CN106416110B - 用于光网络的可扩展硅光子交换架构 - Google Patents

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Abstract

混合扩展贝奈斯(hybrid dilated Benes)光子交换架构采用2×1光子元件和2×2光子元件的设置，从而享有改善的串扰性能，同时保持适度的单元计数。多级的连体式(jumpsuit)交换光网络节点架构通过实现某些级中对连接性的操控来实现其它级上的负载平衡，可以比单级交换结构更有效率地运行。具体地，可以操控连接到光节点输入端口的第一级交换结构以对耦合到光节点输出端口的第二级交换结构上的输入信号进行负载平衡。此外，可以操控连接到光节点插入端口的第三级交换结构以对所述第二级交换结构上的插入的光信号进行负载平衡。

Description

用于光网络的可扩展硅光子交换架构
相关申请交叉引用
本申请要求于2014年5月28日提交的申请号为14/289,304、发明名称为“用于光网络的可扩展硅光子交换架构”的美国非临时申请的优先权，该申请通过引用结合在本文中。
技术领域
本发明一般涉及网络中的资源分配管理，并且，在具体实施例中，涉及用于光网络的可扩展硅光子交换架构。
背景技术
现今的透明光节点主要是由大量并行的微型交换器或波长选择交换器(WSS)构成的可重构型光分插复用器(ROADM)。这种设计可能无法满足网络访问提供商不断增长的需求，因而需要大规模的光节点来处理下一代光网络的大量流量负载。例如，可能需要未来的光网络节点在400输入波长乘以400输出波长(400×400)邻域进行交换，以满足未来的光城域网和广域网的带宽、定向、以及插入/分出插入分出需求。
可能需要一段时间才能使光子集成电路(PIC)技术能够实现以合理的成本提供这么大的容量。而且，从实践角度来看，微机电系统(MEMS)由于比较笨重、不灵活、成本较高并且(有时)不可靠，因而可能并不合适。因此，在短期内，下一代光网络节点很有可能采用N×N光子交换结构进行制造以使输入和输出互相连接。
发明内容
技术优点一般通过本公开内容的实施例得以实现，其描述了用于光网络的可扩展硅光子交换架构。
根据一实施例，提供了一种以混合扩展贝奈斯光子交换架构为特征的交换结构。所述交换结构包括：第一数量个输入端口(N个输入端口)；第一数量个输出端口(N个输出端口)；和多个耦合在所述N个输入端口和所述N个输出端口之间的光子元件。所述光子元件设置成光子交换架构以便在所述N个输入端口和所述N个输出端口之间进行交换，其中，所述光子交换架构包括第一最外交换列、第二最外交换列、两个中间交换级和中央交换列，所述第一最外交换列包括N行耦合到所述N个输入端口的1×2光子元件，所述第二最外交换列包括N行耦合到所述N个输出端口的2×1光子元件，各所述中间交换级包括包含N行2×2交换元件的至少一列，所述中央交换列包括N×2行耦合到2×1光子元件的1×2光子元件。
根据另一实施例，提供了一种光网络节点。在该示例中，所述光网络节点包括：多个输入转发端口，用于接收输入的光信号；多个输出转发端口，用于向下一跳节点转发输出的光信号；耦合到所述多个输入转发端口的第一交换级；以及使第一多个交换结构与所述多个输出转发端口互相连接的第二交换级。所述第一交换级包括第一多个交换结构，所述第二交换级包括第二多个交换结构。所述光网络节点还包括：控制平面，用于操控所述第一多个交换结构以负载平衡所述第二多个交换结构上的输入的光信号。
根据又一实施例，提供了一种用于在光网络的光节点中实现负载平衡的方法。在该示例中，所述方法包括：在光节点的输入转发端口上接收输入的光信号。所述光节点包括耦合到所述输入转发端口的第一级交换结构、使所述第一级交换结构与所述光节点的输出转发端口互相连接的第二级交换结构、以及使所述第二级交换结构与所述光节点的分出端口互相连接的第三级交换结构。所述方法还包括：至少将输入的光信号中的部分分类为分出的光信号，以及操控所述第一级交换结构中的交换结构以负载平衡所述第二级交换结构上的分出的信号。还提供了一种用于执行该方法的装置。
根据又一实施例，提供了一种用于在光网络的光节点中实现负载平衡的方法。在该示例中，所述方法包括：在光节点的输入转发端口上接收输入的光信号。所述光节点至少包括耦合到所述输入转发端口的第一级交换结构、第二级交换结构、以及耦合到光节点的输出转发端口的第四级交换结构。所述第二级交换结构使所述第一级交换结构与所述第四级交换结构互相连接。所述方法还包括：至少将输入的光信号中的部分分类为转发光信号，其中，所述转发光信号被配置为通过所述光节点；以及操控所述第一级交换结构中的交换结构以负载平衡所述第二级交换结构上的转发光信号。还提供了一种用于执行该方法的装置。
附图说明
为了更全面地理解本公开内容及其优点，现结合说明书附图参考以下描述，其中：
图1示出了光网络实施例的示意图；
图2示出了光网络节点实施例的方框图；
图3A-图3B示出了1×2光子元件的示意图；
图4A-图4B示出了2×2光子元件的示意图；
图5A-图5B示出了2×2增强扩展榕树(enhanced Dilated Banyan，EDB)交换结构的示意图；
图6A-图6B示出了2×2贝奈斯交换结构的示意图；
图7示出了传统4×4增强扩展榕树(EDB)交换结构的示意图；
图8示出了传统4×4扩展贝奈斯交换结构的示意图；
图9示出了4×4混合EDB交换结构实施例的示意图；
图10示出了8×8混合EDB交换结构实施例的示意图；
图11A-图11F示出了32×32混合EDB交换结构实施例的示意图；
图12示出了将不同8×8交换结构架构的光信噪比(OSNR)进行比较的曲线图；
图13示出了将不同8×8交换结构架构的单元计数进行比较的曲线图；
图14示出了将不同N×N交换结构架构的信噪比(SNR)进行比较的曲线图；
图15示出了将不同N×N交换结构架构的衰减率进行比较的曲线图；
图16A-图16G示出了连体式交换架构的实施例的示意图；
图17示出了用于操作配置有连体式交换架构的光节点的方法实施例的流程图；
图18示出了连体式交换架构布局的实施例的示意图；
图19示出了连体式交换架构的第一级和第二级布局的实施例的示意图；
图20示出了连体式交换架构的封装(SiP)芯片中的系统实施例的示意图；以及
图21示出了计算平台实施例的示意图。
除非另有说明，不同附图中的相应数字和符号通常指代相应的部件。对附图进行绘制以清楚说明各实施例的相关方面，并且不一定按比例进行绘制。
具体实施方式
以下将对本公开内容各实施例的形成和使用进行详细讨论。然而，应当理解，本文中所公开的发明构思可以在各种特定背景下体现，并且本文中所讨论的具体实施例仅仅是示意性的，并不用来限制权利要求的范围。此外，应当理解，在不脱离如所附权利要求所限定的本公开内容的精神和范围的前提下，可以进行各种改变、替换和修改。
下一代N×N光子交换结构将包括数以千计的无源硅光子元件，其设置在能够使输入端口切换到输出端口并适应交换位置处的插入/分出要求的架构中。AON上的衰减直接与光子元件的层数有关，因为每层向光信号的交换路径加入另一级的寄生插入损耗。此外，各光子元件呈现出非理想性能，使得至少一部分信号在未选择的输出端泄漏。这种信号泄漏在整个交换结构上累积，并最终导致N×N光子交换结构中的各输出端口之间出现串扰噪声，这降低了网络性能。
不同的光子交换架构需要不同数量的交换单元，并表现出不同的串扰性能和衰减损耗。例如，贝奈斯交换结构提供了较低的单元计数和衰减损耗，但却遭受了较高水平的一阶串扰，特别是在信号具有同一波长时，影响了信噪比(SNR)。相反，增强扩展榕树(EDB)架构提供优异的串扰性能，但却需要相对较高的单元计数和相对适度的衰减损耗。考虑到EDB具有较大数量的单元，有可能使用未使用的单元来进一步改善串扰性能。于2013年9月4日提交的申请号为14/018,273、发明名称为“基于硅光子的交换矩阵中的串扰和功率优化方法”的美国非临时申请中描述了这种抑制算法的例子，其全部内容通过引用结合在本申请中。N×N扩展贝奈斯交换结构可以通过连接到N个第一层1×2的单元和N个最后一层2×1的单元的两个层叠的N×N贝奈斯架构来构建。扩展贝奈斯提供了适度的串扰性能，具有比EDB更小的单元计数。贝奈斯和扩展贝奈斯在不实施智能抑制算法的情况下，均可能难以提供足够的串扰抑制。因此，需要一种能够提供比扩展贝奈斯架构更好的串扰性能而不显著增加单元计数的光子交换架构。
本公开内容的各方面提供一种混合扩展贝奈斯光子交换架构，包括2×1光子元件和2×2光子元件这种设置。本公开内容提供的利用混合扩展贝奈斯光子交换架构的交换结构实施例将享有比传统扩展贝奈斯结构更好的串扰性能，同时比增强扩展榕树交换结构采用更少的单元。本公开内容的各方面还提供一种用于下一代网络的光网络节点架构，其操控第一级的连接性来实现第二级上的负载平衡。以下对这些和其它方面进行更详细的描述。
图1示出了光网络100的实施例，包括连接到多个光网络节点120-150以及本地网络101的光网络节点110。如图所示，光网络节点110向/从各所述光网络节点120-140发送和接收转发光信号。此外，光网络节点110向本地网络101发送分出的光信号，并从本地网络101接收新的光信号。分出的光信号可以指正在离开光网络100的光信号，例如，可能发生在信号所携带的数据去往本地网络101中(或连接到本地网络101)的位置时。新的光信号可以指正在进入光网络100的光信号，例如，可能发生在信号所携带的数据来源于位于本地网络101中(或连接到本地网络101)的源时。此外，当数据从一个光学波长转换到另一个光学波长时，可以对光信号进行分出/插入。
图2示出了具有N×N端口的光网络节点200实施例的框图。端口的数量可能受到光网络节点200与之传送光学信号的节点的数量/光网络节点200传送光学信号的方向、每个互连上的带宽(例如，波长的数量)以及插入/分出信号的数量的影响。下一代光网络节点很可能将需要在400输入波长×400输出波长(400×400)的领域进行交换，以满足未来城域网和核心光网络的带宽、定向、和插入/分出需求，这是很有可能的。
光网络节点一般包括用以实现光信号交换的互连光子元件的交换结构。光子元件可以包括各种端口配置，包括1×2和2×2配置。图3A示出了采用条式(bar)配置301的1×2光子元件310，其中，输入端口(输入-1)与第一输出端口(输出-1)连接。图3B示出了采用交叉(cross)配置302的1×2光子元件310，其中，输入端口(输入-1)与第二输出端口(输出-2)连接。图4A-图4B示出了用于2×2光子元件410的交换配置401，402的实施例。图4A示出了采用条式配置401的2×2光子元件410，其中，第一输入端口(输入-1)与第一输出端口(输出-1)连接，第二输入端口(输入-2)与第二输出端口(输出-2)连接。图4B示出了采用交叉配置402中的2×2光子元件410，其中，第一输入端口(输入-1)与第二输出端口(输出-2)连接，第二输入端口(输入-2)与第一输出端口(输出-1)连接。
可以设置多组光子元件以形成光子交换结构。由1×2光子元件组成的交换结构可以比由2×2光子元件组成的交换结构提供更低的串扰。
图5A示出了包括第一输入端口(I1)、第二输入端口(I2)、第一输出端口(O1)、第二输出端口(O2)和多个光子元件511-542的光子交换结构500。光子元件设置在第一级光子元件511，512和第二级光子元件541，542中。如图所示，光子交换结构500的交换配置由连接映射590来定义，其规定I1与O1连接，I2与O2连接。为了实现这种交换配置，激活光子元件511和541以形成I1和O1之间的活跃连接501，而激活光子元件512和542以形成I2和O2之间的活跃连接502。
图5B示出了信号551，552如何在活跃连接501和502上从输入端口传播到输出端口。应注意，第一级光子元件511，512具有能够使信号551，552的一部分(L11，L12)泄漏穿过光子元件输出端的消光比，从而产生第一阶串扰信号561，562。如图所示，第一阶串扰信号561，562传播到第二级光子元件541，542。第二级光子元件541，542也具有能够使第一阶串扰信号561，562的一部分(L41，L42)泄漏穿过输入端的消光比，从而形成第二阶串扰信号571，572。因此，O1的输出信号包括信号551以及第二阶串扰信号572，而O2的输出包括信号552以及第二阶串扰信号571。
由2×2光子元件组成的交换结构可能比由1×2光子元件组成的交换结构使用更少的元件，但是可能提供更差的串扰抑制。
图6A示出了交换结构600，其包括条式配置的2×2光子元件610，从而形成活跃连接601和602以及不活跃连接603，604。图6B示出了信号651，652如何在图6A所示的活跃连接601和602上从输入端口(I1，I2)传输到输出端口(O1，O2)。应注意，2×2光子元件610具有能够使信号651，652的一部分(L12，L21)泄漏穿过光子元件输出端的消光比，从而产生第一阶串扰信号661，662。第一阶串扰信号661，662在不活跃连接603，604上传播到输出端口(O1，O2)，其中，将第一阶串扰信号661，662插入到信号652，651(分别地)。因此，O1的输出信号包括信号651以及第一阶串扰信号662，而O2的输出包括信号652以及第一阶串扰信号661。
图7示出了由四级1×2光子元件710，720，730组成的传统4×4增强扩展榕树(EDB)交换结构700。可以采用2×2贝奈斯网络架构来利用反向复用来递归地构造N×N贝奈斯网络。例如，N×N贝奈斯网络可以由两个N/2×N/2贝奈斯子网络组成，其可以由两个N/4×N/4子网络组成。这种方式可以继续到与两个子网络的输入端连接的尺寸为2×2的交换器以及与两个子网络的输出端连接的尺寸为2×2的N/2个交换器。
图8示出了由两级1×2光子元件810，850和三级2×2光子元件820，830，840组成的传统4×4扩展贝奈斯交换结构800，这些光子元件一起形成两个独立的4×4贝奈斯交换结构。应注意，传统4×4扩展交换结构800比传统4×4EDB交换结构700包括更少的交换元件，而传统4×4EDB交换结构700提供改善的串扰性能。
图9示出了4×4混合扩展贝奈斯交换结构900的实施例。如图所示，4×4混合扩展贝奈斯交换结构900包括1×2光子元件最外列910、两个2×2光子元件中间交换级930，970、1×2光子元件与2×1光子元件耦合的中央交换列950，以及2×1交换元件最外列990。有利地，4×4混合扩展贝奈斯交换结构900的实施例提供了比传统4×4扩展贝奈斯交换结构800更好的串扰性能，并且单元数量比传统4×4EDB结构700更少。
本公开内容所提供的混合扩展贝奈斯交换结构相对于传统EDB架构提供了改善的可扩展性，同时相对于贝奈斯和扩展贝奈斯架构能提供了改进的串扰性能。图10示出了8×8混合扩展贝奈斯交换结构1000的实施例。如图所示，8×8混合扩展贝奈斯交换结构1000包括1×2光子元件最外列1010、2×2光子元件中间交换级1030，1070、1×2光子元件与2×1光子元件耦合的中央交换列1050以及2×1交换元件最外列1090。应注意，各所述中间交换级1030，1070包括两列1031-1032、1071-1072的2×2交换元件。
本公开内容所提供的混合扩展贝奈斯交换架构能够支持非常大的结构。图11A-图11F示出了32×32混合扩展贝奈斯交换结构1100的实施例。如图所示，32×32混合扩展贝奈斯交换结构1100包括1×2光子元件最外列1110、2×2光子元件中间交换级1130，1170、1×2光子元件与2×1光子元件耦合的中央交换列1150以及2×1交换元件最外列1190。应注意，各所述中间交换级1130，1170包括四列1131-1134，1171-1172的2×2交换元件。
本公开内容所提供的混合交换架构的实施例相对于传统贝奈斯和扩展贝奈斯架构提供较有利的SNR性能，相对于增强扩展榕树架构提供较有利的交换单元计数。图12示出了将不同的8×8交换结构架构的光信噪比作为分贝串扰或消光比(ER)的函数进行比较的曲线图1200。应注意，消光比ER等于串扰的绝对值。如图所示，本公开内容所提供的混合扩展贝奈斯架构相比可比较的贝奈斯架构提供更好的串扰抑制，使得在各个交换元件的串扰性能方面具有更强的可扩展性和更大的容差。本公开内容所提供的混合扩展贝奈斯架构可以维持较低的OSNR代价，同时使用较便宜的交换元件。例如，对于0.5分贝的可接受OSNR代价，可以利用消光比为15分贝的交换单元设计出本公开内容所讨论的混合扩展贝奈斯，而对于同一OSNR代价，以贝奈斯结构设计的交换单元的消光比应该为至少28分贝。
图13示出了将不同的N×N交换结构架构的单元计数进行比较的曲线图1300。如图所示，本公开内容所提供的混合扩展贝奈斯架构相比可比较的EDB架构提供更低的单元计数，从而使得可扩展性更大。图14示出了将不同的N×N交换结构架构的信噪比(SNR)进行比较的曲线图1400。如图所示，当交换元件的消光比固定在20分贝(db)时，本公开内容所提供的混合扩展贝奈斯架构相比可比较的贝奈斯架构提供更好的SNR性能，同时其SNR性能接近于EDB架构的SNR性能。图15示出了将不同的N×N交换结构架构的衰减率进行比较的曲线图1500。如图所示，本公开内容所提供的混合扩展贝奈斯架构在衰减损耗方面的代价并不严重。这是因为衰减损耗与级的数量成正比。
本公开内容的各方面为下一代光节点提供连体式交换架构的实施例。连体式交换架构的实施例可包括内部连接性较低的三个级。连体式交换架构的实施例可以减少连接阻塞，并且与传统光节点设计相比包括更少量的交叉。连体式交换架构的实施例可以具有比较平衡的转发连接性以及插入/分出损耗。
图16A示出了连体式交换架构1600的实施例的示意图。如图所示，连体式交换架构1600的实施例包括用于输入光信号的第一级1601、用于输出光信号的第二级1602以及用于插入/分出光信号的第三级1603。在一些实施例中，第一级1601可以通过将分出的信号(例如，最终汇集到第三级1603的信号)分配在第二级1602中的较不拥塞交换结构上来执行第二级1602的负载平衡。图16B示出了第一级1601。如图所示，第一级1601包括用于第二级中的每组交换结构的交换结构1610-1619。各交换结构1610-1619在其输入端口上从四个不同的方向，例如，北(N)、南(S)、东(E)和西(W)，接收不同的波长(例如，λ1，λ2，...λ80)，并在其各个输出端口上分配所接收的信号。交换结构1610-1619中给定一个的每个输出端口连接到第二级中与不同输出转发方向相关联的交换结构。转发信号(例如，通过节点而不被分出/转换的信号)基于其输出方向在第一级1601中进行交换。例如，在交换结构1610的输入端口1691上接收到的去往向北方向的下一跳光节点的入站信号(例如，λ1)通过端口1696转发给第二级1602。分出的信号(例如，在第三级1603中进行分出/转换的信号)在第一级1601中以为第二级1602提供负载平衡的方式进行交换。例如，可以根据第二级1602中相应交换结构的拥塞水平将在交换结构1610的输入端口1691上接收到的注定要被分出/转换的入站信号(例如，λ1)通过端口1696-1699中的任一个转发给第二级1602。例如，当与端口1699相关联的第二级交换结构的拥塞少于与端口1696-1698相关联的第二级交换结构时，可以在端口1699上对入站信号(例如，λ1)进行转发。图16C示出了第一级1601中的交换结构组与第二级1602中的交换结构组之间的互连。图16D示出了第二级1602，其可以包括混合扩展贝奈斯架构。如图所示，第二级1602中的交换结构接收来自第一级1601的入站信号以及来自第三级1603的插入信号(例如，新的信号)。入站信号基于信号目的地在转发端口和分出端口上进行交换。插入的信号基于信号目的地在转发端口上进行交换。图16E示出了第三级1603，其可以包括混合扩展贝奈斯架构。图16F示出了第二级1602中的交换结构和第三级1603中的交换结构之间的互连。在一些实施例中，可以在第一级1601之前添加一个或多个附加级以实现前一级(例如，第一级1601或实例级和第一级1601之间的中间级)上的负载平衡。图16A-图16F中所描述的连体式交换架构仅仅是众多可能的光节点配置的一个例子。本公开内容所提供的连体式交换架构实施例能够适用于任何光节点配置，例如，不同数量的输入方向、不同数量的输出方向、不同数量的光信号、不同数量的级、不同的插入/分出端口与转发端口比等。
在一些实施例中，可以将第四级光子交换结构引入到连体式交换架构中以实现改善的负载平衡。图16G示出了包括第四级1604的连体式交换架构1600的实施例。应注意，第四级1604可以通过使第一级1601对转发信号进行负载平衡以及通过使第三级1603对插入信号进行负载平衡来实现第二级1602的增强负载平衡。在一些实施例中，第二级1602可用来负载平衡第四级1604。在实施例中，可以以类似于第一级1601的方式对第四级1604进行配置。其它配置也是有可能的。在其它变型中，可以将补充级引入第二级1602和第三级1603之间，以实现插入的光信号的负载平衡。
图17示出了一种用于操作配置有连体式交换架构的光节点以实现光节点交换结构上负载平衡的方法1700的实施例的流程图。如图所示，所述方法1700开始于步骤1710，其中，在光节点的第一级交换结构的输入端口上接收输入的光信号。接着，所述方法1700进行到步骤1720，其中，对光节点的第一级中的交换结构进行操控以负载平衡光节点第二级上的分出信号。随后，所述方法1700进行到步骤1730，其中，将转发信号(例如，直通信号)从光节点的第一级传送到光节点第二级中适当的输出结构。接着，所述方法1700进行到步骤1740，其中，将分出的信号(例如，注定要被分出/转换的信号)从光节点的第二级传送到光节点的第三级。随后，所述方法1700进行到步骤1750，其中，将插入的信号从光节点的第三级传送到光节点的第二级。最后，所述方法1700进行到步骤1760，其中，在光节点的第二级中的输出端口上传送转发信号和插入的信号。应注意，由于光节点不断地接收、插入/转换以及发送信号，因此光节点通常同时执行步骤1710-1760。
如上所述，混合扩展贝奈斯可以实现较低的单元计数以及足够的SNR性能，从而使其可扩展用于下一代光节点。图18示出了连体式交换架构实施例的布局实施例的示意图。每组第一级与一组第二级连接。例如，这种分组意味着第一级和第二级的联合组可以处理40个波长；因此，可以用8个联合组处理来自四个方向的所有320个波长。每个联合组与所有六个插入/分出结构连接。给定链路上的数字表示由于各组连接性导致的交叉的波导数量。这个数量使得能够计算出由于波导交叉而造成的衰减损耗。图19示出了连体式交换架构实施例的第一级和第二级的布局实施例的示意图。图20示出了连体式交换架构实施例的硅光子(SiP)芯片实施例的示意图。
图21示出了可以用于实施本文中所公开的装置和方法的处理系统的框图。特定的设备可以利用所有示出的组件或仅仅利用这些组件的子集，并且设备与设备的集成度可能有所不同。此外，设备可以包含组件的多个实例，例如，多个处理单元、处理器、存储器、发送器、接收器等。处理系统可以包括配备有一个或多个输入/输出设备的处理单元，诸如扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、小键盘、键盘、打印机、显示器等。该处理单元可以包括中央处理器(CPU)、存储器、大容量存储设备、视频适配器以及与总线连接的I/O接口。
总线可以为实施例中讨论的交换结构架构或多个总线架构的任何类型中的一种或多种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、视频总线等。CPU可以包括任何类型的电子数据处理器。存储器可以包括任何类型的系统存储器，比如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)及其组合等。在实施例中，存储器可以包括启动时用的ROM和用于程序的DRAM以及执行程序时用的数据存储。
大容量存储设备可以包括用于存储数据、程序及其它信息并通过总线使这些数据、程序及其它信息能够被访问的任何类型的存储设备。例如，大容量存储设备可以包括固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器和光盘驱动器中的一种或多种。
视频适配器和I/O接口向处理单元提供耦合外部输入和输出设备的接口。如图所示，输入和输出设备的示例包括与视频适配器耦合的显示器以及与I/O接口耦合的鼠标/键盘/打印机。其它设备也可以与处理单元耦合，并且可以利用附加或更少的接口卡。例如，可以使用诸如通用串行总线(USB)(未示出)的串行接口来为打印机提供接口。
处理单元还包括一个或多个网络接口，其可以包括有线链路(例如，以太网电缆等)和/或无线链路以访问节点或不同网络。网络接口使得处理单元能够通过网络与远程单元进行通信。例如，网络接口可以通过一个或多个发送器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在实施例中，处理单元与局域网或广域网耦合以便进行数据处理以及与诸如其它处理单元、互联网、远程存储设备等远程设备通信。
尽管已对说明书进行了详细描述，但是应该理解，在不脱离如所附权利要求所限定的本公开内容的精神和范围的前提下，可以做出各种改变、替换和修改。此外，本公开内容的范围并不限于本文中所描述的特定实施例，本领域技术人员可以从本公开内容很容易地想到，当前存在或以后开发的过程、机器、产品、物质组成、装置、方法或步骤可以基本上执行相同功能或基本上实现与本文所述相应实施例相同的结果。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括此类过程、机器、产品、物质组成、装置、方法或步骤。

Claims (18)

1.一种光网络节点，包括：
多个输入转发端口，用于接收输入的光信号；
多个输出转发端口，用于向下一跳节点转发输出的光信号；
耦合到所述多个输入转发端口的第一交换级，所述第一交换级包括第一多个交换结构；
使所述第一多个交换结构与所述多个输出转发端口互相连接的第二交换级，其中所述第二交换级包括第二多个交换结构；和
控制平面，用于操控所述第一多个交换结构以根据所述第二多个交换结构中交换结构的拥塞水平负载平衡所述第二多个交换结构上的输入的光信号。
2.根据权利要求1所述的光网络节点，还包括：
多个分出端口；和
使所述第二交换级与所述多个分出端口互相连接的第三交换级，所述第三交换级包括第三多个交换结构。
3.根据权利要求2所述的光网络节点，其中，所述第二多个交换结构包括耦合到所述多个输出转发端口的第一组输出接口，以及通过所述第三交换级与所述分出端口互连的第二组输出接口。
4.根据权利要求3所述的光网络节点，其中，所述控制平面用于通过以下方式操控所述第一多个交换结构以负载平衡所述第二多个交换结构上的输入的光信号：
识别在所述光网络节点待分出的光信号的子集；以及
选择性地将所述光信号的子集分配在所述第二多个交换结构上，以至少部分地将与所述光信号相关联的交换负载分配在所述第二组输出接口上。
5.根据权利要求3所述的光网络节点，其中，所述控制平面用于通过以下方式操控所述第一多个交换结构以负载平衡所述第二多个交换结构上的输入的光信号：
通过所述多个输入转发端口中的一个在所述第一交换级接收第一光信号；
确定所述第一光信号将在所述光网络节点被分出；
至少识别所述第二多个交换结构中的第一交换结构及第二交换结构，其中所述第一交换结构及第二交换结构能够将所述第一光信号从所述第一交换级交换到所述第三交换级以便在所述多个分出端口中的一个上进行转发；以及
当所述第二交换结构具有比所述第一交换结构高的负载时，将所述第一光信号向所述第一交换结构转发。
6.根据权利要求1所述的光网络节点，其中，所述第一多个交换结构包括增强扩展榕树光子交换结构。
7.根据权利要求1所述的光网络节点，其中，所述第二多个交换结构包括混合扩展贝奈斯光子交换结构。
8.根据权利要求7所述的光网络节点，其中，所述第一多个交换结构包括增强扩展榕树EDB交换结构。
9.根据权利要求2所述的光网络节点，其中，所述第三交换级包括混合扩展贝奈斯光子交换结构。
10.根据权利要求2所述的光网络节点，还包括：
多个插入端口，用于接收新的光信号；和
使所述第三交换级与所述多个分出端口互相连接的第四交换级，所述第四交换级包括第四多个交换结构，其中，所述控制平面还用于操作所述第四多个交换结构以负载平衡所述第三多个交换结构上新的光信号。
11.根据权利要求2所述的光网络节点，其中，所述第一多个交换结构、所述第二多个交换结构和所述第三多个交换结构包括包含硅或磷化铟InP的光子集成电路PIC。
12.一种用于在光网络的光节点中实现负载平衡的方法，所述方法包括：
在所述光节点的输入转发端口上接收输入的光信号，其中，所述光节点包括耦合到所述输入转发端口的第一级交换结构、使所述第一级交换结构与所述光节点的输出转发端口互相连接的第二级交换结构、以及使所述第二级交换结构与所述光节点的分出端口互相连接的第三级交换结构；
至少将输入的光信号中的部分分类为分出的光信号，其中，所述分出的光信号被配置为在所述光节点从所述光网络分出；以及
操控所述第一级交换结构中的交换结构以根据所述第二级交换结构中交换结构的拥塞水平负载平衡所述第二级交换结构上的分出的信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述操控所述第一级交换结构中的交换结构以负载平衡所述第二级交换结构上的分出的信号包括：
识别具有高于所述第二级交换结构中第二交换结构的拥塞或负载水平的所述第二级交换结构中的第一交换结构；以及
操控所述第一级交换结构中的交换结构以使分配给所述第二交换结构的分出的光信号多于分配给所述第一交换结构的分出的光信号。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述光节点还包括耦合在所述第二级交换结构和所述输出转发端口之间的第四级交换结构，所述方法还包括：
在所述光节点的插入端口上接收插入的光信号，其中，所述第三级交换结构还耦合在所述插入端口和所述第二级交换结构之间，并且所述插入的光信号被配置为在所述光节点处被引入到所述光网络中；
识别具有高于所述第二级交换结构中第二交换结构的拥塞或负载水平的所述第二级交换结构中的第一交换结构；以及
操控所述第三级交换结构中的交换结构以使分配给所述第二交换结构的插入的光信号多于分配给所述第一交换结构的插入的光信号。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述光节点还包括耦合在所述第二级交换结构和所述输出转发端口之间的第四级交换结构，所述方法还包括：
至少将输入的光信号中的部分分类为转发光信号，其中，所述转发光信号被配置为通过所述光节点；
识别具有高于所述第二级交换结构中第二交换结构的拥塞或负载水平的所述第二级交换结构中的第一交换结构；以及
操控所述第一级交换结构中的交换结构以使分配给所述第二交换结构的转发光信号多于分配给所述第一交换结构的转发光信号。
16.一种用于在光网络的光节点中实现负载平衡的方法，所述方法包括：
在所述光节点的输入转发端口上接收输入的光信号，其中，所述光节点至少包括耦合到所述输入转发端口的第一级交换结构、第二级交换结构、第三级交换结构、以及耦合到所述光节点的输出转发端口的第四级交换结构，其中，所述第二级交换结构使所述第一级交换结构与所述第四级交换结构互相连接；
至少将所述输入的光信号中的部分分类为转发光信号，其中，所述转发光信号被配置为通过所述光节点；以及
操控所述第一级交换结构中的交换结构以根据所述第二级交换结构中交换结构的拥塞水平负载平衡所述第二级交换结构上的所述转发光信号。
17.一种用于在光网络的光节点中实现负载平衡的方法，所述方法包括：
在所述光节点的插入端口上接收插入的光信号，其中，所述光节点至少包括第一级交换结构、第二级交换结构、使所述第二级交换结构与所述光节点的插入端口互相连接的第三级交换结构、以及使所述第二级交换结构与所述光节点的输出转发端口互相连接的第四级交换结构，并且，其中，所述插入的光信号被配置为在所述光节点被引入到所述光网络中；以及
操控所述第三级交换结构中的交换结构以根据所述第二级交换结构中交换结构的拥塞水平负载平衡所述第二级交换结构上的插入的光信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述光节点还包括将所述光节点的输入转发端口耦合到所述第二级交换结构的第一级交换结构，所述方法还包括：
在所述光节点的输入转发端口上接收输入的光信号；
将所述输入的光信号分类为分出的光信号或者转发光信号，其中，所述分出的光信号被配置为在所述光节点从所述光网络分出，并且，其中，所述转发光信号被配置为通过所述光节点；以及
操控所述第一级交换结构中的交换结构以负载平衡所述第二级交换结构上的转发光信号和分出的光信号。
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