用于無(wú)源光交換的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于無(wú)源光交換的方法和系統(tǒng) 相關(guān)申請(qǐng)的香叉引用
[0001] 本專(zhuān)利申請(qǐng)要求于2012年11月26日遞交的題為"用于無(wú)源光交換的方法和系 統(tǒng)"的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/729, 872的權(quán)利，該專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而包括在本 申請(qǐng)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及光網(wǎng)絡(luò)，尤其設(shè)及一種用于減小時(shí)延的無(wú)源光交叉連接網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年來(lái)，我們見(jiàn)證了由不斷增長(zhǎng)的帶寬需求所驅(qū)動(dòng)的光接入和局域網(wǎng)的快速發(fā)展 W及競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的根本乏力，例如基于雙絞銅線(xiàn)、同軸電纜或無(wú)線(xiàn)傳輸來(lái)進(jìn)行傳送的技術(shù)的 乏力。因此，光纖傳輸已經(jīng)成為用于通信的通用方式，該些通信設(shè)及從到達(dá)城域的長(zhǎng)程網(wǎng)絡(luò) 到寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的各種通信，從而導(dǎo)致促使光因特網(wǎng)激增，W及不同媒體流（例如數(shù)據(jù)、語(yǔ) 音和視頻）匯集為光域中被遞送到最終用戶(hù)的因特網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)。光接入光纖提供了一種 解決"最后一英里"瓶頸的經(jīng)得住未來(lái)考驗(yàn)的解決方法，該解決方案不僅顯著增加了網(wǎng)絡(luò)容 量還消除了從光域到電域的昂貴轉(zhuǎn)變（反之亦然）。在局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)（LAN、MAN 和WAN)中，光纖亦可提供可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，所述可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)在2. 5Gbs和10Gb/s(0C-48/ 0C-192)時(shí)分復(fù)用的基礎(chǔ)上采用與具有（例如）4、8、16、32、48或64個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)程網(wǎng)絡(luò)相同 的波分復(fù)用（WDM)技術(shù)，盡管可通過(guò)離散波長(zhǎng)進(jìn)行擴(kuò)展。
[0004] 該樣的網(wǎng)絡(luò)采用多種架構(gòu)，包括但不限于點(diǎn)到點(diǎn)、線(xiàn)性（亦稱(chēng)作總線(xiàn)）、環(huán)形、星 形、樹(shù)形和網(wǎng)格化及單向流量（每光纖）（多根光線(xiàn)）和雙向流量（每光纖）化及TDM、粗波 分復(fù)用（CWDM)和密波分復(fù)用值WDM)技術(shù)。線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)通常在長(zhǎng)程網(wǎng)絡(luò)中使用，網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)W 及相關(guān)的全連接網(wǎng)絡(luò)也是如此。環(huán)形網(wǎng)通常出現(xiàn)在LAN、MAN和WAN中，而樹(shù)形網(wǎng)用于光纖 到戶(hù)/路邊/駐地（FTTH/FTTC/FTT巧（通常統(tǒng)稱(chēng)為FTTx)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行的該些邏輯分 類(lèi)描述了數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)之間所行進(jìn)的路徑，該路徑與節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際物理連接相對(duì)。邏輯拓 撲通常與媒體接入控制（MAC)方法與協(xié)議緊密相關(guān)，在大多數(shù)情況下，MAC方法和協(xié)議也可 通過(guò)采用路由器和/或交換機(jī)來(lái)動(dòng)態(tài)地重新配置。
[0005] 因此，該些光網(wǎng)絡(luò)形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可向當(dāng)今客戶(hù)提供高速因特網(wǎng)接入、點(diǎn)播 音視頻內(nèi)容分配、無(wú)限簡(jiǎn)單消息服務(wù)（SM巧等，從而使得用于通信、娛樂(lè)W及商業(yè)應(yīng)用的 無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)電子設(shè)備變得幾乎無(wú)處不在。因此，用于存儲(chǔ)內(nèi)容的術(shù)語(yǔ)，比如"服務(wù)器集群" 和"數(shù)據(jù)中屯、"，成為了表示成百上千的計(jì)算機(jī)服務(wù)器和存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器（硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器）被共 置一一W支持因特網(wǎng)上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分配一一的位置的代名詞的一部分。內(nèi)部采用光網(wǎng)絡(luò) 的"服務(wù)器集群"和"數(shù)據(jù)中屯、"是現(xiàn)在被稱(chēng)為企業(yè)光網(wǎng)絡(luò)的一部分，除其他元件外，企業(yè)光 網(wǎng)絡(luò)還采用旨在滿(mǎn)足應(yīng)用程序和非通用計(jì)算應(yīng)用需求的網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NA巧和存儲(chǔ)區(qū)域 網(wǎng)絡(luò)（SAN)。NAS設(shè)備無(wú)非是專(zhuān)用于文件共享的服務(wù)器，并且在不關(guān)掉服務(wù)器W進(jìn)行維護(hù)和 升級(jí)的情況下使得更多的硬盤(pán)存儲(chǔ)空間能夠被增加到已經(jīng)使用該些服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)上。利用 NAS設(shè)備，存儲(chǔ)器不再是服務(wù)器的一個(gè)集成部分，而是由服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行所有處理，該些 數(shù)據(jù)由一個(gè)或多個(gè)NAS設(shè)備遞送給服務(wù)器W及用戶(hù)。NAS設(shè)備不必放置在服務(wù)器內(nèi)，而是 可存在于網(wǎng)絡(luò)（通常為L(zhǎng)AN)中的任何位置，并且NSA設(shè)備自身可由多個(gè)聯(lián)網(wǎng)的NAS設(shè)備組 成。SAN是共享存儲(chǔ)設(shè)備的高速子網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備僅包含用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的硬盤(pán)。理 想情況下，SAN的架構(gòu)應(yīng)使得所有存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)SAN所連接的網(wǎng)絡(luò)上的所有服務(wù)器均可用。
[0006] 對(duì)于多于1億的網(wǎng)站上估計(jì)超過(guò)1000億的網(wǎng)頁(yè)，數(shù)據(jù)中屯、包含海量數(shù)據(jù)。對(duì)于 接入所有該些網(wǎng)站的大約20億用戶(hù)，連同不斷增長(zhǎng)的高帶寬視頻，容易認(rèn)識(shí)到但難W理 解的是，因特網(wǎng)每分鐘的上傳和下載數(shù)據(jù)量。目前，用戶(hù)之間的全球IP業(yè)務(wù)量的年復(fù)合增 長(zhǎng)率（CAGR)介于 40 % (基于Cisco的分析，參見(jiàn)ht1:p://www.cisco.com/en/US/solut ions/collateral/ns341/n巧25/ns537/ns705/ns827/white_pape;r_cll-481360_ns827_ Networking_Solutions_White_Paper.html)與50% (基于明巧蘇達(dá)大學(xué)的明巧蘇達(dá)因 特網(wǎng)業(yè)務(wù)量研究（MINT巧分析）之間。到2016年，用戶(hù)業(yè)務(wù)量預(yù)計(jì)將超過(guò)每月100艾字節(jié)， 即超過(guò)100, 000, 000兆字節(jié)，或者超過(guò)每秒42, 000千兆字節(jié)。然而，考慮到高峰期時(shí)超過(guò) 6億用戶(hù)同時(shí)使用因特網(wǎng)高分辨率視頻，峰值需求將會(huì)明顯更高。
[0007] 所有該些數(shù)據(jù)將發(fā)生在經(jīng)由數(shù)據(jù)中屯、流動(dòng)的用戶(hù)或者訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)中屯、中的內(nèi)容的 用戶(hù)之間，并因而發(fā)生在數(shù)據(jù)中屯、之間W及數(shù)據(jù)中屯、內(nèi)，該些IP業(yè)務(wù)流必須被放大許多倍 W建立真正的總IP業(yè)務(wù)流。數(shù)據(jù)中屯、布滿(mǎn)被電纜架包圍的高的電子設(shè)備機(jī)柜，數(shù)據(jù)通常被 存儲(chǔ)在大型且快速的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上，計(jì)算機(jī)服務(wù)器接受請(qǐng)求并且使用當(dāng)下的快速電子交換 機(jī)來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)，從而訪(fǎng)問(wèn)正確的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。在該些數(shù)據(jù)中屯、的外圍，路由器將計(jì)算機(jī)服務(wù) 器連接到因特網(wǎng)。同時(shí)，由于該些不斷增長(zhǎng)的需求，諸如云計(jì)算之類(lèi)的演進(jìn)應(yīng)用也與日俱 增，其中計(jì)算平臺(tái)不再是獨(dú)立的系統(tǒng)而是被托管在大規(guī)模數(shù)據(jù)中屯、中的同質(zhì)互聯(lián)計(jì)算基礎(chǔ) 設(shè)施，其被稱(chēng)為倉(cāng)庫(kù)級(jí)計(jì)算機(jī)（WSC)，WSC提供無(wú)處不在的互聯(lián)平臺(tái)作為共享資源用于具有 某些要求的分布式服務(wù)，而該些要求難W通過(guò)數(shù)據(jù)中屯、的傳統(tǒng)機(jī)架/服務(wù)器得到滿(mǎn)足。該 似乎不足W發(fā)展商業(yè)實(shí)踐、商業(yè)模式、W及用戶(hù)對(duì)于轉(zhuǎn)移和/或存儲(chǔ)的每比特成本的持續(xù) 價(jià)格侵蝕（如果不是消除）的預(yù)期。
[0008] 因此，有必要開(kāi)發(fā)出在內(nèi)部連接數(shù)據(jù)中屯、和WSCW及實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的經(jīng)濟(jì)有效且可擴(kuò) 展得方法，W使得數(shù)據(jù)中屯、和WSCW及電信網(wǎng)絡(luò)能夠應(yīng)對(duì)帶寬和速度的呈指數(shù)式增長(zhǎng)的需 求所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，而又不會(huì)顯著增長(zhǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的成本和功率。同時(shí)，對(duì)訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)容時(shí)的低時(shí)延 或無(wú)時(shí)延的期望帶來(lái)了額外的壓力。因此，數(shù)據(jù)中屯、互聯(lián)（在本文中，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，使用數(shù) 據(jù)中屯、該一術(shù)語(yǔ)來(lái)包括WSC、NAS、SAN、服務(wù)器集群W及傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中屯、）已經(jīng)成為決定因 特網(wǎng)和大量采用數(shù)據(jù)中屯、互聯(lián)的商業(yè)、金融和個(gè)人應(yīng)用的整體性能的關(guān)鍵因素。光纖技術(shù) 已經(jīng)在數(shù)據(jù)中屯、運(yùn)行方面發(fā)揮了重要作用，并且將不斷W此為目標(biāo)，即W最小的時(shí)延、最低 的成本、最低的功耗和最小的空間占用盡可能快地移動(dòng)數(shù)據(jù)。因此，千兆比特W太網(wǎng)太慢， 并且當(dāng)部署諸如W太網(wǎng)、光纖信道W及Intel的光峰的lOGb/s解決方案時(shí)，會(huì)受到限制。 光纖信道已經(jīng)接近16/20抓/s，W太網(wǎng)正向40抓/s和100抓/s邁進(jìn)。在40抓/s和100抓/ S下，現(xiàn)有及正在形成的標(biāo)準(zhǔn)需要多個(gè)lOGb/s信道在平行多模光纖電纜上運(yùn)行或者需要在 單模光纖上進(jìn)行波分復(fù)用（WDM)。對(duì)于40Gb/s，多模光纖鏈路通常需要8根光纖，即每個(gè)方 向具有4x10抓/s;對(duì)于100抓/s則需要20根光纖，即每個(gè)方向具有10x10抓/s。按照標(biāo)準(zhǔn)， 對(duì)于采用0M3/0M4多模光纖的100GBASE-SR10鏈路，該分別限定了 100m/150m的距離。相 比之下，對(duì)于100GBASE-LR4單模光纖（SMF)鏈路W及諸如lOxlOGMSA的其他舊式電信解 決方法，所限定的距離為10km。lOxlOGMSA也包括用于40km鏈路的提案標(biāo)準(zhǔn)。
[0009] 然而，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速度增加到給定的信息塊在更短的時(shí)間段內(nèi)被傳輸時(shí)，該些進(jìn) 化系統(tǒng)將無(wú)法解決時(shí)延，即提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求與該數(shù)據(jù)被提供之間的時(shí)間，也無(wú)法解決會(huì)增加 時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)故障。通常，該些光網(wǎng)絡(luò)所采用的架構(gòu)（例如）為線(xiàn)性、總線(xiàn)或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，其中， 網(wǎng)絡(luò)上任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)延取決于該兩個(gè)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)之間的距離W及該些網(wǎng) 絡(luò)接入點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上的相對(duì)位置；或者為星形網(wǎng)絡(luò)，其中，時(shí)延取決于其與核屯、的距離W及中 央交換結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)"臂"路由到另一個(gè)臂的能力。當(dāng)速度、成本和某些時(shí)延通 過(guò)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的"臂"采用光纖鏈路而得W解決時(shí)，中央交換結(jié)構(gòu)仍采用較大的電子交叉連接 W處理鏈路容量。
[0010] 光交換結(jié)構(gòu)迄今主要聚焦于空間交換應(yīng)用，例如保護(hù)、故障恢復(fù)，W及可重新配置 的塞取多路復(fù)用器，交換速度大約為毫秒，而不是提供數(shù)據(jù)內(nèi)的帖或其他塊水平的交換所 需的納秒及皮秒。當(dāng)用于在該些時(shí)間尺度上運(yùn)行的光交換設(shè)計(jì)存在（例如）基于魄酸裡、神 化嫁和磯化銅的光電路時(shí)，其成本、性能和可擴(kuò)展性將該些光交換設(shè)計(jì)的部署限制在演示 和實(shí)驗(yàn)測(cè)試床內(nèi)。但是，明顯的是，如果來(lái)自一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)被同時(shí)分配給所有節(jié)點(diǎn)而不是 通過(guò)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)、總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)或核屯、電子路由進(jìn)行路由，則時(shí)延可被降低。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，發(fā)明人提出了基于全無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，并將全無(wú)源光網(wǎng) 絡(luò)稱(chēng)為無(wú)源光交叉連接網(wǎng)絡(luò)（P0CXN)，該架構(gòu)支持用于減小時(shí)延的分配方式W及與架構(gòu)的 部署相關(guān)的協(xié)議。有利的是，該一P0CXN概念采用已經(jīng)得到大批量生產(chǎn)技術(shù)支持的光學(xué)部 件。
[0012] 通過(guò)結(jié)合附圖審閱下述對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例的描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將 清楚本發(fā)明的其他方面和特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于解決與光網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，尤其設(shè)及提供用于減 小時(shí)延的無(wú)源光交叉連接網(wǎng)絡(luò)。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種設(shè)備，包括： 多個(gè)分配級(jí)，每個(gè)分配級(jí)包括預(yù)定數(shù)量的具有輸入端口和輸出端口的無(wú)源光分路器， 所述無(wú)源光分路器將所述輸入端口中的每一個(gè)處的光信號(hào)同時(shí)禪合到所有所述輸出端口； W及 多個(gè)互聯(lián)級(jí)，每個(gè)互聯(lián)級(jí)將所述多個(gè)互聯(lián)級(jí)的第一預(yù)定級(jí)連接至所述多個(gè)互聯(lián)級(jí)的第 二預(yù)定級(jí)，W使得所述光信號(hào)的來(lái)自所述多個(gè)互聯(lián)級(jí)的所述第一預(yù)定級(jí)的第一預(yù)定數(shù)量的 無(wú)源光分路器的輸出端的預(yù)定部分W預(yù)定的方式被禪合至所述多個(gè)互聯(lián)級(jí)的所述第二預(yù) 定級(jí)的第二預(yù)定數(shù)量的無(wú)源光分路器的輸入端的預(yù)定部分。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種方法，包括： 提供一種無(wú)源光交叉連接網(wǎng)絡(luò)（P0XN)，該P(yáng)0XN包括第一組多個(gè)輸入端口和第二組多 個(gè)輸出端口； 提供禪合至所述P0XN的多個(gè)節(jié)點(diǎn)W使得所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)在不 存在任何交換功能的情況下被自動(dòng)分配到所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)； 提供在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的協(xié)議引擎，所述協(xié)議引擎執(zhí)行單個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)序列和至少一個(gè) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移序列的周期性重復(fù)處理； 其中，在所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移序列期間每個(gè)節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)依靠在所述節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn) 序列期間請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量W及每個(gè)請(qǐng)求發(fā)送的節(jié)點(diǎn)必須發(fā)送的數(shù)據(jù)量來(lái)進(jìn)行 確定。
[0016] 同意時(shí)，插入獨(dú)立權(quán)利要求W進(jìn)行完善。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種方法，包括： 提供一種無(wú)源光交叉連接網(wǎng)絡(luò)（P0XN)，該P(yáng)0XN包括第一組多個(gè)輸入端口和第二組多 個(gè)輸出端口； 提供禪合至所述P0XN的多個(gè)發(fā)射器節(jié)點(diǎn)W使得所述多個(gè)發(fā)射器節(jié)點(diǎn)中的發(fā)射器節(jié)點(diǎn) 發(fā)送的信號(hào)在不存在任何交換功能的情況下被自動(dòng)分配到多個(gè)接收器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)接收器節(jié) 點(diǎn)在預(yù)定波長(zhǎng)上進(jìn)行發(fā)射； 提供禪合至所述P0XN的所述多個(gè)接收器節(jié)點(diǎn)W使得所述多個(gè)發(fā)射器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào) 在不存在任何交換功能的情況下被自動(dòng)分配到所述多個(gè)接收器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)接收器節(jié)點(diǎn)從所 述多個(gè)發(fā)射器節(jié)點(diǎn)中的所有正在發(fā)射的發(fā)射器節(jié)點(diǎn)接收所述信號(hào)； 提供多個(gè)電子處