CN104871463B - 多波长编码的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在一项实施例中，一种多波长编码的方法包括接收具有地址和数据的输入光包流以及对所述输入光包流的所述地址进行编码，从而产生包括含有第一选择的符号的第一组符号的已编码地址，其中所述第一组符号拥有两个以上符号。所述方法还包括根据所述第一选择的符号生成第一波长以及生成具有所述输入光包的所述数据以及所述第一波长的输出光包流，其中所述第一波长对应于所述第一选择的符号。另外，所述方法包括使用所述输入光包流调制所述第一波长。

Description

多波长编码的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种光通信的系统和方法，尤其涉及一种多波长编码的系统和方法。

背景技术

数据中心路由大量数据。目前，数据中心的吞吐量可能约为5至7百万兆字节每秒，预计未来会大幅增加。电包交换机被用来在这些数据中心路由数据包。电包交换机基于带有级间缓存的包头交换或路由这些包。该缓存可能溢出，导致丢包并需要重传包。

服务器机架、存储器和输入输出功能可包含架顶式(TOR)包交换机，这些TOR包交换机将来自与它们关联的服务器和/或其它外围设备的包流组合成每个TOR交换机的较少量的极高速包流。这些包流被路由至核心包交换设备。此外，TOR交换机接收从该设备返回的交换流并将它们分发给它们机架内的服务器。每个TOR交换机到核心交换设备之间存在4×40Gb/s的流，并且存在同样数量的返回流。每个机架可能有一个TOR交换机，由于存在数以百计到成千上万个机架，所以数据中心有数以百计到成千上万个TOR交换机。

数据中心容量已经有了巨大增长，导致存在大量电包交换结构，这些结构实施起来更复杂、更困难、更昂贵。需要替代这种方法，例如光包交换。

发明内容

一种多波长编码的实施例方法包括接收具有地址和数据的输入包流以及对所述输入包流的所述地址进行编码，从而产生包括含有第一选择的符号的第一组符号的已编码地址，其中所述第一组符号拥有两个以上符号。所述方法还包括根据所述第一选择的符号生成第一波长以及生成具有所述输入光包的所述数据以及所述第一波长的输出光包流，其中所述第一波长对应于所述第一选择的符号。另外，所述方法包括使用所述输入光包流调制所述第一波长。

一种解码多波长地址的实施例方法包括将具有多个波长的输入光包流划分为第一光包流和第二光包流以及通过波长将所述第一光包流划分为第一组光包流，其中所述第一组光包流具有两条以上的光包流。所述方法还包括检测所述第一组光包流中的光功率，从而产生多个符号，其中光功率在所述第一组光包流的第一光包流中检测到。

一种对输入包流的地址进行多波长编码的实施例系统包括用于确定所述输入包流的输入光包的所述地址的包流地址解读器以及耦合至所述包流地址解读器的第一编码器，其中所述第一编码器用于编码所述地址,从而产生包括含有第一选择的符号的第一组符号的第一已编码地址，以及所述第一组符号拥有两个以上符号。所述系统还包括耦合至所述第一组符号的第一多个交换机以及耦合至所述第一多个交换机的第一多个波长源。另外，所述系统包括耦合至所述第一多个交换机和所述输入光包的第一光调制器，其中所述第一多个交换机用于将所述第一多个波长源的第一波长源耦合至所述第一光调制器，以及所述第一波长源对应于所述第一选择的符号。

一种用于对输入光包流的地址进行多波长解码的实施例系统包括用于将所述输入光包流划分为第一光包流和第二光包流的分路器以及通过波长划分所述第一光包流以产生包括两个以上光包流的第一组光包流的第一光滤波器。所述系统还包括耦合至所述第一光滤波器的第一多个光检测器，所述第一多个光检测器用于检测所述第一组光包流中的功率和检测所述第一组光包流的所述第一光包流中的功率。另外，所述系统包括耦合至所述第一多个光检测器的交换机，所述交换机用于根据所述第一组光包流交换第二光包流。

上述内容广泛地列出了本发明实施例的特征，因而能更好地理解下文对本发明的详细描述。本发明实施例的其他特征和优点将在下文描述，其构成本发明的权利要求书的主题。本领域技术人员应理解，所述概念和具体实施例可方便地作为改进或设计其他结构或过程的基础，执行与本发明相同的目的。本领域技术人员还应意识到这种等效结构不脱离所附权利要求书所述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：

图1示出了多波长编码和解码的实施例系统；

图2A至2B示出了多波长编码的另一实施例系统；

图3示出了具有地址空间和每载波比特率的表；

图4A至4B示出了进行m进制编码的地址字段大小和候选波长数目的表；

图5示出了用于m进制编码的候选载波数目和比特率载波的表；

图6示出了多波长编码的其它实施例系统；

图7示出了进行各种编码方法的地址值的表；

图8示出了多波长编码的其它实施例系统；

图9示出了多波长解码的实施例系统；

图10示出了多波长解码的其它实施例系统；

图11A至11C示出了从M个波长中选择n个波长的候选波长、使用的波长数目以及地址字段大小的表；

图12示出了多波长编码的其它实施例系统；

图13示出了多波长解码的其它实施例系统；

图14A至14B示出了从8个波长中选择4个波长的组合；

图15A至15B示出了从M/2个波长中选择n/2个波长的候选波长数目、使用的波长数目以及地址字段的表；

图16A至16B示出了从M/k个波长中选择n/k个波长的候选波长数目、使用的波长数目以及地址字段大小的表；

图17示出了多波长编码的另一实施例系统；

图18示出了多波长解码的另一实施例系统；

图19示出了多波长编码的实施例方法；以及

图20示出了多波长解码的实施例方法。

除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。

具体实施方式

首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。

光包交换机是网络通信元件的一个产品系列，可以在数据中心用作核心交换机，或在任何其它包交换环境中使用。在光包交换机中，在不需要将包转换成电信号的情况下，这些包由光设备交换。包交换机通过将每个包单独交换到其目的地来交换包流。

存在若干基于波长的地址编码方法，以及各种实现这些编码的实施方式。在发射器侧,可以采用多种方案通过多个波长构成的一种组合编码每个包的目的地址。在一示例中，使用二进制编码。为了编码一个符号从两个波长中选择一个波长。例如，为“0”选择第一波长，为“1”选择第二波长，反之亦然。地址可通过每符号两个波长来进行编码。

在另一示例中，地址被编码为n个m进制的数字。从多个波长中选择一个波长。候选波长的数目是m*n。这导致地址通过对光载波波长进行三进制、四进制或更高进制编码为地址来表示。地址空间为3ⁿ、4ⁿ或通常情况下为mⁿ。在选择的波长的总数目给定的情况下，地址空间会增加，或者在任何地址空间给定的情况下，选择的波长的数目会减少，从而增加每光载波的比特率。取决于确切的场景，该方案会增加或减少给定地址空间下的候选波长的数目。

在其它示例中，从M个候选波长中选择n个波长，无需将它们指配到组中。这给出了较大的地址空间和/或减少候选波长的数目并减少光波长的数目。最大地址空间为M！/((M-n)！*n！)。

在另一示例中，地址被编码成由k组波长组合构成的地址，每组的波长组合是从M/k个波长中选择n/k个波长构成的，这样导致根据每1/k个地址线从M/k个波长中选择n/k个波长，重复k次。这些示例可以组合在一起。

在一项实施例中，选择的波长仅用于地址信令，而不能携带数据载荷。在另一项实施例中，选择的波长用于地址信令，同时一些或所有波长还携带数据载荷。

图1示出了包地址多波长解码器180。待发送的包流通过光交换机首先进入包地址映射器182。查找波长模块184读取电包的地址。在示例中，包地址从包头中读取。或者，包地址从封装器中读取或由封装器生成。

包流数据和包地址信息随后传递到查找波长模块184。查找波长模块184是一个包地址和波长值映射器，其设置波长以编码对应包的包地址。根据包的地址，每个包的波长均不相同。在一个示例中，地址中的符号映射到两个波长值中的一个，取决于该比特是“0”还是“1”。如果比特是“0”，则选择其中一个波长，如果比特是“1”，则选择另一个波长。因此，对于10比特地址，发生十次独立操作，每次操作基于比特的值选择两个波长值中的一个波长。因此，对于10比特地址，需要从20个波长中进行选择。

选择的波长与包一起被输送到发射模块188。发射模块188包含一组调制器。在示例中，该包被解复用，从而为每个选择的波长产生解复用的包流。在另一示例中，该包流绕过解复用功能，其中全带宽包流被输送到单个电光调制器，从而为每个包流生成光包副本。

包流然后由光分路器190划分为两个包流。一个包流被输送到光滤波器194，该光滤波器可以是环形谐振器。光滤波器194根据波长分离光载波。这些独立的光载波被输送到光接收器192，该光接收器判断在滤波频率下是否存在光功率。光接收器192的输出成对被输送到逻辑门196，这样提供“1”给在第一输入上检测到的功率和第二输入上检测到的无功率，或提供“0”给在第一输入上检测到的无功率和第二输入上检测到的功率。进入其中一个逻辑门196的波长对是对地址的1比特进行编码的波长对。

延迟模块198延迟其它包流。光交换机201基于逻辑门196的输出将该光包流路由至两个输出端口中的一个。第一光交换机201的输出端连接到两个下一级交换机中一个的输入端，其中过程分阶段继续。如图所示的光交换机201为1:2交换机，但可使用较大的交换机。

其它包地址解码器由2012年1月27日递交的发明名称为“光标签或目的地的频谱编码(Spectral Encoding of an Optical Label or Destination)”的第61/591,628号美国临时专利申请案、2012年10月10日递交的发明名称为“使用频谱触发器的光交换设备(Optical Switching Device Using Spectral Trigger)”的第4194-52800号美国专利申请案，以及2012年1月27日递交的发明名称为“光标签或目的地的频谱编码(SpectralEncoding of an Optical Label or Destination)”的第4194-52701号美国临时专利申请案公开，这些申请的内容以引入的方式并入本文本中。

图2A至2B示出了包地址解读器186。包地址解读器186示出四个符号的地址字段，但是可以使用更少或更多的地址符号。输入包流被输送到包地址解读器316，该包地址解读器提取输入地址。该地址有n个符号，其中图中的n＝4。地址被提取为n个并行符号，其中这些符号进入并行结构200。

并行结构200包括与逻辑反相器208并行的逻辑缓冲门206。逻辑缓冲门206和逻辑反相器208基于符号值驱动光交换机204。在一示例中，光交换机204是小型的开/关光交换机。光交换机204开启到其中一个波长光源202的连接。一对波长光源202中的一个波长光源基于符号值被连接到光调制器322。

在一示例中，使用了解复用。存在n个并行的光调制器322。包流被输送到解复用器320，该解复用器可以是一个包边缘同步的解复用器。解复用器320将数据流的数据包转换为n个包分段，包分段的速率为进入到解复用器的包数据流速率的1/n，这些包分段被输送到n个光调制器322。这些n个数据流被输送到n个光调制器322以生成n个不同的光载波。这些n个光载波组合在一起包含路由信息和波长以及包数据。

在另一示例中，不使用解复用。存在一个光调制器323。选择的光载波可以光组合为多载波光信号，该多载波光信号在光调制器323中使用全数据速率的包数据进行调制，该光调制器是一种宽带光调制器。光调制器323以原始数据速率调制这组光信号。图3示出了表260，该表显示符号的数目n、2n个地址空间使用的波长数目以及作为输入比特率百分比的每载波比特率之间的关系。地址空间拥有2ⁿ个地址位置用于存放从2n个候选载波中选择的n个光载波。例如，对于从20个光载波中选择的10个光载波，存在1024个地址，而每载波比特率为输入比特率的10.00％。对于数以千计的地址字段，由于每个包流存在大量有效光载波，同时存在大量包流，所以会导致每个数据流的数据速率非常低。此外，每个数据流存在大量源、调制器和检测器。

在m进制编码中，每个波长可以从两个以上候选波长中选择一个。从多个候选波长中选择给定数目的有效波长会增加地址空间。针对给定所需的地址空间，可以减少有效光载波的数目，从而增加每光载波比特率。图4A至4B示出了表240，其显示进行m进制编码的选择的波长的数目、使用的进制、地址字段大小以及候选光波长的数目之间的关系。针对使用进制m的编码流，其中在前一示例中m等于2，针对于n个并行光波长，地址空间是mⁿ，候选光载波的数目是m*n。对于m＝2和n＝10的情况而言，存在具有2ⁿ＝1024个地址的地址空间使用2n＝20个候选光载波。然而，通过在调制之前和接收之后分别将二进制到m进制的编码器和解码器插入到寻址路径中，地址字段大小和波长数目之间的关系被改变，使得在m＝3和n＝10的情况下，地址空间增加到3¹⁰＝59049个，光载波的数目增加到3n＝30个候选光载波。在m＝4、n＝10的情况下，地址空间进一步增加到4¹⁰＝1048576个，而候选光载波的数目增加到4n＝40个光载波。因此，增加m同时保持n不变会增加地址空间。另外，增加m同时减少n至少会保持相同数目的地址。例如，m＝3和n＝7得出2187个地址，使用21个候选波长，n减少30％。在m＝4和n＝5的情况下，存在1024个地址，而有效光载波的数目减为一半。通过进制8的(八进制)编码水平，只有3个有效波长可以支持多达4096个地址，而10个波长支持具有80个候选波长的超过10亿地址的地址字段。80个候选波长在可实施的光载波数目的上限内，并且对应于具有50GHz的光载波间隔的标准密集波分复用(DWDM)。由于二进制逻辑编码是可用的，所以四进制和八进制会易于实现。

作为示例，当地址字段具有5000个地址时，图5所示的m、n的值就已足够。图5示出了表220，该表显示各种进制下所需的有效波长的最小数目，进制范围从2(无编码)和3到8(转码到不同数字进制)，其中进制范围从2到20。二进制编码需要13个有效波长以实现具有至少5000个地址的地址字段(m＝2的13个波长得到8192，但是12个波长将会给出4096个地址，低于5000)。然而，已经应用了探讨向另一数字进制转码的示例，八进制编码(进制8)需要具有32768个地址的地址字段，完全超过5000，其中只有5个有源光载波。使用4个光载波和八进制编码将只会获得4096个地址，其接近但是少于5000的示例目标。进制为20时，增益更为庞大，其中地址字段仅通过3个有源光载波获得，这样提供了具有8000个地址的地址空间，远远超过所需示例5000。然而，如图5所示，当对于给定地址空间(在该情况下具有至少5000个地址)，m增加同时被用来传输信号的波长的数目减少时，候选波长的数目会增加。事实上，这不是一个问题，因为候选波长的数目可以通过选择波长间隔和目前商用DWDM传输来随意增大，该DWDM传输利用在一个波带中提供至少80至100个候选光载波的50GHz光网格工作。此外，可调设备和光滤波器/复用器很容易在该信道间隔处操作。另外，下至12.5GHz的较严格波长网格已经被证明是可实施的，这将在单个光带中产生多达320个光候选波长。当m由于转码的应用而增加时，有效波长的数目下降，因此每波长比特率增加。在图5中，这点通过基线(无转码器)比特率降低为原始比特率的十三分之一(0.077×原始比特率)来说明。然而，当编码进制是20时，比特率是原始比特率的33％，或者前一基础系统性能的429％。

图6示出了多波长调制器310，该多波长调制器可用于在一个或多个波长载波上生成光包流，每个波长载波从m个光载波中选择，其中m>2(即，采用二进制/m进制)。载波的波长在m进制编码方案中携带路由地址，其中m是整数。输入包流被输送到包地址解读器316中。可能存在解复用。当使用解复用时，包流被输送到解复用器320，是一种包边缘-同步解复用器，其在具有1/n的数据速率的n个光载波上传包流。这时，解复用器320的n个输出被输送到n个光调制器322。在没有解复用的示例中，这些光载波由光调制器323使用相同的全带宽来调制。解复用的使用降低了每载波比特率，这样提高了整个交换机的光链路预算，并使每个光载波单独使用以携带数据流的不同部分。另一方面，不使用解复用器较简单，但导致产生重复的光数据流，这将占用更多的带宽并且可能牺牲光信道间隔，因为一个包流的光边带不应该与邻近信道的光载波波长重叠。

在使用或不使用解复用的情况下，整个光包流带宽承载在一个光纤上并且通过一个交换机输送为多波长信号。输出由光放大器324放大。未图示的远端光转换涉及光学解复用载波并将这些载波发送到独立的光接收器中。在使用解复用的情况下，具有n个接收器的阵列可输送逆解复用器以恢复原始包流。在不使用解复用的情况下，接收器以全带宽生成整个包流的一个版本。如果整个交换机的链路预算对于高速信号而言微不足道，则每个重复的副本可能存在高误差率。这种高误差率可以通过采用组合技术，如多数决策，大幅度减少。

包地址输入到编码器312，该编码器将包的二进制地址映射到另一数字进制。图7示出了表250，该表显示编码器312可使用的二进制到m进制映射的示例。编码器312中存在若干组输出，其中每个组有m个地址线，而每次只激活每组一个地址线。每组内激活地址线表示该组的m进制符号的值。组的数目等于地址字段中的m进制符号的数目。

这些有效地址线激活光交换机314，该光交换机为小型快速的光开/关交换机，例如集成马赫曾德尔交换机。这些交换机必须要快速在包流的包之间的包间间隙期间建立光载波，100Gb/s数据流约为1ns或者40Gb/s数据流约为2.5ns。光交换机314耦合至波长生成器313。因此，光交换机314耦合选择的源，以及选择的波长，从而将一个m进制符号编码到光载波中。每组激活一个光交换机和一个波长生成器。因此，n个光载波携带包数据加上具有mⁿ个地址的地址字段中的包地址信息。对于n个符号、m进制地址而言，候选光载波的总数目是m*n。

选择的波长随后由光放大器318放大，例如，以补偿光组合器中的损失。在使用解复用的情况下，选择的波长被输送到光调制器322。光调制器322的输出随后被组合，以产生具有n个光载波的多载波光信号，包含以1/n的原始数据速率进行解复用的包数据以及具有mⁿ个地址的地址字段。在不使用解复用的情况下，选择的波长被输送到光调制器323中。

通过对m进行操作，任意大的地址地段可通过n的给定值来生成。或者，对于给定大小地址字段，每光载波比特率的减少可以随m和n的值而改变。

m进制编码方法的实施例及其实施方式是对于m＝2^k的情况而言的，其中k是整数。图8示出了多波长调制器330，其类似于多波长调制器310。波长调制器30要求m＝2^k，其中k是大于1的整数。例如，波长调制器330可用于四进制、八进制或十六进制编码。二进制至2^k进制的编码可由编码器332执行。编码器332可由比编码器312小且简单的并行编码器实施，因为特定二进制符号组到每个2^k进制符号的映射与其它2^k进制符号的值无关。

编码器332的输出被输送到光交换机314。一个编码器的输出被输送到一组光交换机。光交换机314在每个组中选择一个波长生成器313输出。该输出可由光放大器318放大，然后被输送到光调制器322或光调制器323。

如在多波长调制器310中一样，输入包流被输送到包地址解读器316，其包地址被输送到编码器332。当使用解复用时，包被输送到解复用器320，并且输出被输送到光调制器323。然而，当不使用反向复用时，包流被输送到光调制器322。光调制器323或光调制器322的输出被输送到光放大器324。

多波长调制器310或多波长调制器330的输出被输送到光交换单元，其中光交换单元进行包级的光交换。通过光交换单元的路由通过所选择的波长携带的包地址来确定。

多波长编码的地址可由解码器，如图9所示的多波长解码器380，进行解码。传入光功率被拆分。一部分光功率被发送到滤波器382。然后，滤波器382滤波出其中一个候选波长。在示例中，滤波器382可以为光环形谐振器调谐滤波器。在另一示例中，滤波器382为阵列式波导光栅(AWG)波分(WDM)复用器。被滤出的波长被发送到光接收器384，该光接收器检测滤波波长处的光功率。因此，恢复了地址。

门386接收选通信号和字信号以确定是否存在有效地址。已解码的二进制符号被输送到多级交换机，并通过交换机设置交叉点以建立连接。为了把1×2ⁿ单输入端口交换机变成2ⁿ×2ⁿ多端口交换机，需要额外的从多个输入端口路由的已解码信令。

分路器输出的另一部分光被传递到光延迟388，进行很短的光延迟。光延迟388提供用于解码地址的时间。在一示例中，延迟为上万纳秒。延迟的包被传递到光交换机390。如图所示，光交换机390为1×2级交换机。或者，可以使用1×16光交换机392等更复杂的交换机。

光接收器384将地址码传递给解码器385。对于一条1×2级交换的链路，如图所示，解码器385是一个m进制到二进制的解码器。第一级交换受二进制地址的最高次位驱动，而最后一级交换受最低次效位驱动。或者，解码器385解码到另一形式。例如，解码器可提供四进制输出或成对二进制比特输出以供1:4级交换使用。在实施例中，当交换机级数大小匹配编码进制，例如，当编码进制为6并使用1×6交换机时，交换机级数无需解码器385就可以直接从光接收器输出的信号直接驱动。解码器385可由专用的逻辑功能实现。或者，解码器385可通过使用只读存储器(ROM)来生成，该ROM被编码以充当查找表。

图10示出了多波长解码器400，其类似于多波长解码器380。多波长解码器400在m＝2^k时使用，其中k为大于1的整数。在一示例中，多波长解码器400用于解码使用编码器332编码的地址。与在多波长解码器380中的一样，拆分输入光功率，其中一部分输入光功率进入滤波器382，然后进入到光接收器384。光接收器384的输出被发送到解码器402。解码器402为2^k进制到二进制的解码器。此外，解码器402可选包括从二进制到交换驱动信号的解码器。门386通过选通信号检查解码器402的输出来确定地址是否有效。

光功率的剩余部分被输送到光延迟388，随后输送到光交换机390或光交换机392。光交换机390或光交换机392使用解码器402输出的地址交换光延迟388输出的数据信号。

在另一示例中，一个以上波长可以从具有M个候选波长中选择，而不是从一组m个候选波长中选择n个波长。对于M个候选波长而言，存在M种方式来选择第一个波长，M-1种方式选择第二个波长，以及M–(n–1)种方式选择第n个波长。当选择的顺序不重要时，存在M！/n！种组合。当选择的顺序不重要时，与在选择波长时一样，组合的数目由下式给出：

对于n＝10和M＝20而言，地址字段中的地址的数目是184756个。此外，对于20个候选波长以及使用n＝3而言，地址字段中存在1140个地址。因此，比提供的原始方案的地址字段稍微大的地址字段可以仅使用3个而不是10个有效载波波长来生成。

图11A至11C示出了表230，该表显示了用于候选波长数目和选择的波长数目的地址地段大小。非常大的地址空间可通过从20或更多候选波长中选择的少量波长来实现。对于40个候选波长而言，n＝4时接近100000个地址可用。利用3个或4个选择的波长可制作大型数据中心，导致100Gb/s的信号解复用下降至每波长33.33Gb/s或25Gb/s。在这种情况下，100Gb/s的数据流的一些实例使用4×25Gb/s的子流，所以这些实例可以应用于合适的波长光载波，优点是无需进一步解复用(每个数据流携带单独的信息分量，没有重复)就可以进行解复用。使用从20个波长中选择4个波长的连接信令方案将拥有含4845个地址的地址字段，而使用从40个波长中选择4个波长的信令方案将拥有含91390个地址的地址字段(很可能大于最大现有或计划的数据中心的TOR配套)。然而，使用从60个波长中选择4个波长的连接方案将拥有含487635个地址的地址字段。使用40个候选波长或更多候选波长可以为星际互联网生成足够的地址。例如，从60个候选波长中选择的10个有效波长产生具有753亿个地址的地址字段大小。

图12示出了用于从M个候选波长中选择n个波长的多波长编码器340。在多波长编码器340中，生成光格式化的多载波包流，其中每个选择的波长具有整个数据流的副本。待光交换的包流输入并进入包地址解读器316。该包地址随后被发送到编码器341，一种二进制到M选n进制的编码器。编码器341将传入二进制地址编码为一种格式，在该格式中，精确地从具有M个波长的候选字段中选择n个光载波波长。编码器341可以基于逻辑。或者，编码器341可以使用如存储在ROM中的查找表。

编码器341从其M个输出线选择特定的n个输出线并使其处于有效状态，导致对应的M选n相关的光交换机314被激活。光交换机314随后连接从M个波长选择特定的n个波长的波长生成器313和光组合器342。例如，光组合器342是一种波分复用(WDM)器。地址随后穿过光放大器318以弥补光组合器上的损失，然后到达光调制器322。n个光载波的复合组传输包地址信息，该信息通过选择n个组成载波中的每个的波长来编码。光调制器322调制包地址解读器316输出的包流和选择的n个波长。携带包数据和包路由的多载波光信号从多波长编码器340中输出。虽然图12没有示出解复用，但是可以添加类似于图8的n路解复用。

图13示出了多波长解码器410，用于提取和处理从M个候选波长中选择n个波长的包交换机处的基于光波长的包流的地址。多波长解码器410可用于解码使用编码器341编码的地址。多波长解码器410类似于多波长解码器380。多波长解码器410的输入处的地址字段被当作m进制符号，但是用作在所有波长中工作的特定形式的代码以从M个可能值中选择n个值。

拆分输入光信号，其中一部分功率进入滤波器382，该滤波器如图所示可以为光环形谐振器可调滤波器。或者，滤波器382可以为AWG WDM解复用器。被滤出的波长进入光接收器384，该光接收器确定光功率是否存在于被滤出的波长处，然后进入解码器412。解码器412是一种M选n进制到二进制的解码器。可选地，解码器412还包括从二进制到交换驱动信号的解码器。输出波长由门386和选通线测试以确定是否存在有效地址。

输入光包的其它部分通过光延迟388被发送到光交换机390或光交换机392，其中该部分与解码器412输出的地址交换。

图14A至14B示出了表414，该表显示M选n编码的实例。在这种情况下，n＝4，M＝8。因此，该表显示从8个波长候选中选择任意4个波长的组合。不同组合的数目由M！/(n！*(M-n)！)＝8！/(4！*4！)得出为70。

M选n编码可以由查找表生成，其中总是存在从M的字段生成的n个有效载波，或者采用逻辑运算的方法或者是查找表结合逻辑运算的方法。然而，对于较大的n值，编码可能很复杂。该复杂性可以通过将候选波长划分为两组，从每组中选择n/2个波长来降低。在每个组中，n/2个波长从M/2个候选波长中选择。然而，这确实在某种程度上减少了地址空间。在n＝10和M＝40时，存在848000000个地址。通过将10个选择的波长当作两组从20个候选波长中选出的5个波长并使用两个20选5的编码器和解码器，获得了240000000个地址。或者，对于从40个候选波长中选择4个波长而言，存在91360个地址位置。通过细分成两个20选2的编码器和解码器，仍然存在36100个可用地址位置。

图15A至15B示出了表90，该表显示用于从M/2个地址中选择n/2个地址以及从M/2个多载波编码器组合两个M/2选n/2的多波长编码器的候选波长数目、选择的波长数目以及地址字段大小之间的关系。这种组合需要两个M/2选n/2的解码器而不是一个M选n的解码器。这种编码的效率没有单独从M个候选波长中选择n个波长方法的高，但是能够使用较简单的编码器和解码器。使用两个30选2的编码器和解码器，而不是一个60选4的编码器和解码器，采用查找表的方法进行编码的时候，所用表包含870个条目，而不是包含约488000个条目。这产生从487635个减少到189225个地址的地址字段大小。例如n＝10，M＝40，使用两个20选5的编码器而不是一个40选10的编码器产生两个包含15504个条目的查找表，而不是一个包含848000000个条目的查找表。

在另一示例中，可以组合两个以上的子块。一般来说，可以对多组M/k选n/k的编码器和解码器进行编码。图16A至16B示出表100，该表显示用于2、3和4组M/k选n/k的编码器和解码器的候选波长数目、选择的波长数目和地址字段大小。图17示出了具有嵌套编码器的多波长编码器210。首先，接收包流，包地址解读器316读取该包地址。该包地址被发送给编码器212和编码器214。编码器212和编码器214为二进制M/2选n/2编码器，其可以由查找表或通过逻辑运算实现。图中示出了两个编码器，但是可以使用更多的编码器。例如，存在k个M/k选n/k的编码器。编码器的n和M可相同，也可以不同。

地址被输送到光交换机314，该光交换机被耦合至波长生成器313。光交换机314将选择的波长生成器连接至光组合器342，该光组合器可以是一个WDM复用器。这些地址使用包地址解读器316的输入包流在光调制器322中调制，从而生成包含数据和地址的光包流。

图18示出了多波长解码器150，从M/k中选择n/k，重复k次。首先，分路器152划分输入光数据流。一部分光功率进入滤波器154，该滤波器可以是AWG WDM解复用器。或者，光环形谐振器可用作滤波器154。滤波器154的输出进入光接收器384，该光接收器检测滤出的波长处的光功率。光接收器384的输出进入解码器156和解码器158。图中示出了两个解码器，但是可以使用更多的解码器或嵌套解码器。每个解码器可以是相同的解码器，如图所示。或者，这些解码器可以不同。例如，存在k个M/k选n/k解码器。解码器156和解码器158的输出进入交换机160，这些输出可能相对于选通在模块164中检查以确定有效性。

光功率的其它部分进入光延迟388，然后进入交换机160。交换机160可以是单个交换机，或一系列交换机。交换机160使用数据调制选择的波长。

图19示出了多波长编码光数据流中的光地址的方法的流程图420。首先，在步骤422中，读取数据包地址。这可通过头部、包装器确定，或通过包装器生成。

然后，可选地，在步骤424中，解复用输入光包。例如，如果地址使用n个符号编码，则n个解复用数据流通过解复用产生，每个包流具有1/n的数据速率。

同时，在步骤428中，编码地址。在一个示例中，使用m进制编码对地址进行编码，其中为n组中的每个选择m选1波长。或者，从M个候选波长中选择任意n个波长。在另一示例中，存在k组从M/k个候选波长中选择n/k个波长。编码器将二进制形式的地址转换为所需形式。已编码地址随后将合适的波长生成器耦合至一个或多个光调制器。波长编码生成。例如，这可以通过基于编码使用光交换机连接波长光源执行。可以从n波长光源中选择m个波长光源。或者，连接M选n个波长光源。

最后，在步骤432中，包含光数据的光数据流调制生成的波长。输出可被放大。输出信号包括在波长中编码的数据和地址。

图20示出了多波长解码的流程图440。例如，流程图440中示出的方法可用于解码使用流程图420所示方法编码的多波长地址。首先，在步骤442中，拆分输入光包组。波长的主要部分进入步骤444，其中它是光学延迟的，例如延迟数十纳秒。该延迟提供时间给地址进行解码。

在步骤446中由一系列滤波器滤波光信号的其它部分，其中每个波长有一个滤波器。该滤波可由光环形谐振器调谐滤波器或AWG WDM解复用器执行。然后，在步骤448中，检测波长滤波的输出光能量以确定每个波长是否存在光功率。

接着，在步骤450中，选择性地解码检测到的光能量。最后，在步骤452中，光数据与光地址交换，从而产生解码的信号。

虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其他变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (19)

1.一种多波长编码的方法，其特征在于，所述方法包括：

接收具有地址和数据的输入包流；

解复用所述输入包流，生成对应于所述输入包流的第一光包流和第二光包流；

对所述输入包流的所述地址进行编码，从而产生包括含有第一选择的符号和第二选择的符号的第一组符号的已编码地址，其中所述第一组符号拥有两个以上符号；

生成对应于所述第一选择的符号的第一波长；

生成对应于所述第二选择的符号的第二波长；

使用所述第一光包流调制所述第一波长；以及

使用所述第二光包流调制所述第二波长。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述已编码地址包括含有n个选择的符号的n组符号，其中所述方法进一步包括：

生成对应于所述n个选择的符号的n个波长包括生成第一光包流；以及

使用所述输入包流调制所述n个生成的波长。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组符号包括第三选择的符号，以及所述方法进一步包括：

生成对应于所述输入包流的第三光包流；

生成对应于所述第三选择的符号的第三波长；以及

使用所述第三光包流调制所述第三波长。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述已编码地址进一步包括含有n个选择的符号的第二组符号，以及所述方法进一步包括：

生成对应于所述输入包流的n个光包流；

生成对应于所述n个选择的符号的n个波长；

使用所述n个光包流调制所述n个波长。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一组符号包括从M个符号中选择的n个选择的符号，其中M为整数而n为小于M的整数，以及所述方法进一步包括：

生成对应于所述n个选择的符号的n个波长包括

根据所述第一选择的符号生成所述第一波长，以及

生成对应于所述第二选择的符号的所述第二波长；

以及

使用所述输入包流调制所述n个波长包括

使用所述第一光包流调制所述第一波长，以及

使用所述第二光包流调制所述第二波长。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组符号具有2^k个符号，其中k为大于1的整数。

7.一种解码多波长地址的方法，其特征在于，所述方法包括：

将具有多个波长的输入光包流划分为第一光包流和第二光包流；

将所述第一光包流按照波长划分为第一组光包流，其中所述第一组光包流具有两条以上光包流；

检测所述第一组光包流中的光功率是否大于阈值，以产生第一多个符号，其中光功率在所述第一组光包流的源光包流中检测到；

解码所述第一多个符号以产生多个解码符号；以及

根据所述多个解码符号交换第二光包流的数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述输入光包流按照波长划分为第二组光包流，其中所述第二组光包流的光包流的数目与所述第一组光包流的相同。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一组光包流具有2^k个光包流，其中k为大于1的整数。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，光功率在所述第一组光包流的第二光包流中检测到，以生成第二多个符号。

11.一种对输入包流的地址进行多波长编码的系统，其特征在于，所述系统包括：

包流地址解读器，用于确定所述输入包流的输入光包的所述地址；

耦合至所述包流地址解读器的第一编码器，其中所述第一编码器用于编码所述地址以产生包括含有第一选择的符号的第一组符号的第一已编码地址，以及所述第一组符号具有两个以上符号；

耦合至所述第一编码器的第一多个交换机；

耦合至所述第一多个交换机的第一多个波长源；

耦合至所述第一多个交换机和配置用于接收输入光包的第一光调制器，其中所述第一多个交换机用于将所述第一多个波长源的第一波长源耦合至所述第一光调制器，以及所述第一波长源对应于所述第一选择的符号。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一多个交换机用于将所述第一多个波长源的第二波长源耦合至所述第一光调制器。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，进一步包括：

耦合至所述包流地址解读器的第二编码器，其中所述第二编码器用于编码所述地址以产生包括第二组符号的第二已编码地址，所述第二组符号的符号数目与所述第一组符号的相同；

耦合至所述第二组符号的第二编码器；

耦合至第二多个交换机的第二多个波长源。

14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一已编码地址进一步包括含有第二选择的符号的第二组符号，所述第一组符号的数目与第二组符号的相同，以及所述系统进一步包括：

耦合至包流地址解读器的第二多个交换机；以及

耦合至所述第二多个交换机的第二多个波长源。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，进一步包括：

耦合至所述包流地址解读器和所述第一光调制器的解复用器；

耦合至所述解复用器和所述第二多个交换机的第二光调制器，其中所述第二多个交换机用于将所述第二多个波长源耦合至所述第二光调制器，以及第二波长源对应于所述第二选择的符号。

16.一种对输入光包流的包路由地址进行多波长解码的系统，其特征在于，所述系统包括：

分路器，用于将所述输入光包流划分为第一光包流和第二光包流；

第一光滤波器，用于按照波长划分所述第一光包流以产生包括两个以上光包流的第一组光包流；

耦合至所述第一光滤波器的第一多个光检测器，用于检测所述第一组光包流中的功率和检测所述第一组光包流的所述第一光包流中的功率；

耦合至所述第一多个光检测器的交换机，用于根据所述第一组光包流交换所述第二光包流；

在所述第一多个光检测器和所述交换机之间耦合的第一解码器。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，进一步包括：

第二光滤波器，用于按照波长划分所述第一光包流以产生第二组光包流，其中所述第二组光包流的流数目和所述第一组光包流的相同；

耦合至所述第二光滤波器的第二多个光检测器，用于检测所述第二组光包流中的功率。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，进一步包括：

耦合至所述第二多个光检测器的第二解码器。

19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述第一多个光检测器还用于检测所述第一组光包流的所述第二光包流中的功率。