射。图7A到7B图示具有在每个输出上0.43个二阶串音单元的平均值的串音优化的情况(与最大3个二阶串音单元相比)。这意味着在40320个映射中所有连接的43%具有在输出处的一个二阶串音单元，而所有连接的57%在输出处不具有二阶串音。
[0050]优化器算法观察在每个级处的串音水平，且对未使用的信元做出恰当的分配以降低传播到输出的串音水平。对于串音优化的情况，所有或大部分未使用的信元以较高功率或热量为代价进行分配。对于其中希望使功率减少的其它情况，对在每个级处的串音严重度进行排序且分配未使用的信元的子集，因此可以不对未使用的信元的其余部分进行供电。
[0051]基于输入/输出连接映射分配特定状态(交叉、条形或无源)的优化器算法已经应用于所有8!的情况且已经获得优化的结果。图8图示在所有不同的输入/输出连接映射上的串音单元的直方图。如所示，在任何输出上都不存在一阶串音，因为具有“O个单元”的X轴覆盖100%的一阶。存在57%的输出不具有二阶串音，而43%具有一个二阶串音单元。相反，非优化的情况具有3个二阶串音单元。所述算法使用未使用的交换机信元且给其分配恰当的状态，以便以增加功率为代价降低串音的阶数。
[0052]图9中已经示出对于所有40320种情况对于串音优化的情况的功耗的计算(基于假设条形为1、交叉为0.5、且无源为0.1)。对于连接信元，存在48个单元，其中24个信元处于交叉状态且24个信元处于条形状态，需要36单位的功率以用于连接。在向未使用的信元分配状态的串音优化之后，平均总功耗是71.8552，这意味着性能优化成本的量几乎与全连接功耗的量相同。图9图示在仅执行串音优化时的所有连接的功耗直方图。
[0053]图10图示描绘用于串音优化的各种串音分布的表。对于总的40320种连接映射可能性，存在针对完全串首优化的情况的十一种类别的串首。图10的列I不出在40320种可能性中每个类别的发生。如图所示，五种类别不具有二阶串音且六种类别具有一个二阶串音单元。这与非优化的情况中的三个二阶串音单元的最坏情况形成对比。
[0054]关于功率优化，功率优化的一个目标是产生一种算法，全连接8X8增强扩张型榕树交换机通过所述算法可以具有良好的输出串音性能，所述性能具有最小化的功耗。如图9中所见，用于串音优化的功耗在64和82之间，其中平均功率是72。将此与当所有空闲信元都是无源时42.8的最小功率情况进行比较，似乎存在中间地带。取决于交换机单元的串音值，我们可以决定使用仅串音优化的情况或功率优化或两者之间的某种情况。交换机单元的低串音值(或高消光比)是_30dB，其中我们可以仅执行功率优化。交换机单元串音(或低消光比)的较高值是_12dB，其中我们可以仅考虑串音优化。对于中间值，比方说_18dB，我们可以执行或者功率或者串音或者在两者上的优化。我们考虑以下优化的谱且我们计算功率和串音结果两者:功率优化的情况(无串音优化、无空闲信元分配)；分配有恰当状态的级5无源信元(O到8个信元分配);固定的16个未使用的信元分配(取决于连接映射，分配级4和5的16个信元);分配有恰当状态的级4无源信元(分配级4的一些或全部24个信元);分配有恰当状态的级4和5无源信元(取决于连接映射分配级4和5的O到24个信元);固定的40个未使用的信元分配(取决于连接映射，分配级3和4的48个信元中的40个信元);分配有恰当状态的级3和4无源信元(分配级3和4的所有48个空闲信元)；在交叉(断开)状态中的所有未使用的交换机信元意味着8X8的所有64个空闲信元在实例中分配有交叉状态)；串音优化的情况(分配所有64个空闲信元)。
[0055]图11图示从一个完全功率优化的谱(无串音优化)到另一个完全串音优化的谱的优化可能性，期间具有功率和串音优化两者的情况。图11假设交换机单元的-1SdB的消光比。如图11中示出，其中执行级4和5优化的最优情形中的一者的结果在输出产生0.96个二阶串音单元，其中平均功率是54。
[0056]本发明的各方面提供:用于扩张型榕树架构的串音最小化；用于路由和选择架构以及具有树架构的交换机的串音优化；使用未使用的信元的状态分配改变二阶串音的方法；基于部署情形优化功率和串音的方法。本发明的各方面涉及在包水平下操作的高容量光交换机或在长包(经区分包流)水平下操作的类似的交换机。
[0057]光子集成电路(PIC)允许交换结构等各种光子组件在单一基板上的集成。本发明涉及通过1X2(或IXk)和2X1(或kXl)交换单元的互连集成到PIC芯片中的NXN交换机矩阵架构，其中k = 2、3、…。图12中示出的NXN路由和选择架构或图13-A中示出的扩张型榕树是本发明的方面。扩张型榕树或路由和选择架构的显著特征中的一者是以较大数目的交换单元为代价消除在交换机输出处的一阶串音。对于此架构，在每个交换机输出处来自所有其它信道的所积累的串音噪声至多是二阶串音。当每个交换机单元的消光比较高时，在输出处的所积累的串音的效果不显著。然而，在较低或中间消光比的情况下，二阶串音的影响相当的大且需要减小其影响。
[0058]在NXN扩张型榕树交换机中，交换机单元的总数目是2NX (N-1)，其中2NXlog2 (N)用于提供N个输入到N个输出的连接性。对于高消光比交换机信元，例如，-30dB，可以不对这些空闲交换机供电以使芯片功耗最小化。然而，对于低到中间消光比交换机信元，这些未使用的交换机的状态分配可以减小在输出处的所积累串音的影响和阶数。本发明提供一种优化技术，其智能地将未使用的2NX(N-l-log2(N))个交换机分配到‘交叉’、‘条形’或‘无源’状态，以便将串音性能改进到可接受的值同时将芯片功耗维持在相对较低的水平。
[0059]本发明的各方面通过进行以下操作来陈述扩张型榕树或路由和选择PIC交换机的优点:在没有优化的情况下执行8X8结构的串音分析，例如不对所有空闲交换机单元进行供电；且将结果与SXSBenes交换机的结果进行比较。本发明的各方面针对低到中间消光比应用优化器算法以进一步减少在输出处的所积累串音。所述结果示出，在没有优化的-18dB的中间PICSE串音的情况下，在每个输出处二阶串音信号的平均数是1.29，且最大为三个二阶串音单元，且功耗是最小值。在于各级处添加优化规则的层的情况下，串音性能得到改进同时功耗开始增加。最高水平的串音优化实现在每个输出上0.43个二阶串音信号单元的平均值(非优化的情况的平均值的三分之一)，同时功率从其最小值水平平均增加67%。具有优化器的扩张型榕树被称作增强扩张型榕树(EDB)。对于所制造的交换机信元的消光比的每个特征值，所述算法允许基于芯片功率要求和目标积累串音性能的Η)Β的优化操作。
[0060]以下参考文件涉及本申请案的标的物。这些参考文件中的每一者以全文引入的方式并入本文本中:黎本启一(Keiichi Nashimoto)、大卫.库苏玛(David Kudzuma)、韩辉(Hui Han)的“纳秒响应、偏振不敏感且低功耗的PLZT 4X4矩阵光交换机(Nano-SecondResponse, Polarizat1n Insensitive and Low-Power Consumpt1n PLZT 4x4MatrixOptical Switch)”，OSA/OFC/NFOEF，2011 年；安德里亚.比安科(Andrea Bianco)的“基于微环谐振器的光交换机架构(Optical Switch Architectures Based on MicroringResonators) ” ;L.陈(L.Chen)的“用于WDM技术和光交换机的娃光子集成电路(Siliconphotonic integrated circuits for WDM technology and optical switch)，，，光纤通信会议，2013年，论文0W1C.1o
[0061]实施例光子交换机或使用1X2和IXk组件的多个此类交换机可以用于服务提供商办公室处的光纤管理，其中k〈N且k = 2、3、…。使用的一个实例是用于光纤到户(FTTH)客户的光纤的自动管理的无源光网络(PON)。实施例可以用多种多样的设备实施。此类设备包含用于载波和数据中心的光交叉连接(OXC);用于基于需求变化的载波和云计算数据中心的灵活资源分配的多粒度光交叉连接(光纤XC、波带XC、波长XC);光包交换机；收发器组件；无源光网络；动态光分插复用(ROADM);用于数据中心、服务提供商、企业以及政府应用的自动光纤管理；从多个光网络故障的服务恢复(使用1+1或1:N