CN110582034A - 智能定义光隧道网络系统控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种网络系统控制方法，包含由光隧道排程模块根据路由路径表规划光隧道网络并根据光隧道网络数据的光隧道网络数据传送控制命令，其中光隧道网络包含多个光隧道，所述多个光隧道各自包含路由路径和波长；由设定管理模块根据控制命令输出控制信号至多个光交换机及多个置顶交换机；由频宽使用率监控模块自置顶交换机接收光隧道的多个数据流的数据流统计数据，根据数据流统计数据计算数据流数据流量和光隧道频宽使用率；当光隧道频宽使用率超出预设区间时，传送频宽负载通知；由光隧道排程模块根据频宽负载通知重新规划光隧道网络。

Description

智能定义光隧道网络系统控制器及其控制方法

技术领域

本公开涉及一种边缘数据中心网络系统控制方法，且特别涉及一种应用于边缘数据中心的光隧道网络系统的控制方法。

背景技术

数据中心网络(Data Center Networks，DCNs)被设计用来在云端/边缘数据中心提供可靠以及有效率的网络架构以支援各式各样云端/边缘或企业的应用和服务，例如，云端计算(cloud computing)、边缘运算(edge computing)、数据存储(data storage)、数据挖掘(data mining)或社群网络(social networking)等。

现有使用电交换机作为数据交换的DCNs架构中，传输速率仍受限于电交换机的交换能力。此外，数据的传递过程中大量的光电、电光转换，造成庞大的电能消耗。电交换机本身亦需要作大量的运算来决定封包路由，不仅耗电、增加传输延迟，并提高散热成本。此外，当电交换机的系统架构固定后，便难以升级以支援更多机柜或更高性能服务器，提升系统传输速率时亦需要汰换原有的电交换机而造成布建成本提高。

发明内容

本公开的一实施方式为一种网络系统控制方法，包含由光隧道排程模块根据路由路径表规划光隧道网络并根据光隧道网络数据的光隧道网络数据传送控制命令，其中光隧道网络包含多个光隧道，所述多个光隧道各自包含路由路径和波长；由设定管理模块根据控制命令输出控制信号至多个光交换机及多个置顶交换机；由频宽使用率监控模块自置顶交换机接收光隧道的多个数据流的数据流统计数据，根据数据流统计数据计算数据流数据流量和光隧道频宽使用率；当光隧道频宽使用率超出预设区间时，传送频宽负载通知；由光隧道排程模块根据频宽负载通知重新规划光隧道网络。

本公开的一实施方式为一种网络系统控制器，用以控制多个光交换机以及多个置顶交换机以布建光隧道，网络系统控制器包含共用数据库、拓扑转换模块、光隧道排程模块、设定管理模块和频宽使用率监控模块。拓扑转换模块耦接共用数据库，用以根据拓扑数据计算路由路径表，并将路由路径表存储至共用数据库。光隧道排程模块耦接共用数据库，用以根据路由路径表建置光隧道网络，并根据光隧道网络的光隧道网络数据传送控制命令。设定管理模块耦接光隧道排程模块，用以根据控制命令转换成控制信号并输出至光交换机及置顶交换机。频宽使用率监控模块耦接共用数据库和光隧道排程模块，用以自置顶交换机接收数据流统计数据，根据数据流统计数据计算数据流数据流量和光隧道频宽使用率，并根据光隧道频宽使用率传送光隧道频宽负载通知至光隧道排程模块，光隧道排程模块还用以根据光隧道频宽使用率和光隧道网络数据重新规划光隧道网络。

附图说明

图1为根据本公开部分实施例所示出的智能定义光隧道网络系统的示意图。

图2为根据本公开部分实施例所示出的光塞取子系统的示意图。

图3A为同一个群组P1中各个光塞取子系统中的传输模块与传输模块的连接关系示意图。

图3B和图3C分别为合光器引起的冲突示意图以及解多工器引起的冲突示意图。

图3D为根据本公开内容部分实施例所示出的群组内(intra-Pod)光隧道及光信号流向的示意图。

图4为根据本公开内容部分实施例中所示出的光交换连结子系统的示意图。

图5为根据本公开内容部分实施例所示出的光路交换子模块的内部设计示意图。

图6为根据本公开内容部分实施例示出的互连线路模块及故障转移子模块(failover module)的示意图。

图7A为根据本公开内容部分实施例所示出的第二层网络中的光交换连结子系统间的互连网络示意图。

图7B为图7A的局部放大示意图。

图8A为根据本公开内容部分实施例所示出的保护线路操作示意图。

图8B为轮询机制中微控制器410的判断方法的流程图。

图8C、图8D为根据本公开内容部分实施例所示出的微控制器执行中断机制的操作示意图。

图9为根据本公开内容部分实施例所示出的群组间(inter-Pod)光隧道路径的示意图。

图10A和图10B分别为光交换连结子系统中光路交换子模块的设置示意图。

图11A是根据本公开内容部分实施例所示出的第一层网络的群组的保护路径设计示意图。

图11B是根据本公开内容部分实施例所示出的第一层网络T1的群组的保护路径设计示意图。

图12是根据本公开内容部分实施例所示出的第一层网络与第二层网络之间的保护路径设计示意图。

图13为根据本公开部分实施例所示出的智能定义光隧道网络系统的示意图。

图14为根据本公开部分实施例所示出的软件定义网络控制器的功能方框示意图。

图15A和图15B为根据本公开部分实施例所示出的软件定义网络控制器的细节功能方框示意图。

图16为根据本公开部分实施例所示出预先分配子模块所建立的光隧道网络中任一个光塞取子系统与其他光塞取子系统之间的光隧道的示意图。

图17为根据本公开部分实施例所示出的预先分配子模块所建立的光隧道网络中其中一个特定光塞取子系统与其他光塞取子系统之间的光隧道的示意图。

图18为根据本公开部分实施例所示出的预先分配子模块建立光隧道网络的演算法示意图。

图19为根据本公开部分实施例所示出的预先分配子模块的运行流程示意图。

图20A、图20B为根据本公开部分实施例所示出的光隧道分流的示意图。

图21为根据本公开部分实施例所示出的处理高负载隧道的流程示意图。

图22A、图22B为根据本公开部分实施例所示出的光隧道合并的示意图。

图23为根据本公开部分实施例所示出的处理低负载隧道的流程示意图。

图24为根据本公开部分实施例所示出的光隧道分配演算法示意图。

图25为根据本公开部分实施例所示出的软件定义网络控制器的细节功能方框示意图。

图26为根据本公开部分实施例所示出的光隧道中继的示意图。

图27为根据本公开部分实施例所示出的软件定义网络控制器的细节功能方框示意图。

图28为根据本公开部分实施例所示出的计算光隧道数据流量的示意图。

图29为根据本公开部分实施例所示出的群组内路由路径函数的演算法示意图。

图30为根据本公开部分实施例所示出的建立群组内光隧道的示意图。

图31为根据本公开部分实施例所示出的群组间路由路径函数的演算法示意图。

图32为根据本公开部分实施例所示出的建立群组间光隧道的示意图。

附图标记说明：

100 智能定义光隧道网络系统

200、200a～200e、OADS、OADS(x)、OADS(x+1)、OADS(x+2)、OADS(x+3)、OADS(x+4)、OADS(x+5)、OADS(x+10)、OADS(x+15)、OADS(x+20)、OADS1～OADS5、OADS6、OADS11、OADS16、OADS21、OADS_1、OADS_2、OADS_3、OADS_4、OADS_5、OADS(SP，SR)、OADS(DP，DR)、OADS_Sender、OADS_Rcver 光塞取子系统

210、210a～210e 第一传输模块

220、220a～220e 第二传输模块

211 第一纵向埠

221 第二纵向埠

212、222、BMUX1、BMUX2 多工器

214、224 交换子模块

216、226 解多工器

400a～400e、OSIS、OSIS(SP)、OSIS(DP)、OSIS_EW、OSIS_South 光交换连结子系统

410 微控制器

420 接收子模块

440 输出子模块

460 光路交换子模块

480 互联线路模块

SP11、SP12、SP21、SP22、SPLT1、SPLT2 分光器

481～486 互连分光器

462a～462f 输入分光器

464 波长选择交换器阵列

466a～466d 输出合光器

468a～468d、EDFA1、EDFA2 光信号放大器

490 故障转移子模块

491、493、495、497 分光检测器

492、494、496、498 光交换器

500 软件定义网络控制器

520 光隧道排程模块

522 预先分配子模块

524 动态分配子模块

540 设定管理模块

542 光节点设定子模块

544 置顶交换机设定子模块

560 频宽使用率监控模块

562 统计处理器

564 波长使用处理器

580 拓扑转换模块

590 共用数据库

800 判断方法

S810～S840、S841～S845 步骤

900a～900g 机架

P1～P5 群组

T1、T2 网络

TOR、TORa、TORb、TORc、ToR_1、ToR_2、ToR_3、ToR_4、ToR_5 置顶交换器

R2 环形网格结构

Ring1 第一传输环

Ring2 第二传输环

FW 系统固件(韧体)

WSS11 第一波长选择交换器

WSS12 第二波长选择交换器

WSS21 第三波长选择交换器

WSS22 第四波长选择交换器

464a～464n 波长选择交换器

NLW0～NLW2、NLE0～NLE2、PLW0～PLW2、PLE0～PLE2 线路

RT1、RT2、RTa、RTb、RTc、RP1、RP2、RP3、RP4、RP5、RP6、RP7、RP8、RP9 路径

In1、In2 上传端

E1～E6、W7～W12 输出端

E7～E12、W1～W6 输入端

ITR1～ITR4 中断引脚

TS1、TS2 触发信号

NS1、NS2 异常通知信号

SS 选择信号

CS、CS_WSS、CS_ToR 控制信号

λ1～λ40、b1、b2、r3、r4、b5、b6、r7、r8 波长

UL1～UL8 第一上传光信号

UL9～UL16 第二上传光信号

DL1～DL16 下载光信号

Sig11 第一合成光信号

Sig21 第二合成光信号

Sig12、Sig22、SigU1、SigU2 合成光信号

SigD1、SigD2、SigE0～SigE2 合成光信号

SigW0～SigW2 合成光信号

TSh1 第一横向传送光信号

TSh2 第二横向传送光信号

TSh3 第三横向传送光信号

TSh3d 第四横向传送光信号

TSh5 第五横向传送光信号

TSh6 第六横向传送光信号

TSh7 第七横向传送光信号

TSh7d 第八横向传送光信号

TSh1’ 放大后的第一横向传送光信号

TSh5’ 放大后的第五横向传送光信号

TSd1 第一下行传送光信号

TSd2 第二下行传送光信号

TSd2a～TSd2e 第二下行传送光信号

TSd3 第三下行传送光信号

TSd4 第四下行传送光信号

TSd4a～TSd4e 第四下行传送光信号

TSu1 第一上行传送光信号

TSu1a～TSu1e 第一上行传送光信号

TSu2 第二上行传送光信号

TSu3 第三上行传送光信号

TSu3a～TSu3e 第三上行传送光信号

TSu4 第四上行传送光信号

SigA、SigB、SigC 光信号

H1E、H2E 第一横向传输信号

H1W、H2W 第二横向传输信号

E1D1、E2D1、W1D1、W2D1 第一下行传输信号

E1D2、E2D2、W1D2、W2D2 第二下行传输信号

U1D2、U2D1 第三下行传输信号

T_Rout 路由路径表

W_tun、W_stat、W_use 写入指令

R_tun、R_stat 读取指令

DATA_stat 数据流统计数据

CC、CC_opt、CC_ToR 控制命令

Request 请求信息

Reply 回复信息

Alarm 频宽负载通知

Trigger 触发信息

S19、S21、S23 流程

具体实施方式

下文是举实施例配合说明书附图作详细说明，以更好地理解本公开的实施方式，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等技术效果的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，附图仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。

在全篇说明书与权利要求所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本公开的描述上额外的引导。

此外，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指“包含但不限于”。此外，本文中所使用的“及/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。

于本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”、“以光纤连接”或“耦接”。“连接”或“耦接”亦可用以表示两个或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、……等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。本公开文件中，有提到1x1、1x2、1x3、2x1、2x2、5x1、6x4及NxM等文字描述分别形容1进1出、1进2出、1进3出、2进1出、2进2出、5进1出、6进4出及N进M出的输入端数量与输出端数量。

请参考图1。图1为根据本公开部分实施例所示出的智能定义光隧道网络系统100的示意图。在部分实施例中，智能定义光隧道网络系统100为可应用于边缘数据中心(EdgeData Center)内的智能定义光隧道网络系统(Intelligence-defined Optical TunnelNetwork System，OPTUNS)，用以取代现存数据中心复杂、多层、且用电交换的网络系统。

如图1所示，在部分实施例中，智能定义光隧道网络系统100包含第一层网络T1以及第二层网络T2。第一层网络T1以及第二层网络T2之间可由单模光纤互相连结。于部分实施例中，第一层网络T1以及第二层网络T2分别为光交换网络。

如图1所示，在部分实施例中，第一层网络T1包含多个群组，如图中所示出的群组P1～P4，于此实施例中，群组P1～P4分别是光节点群组。为方便理解并简化说明，第一层网络T1中的部分群组未示出于图1中。

第一层网络T1中的群组P1～P4任一者包含多个光塞取子系统(Optical Add-DropSubsystem,OADS)200a～200e作为光节点。光塞取子系统200a～200e分别用以通过多个置顶(Top of Rack,ToR)交换器ToRa、ToRb与相应的多个机架900a、900b中的服务器进行数据传输。如图1所示，在部分实施例中，每一群组P1～P4分别包含五个光塞取子系统。为便于说明起见，于示意图中仅示出两组置顶交换器ToRa、ToRb与机架900a、900b。

在实作上，其余光塞取子系统亦通过相应的置顶交换器与其对应的服务器连接以进行数据传输。此外，每一群组P1～P4所包含的光塞取子系统的数量亦可依据实际需求调整，图1仅为示例之用，并非用以限制本公开。

以光塞取子系统200a为例，群组P1中的光塞取子系统任一者包含第一传输模块210与第二传输模块220。第一传输模块210配置以第一频带以进行数据传输。第二传输模块220配置以相异于第一频带的第二频带以进行数据传输。于部分实施例中，第一传输模块210与第二传输模块220分别为光传输模块，第一频带为特定波长范围内的一波长频带，第二频带为另一特定波长范围内的另一波长频带。如图1所示，在同一群组P1中，光塞取子系统任一者(如：光塞取子系统200a)中的第一传输模块210与相邻的光塞取子系统(如：光塞取子系统200b)中的第一传输模块210彼此连接，以形成第一传输环。相似地，光塞取子系统任一者(如：光塞取子系统200a)中的第二传输模块220与相邻的光塞取子系统(如：光塞取子系统200b)中的第二传输模块220彼此连接，以形成第二传输环。于部分实施例中，上述第一传输环中的第一传输模块210彼此可通过光纤连接，上述第二传输环中的第二传输模块220彼此可通过光纤连接。

值得注意的是，在部分实施例中，在同一群组P1的各个光塞取子系统200a～200e中的第一传输模块210配置的第一频带彼此相异，各个光塞取子系统200a～200e中的第二传输模块220配置的第二频带亦彼此相异。关于光塞取子系统200a～200e的细节模块、频带配置及具体操作将于后续段落中搭配对应附图进行说明。

如图1所示，在部分实施例中，第二层网络T2包含多个光交换连结子系统(OpticalSwitch Interconnect Subsystem,OSIS)400a～400e作为光节点。在结构上，光交换连结子系统400a～400e的任意二者之间通过相应的第一线路传输相应的横向传送光信号，以实现各个光交换连结子系统400a～400e之间的通信。换言之，光交换连结子系统400a～400e彼此间以类似网状网络(Mesh Network)的结构以光纤互连，使得任一对光交换连结子系统400a～400e之间的光纤网络与任一另一对光交换连结子系统400a～400e之间的光纤网络是相互独立运行的。在部分实施例中，光交换连结子系统400a～400e之间的光纤网络可由带状光纤(Ribbon Fiber)实现。因此，光交换连结子系统400a～400e之间的连结在外观看起来也为一个环形网格结构R2。

光交换连结子系统400a～400e分别用以接收来自第一层网络T1中的光塞取子系统(Optical Add-Drop Subsystem,OADS)的光信号，并进行路由交换以及光波长交换后下传到第一层网络T1中的另一个光塞取子系统。

软件定义网络控制器(Software-Defined Networking Controller，SDN控制器)500用以输出相应的控制信号至各个置顶交换器ToRa、ToRb、光塞取子系统200a～200e、光交换连结子系统400a～400e以建立光隧道网络并对光隧道进行调度。如此一来，各个服务器之间便可利用光信号，通过第一层网络T1和第二层网络T2中的光纤网络实现系统中的数据传输。

值得注意的是，图1中所示出的光交换连结子系统与光塞取子系统的数量仅为示例，并非用以限制本公开。在不同实施例中，智能定义光隧道网络系统100中光交换连结子系统400a～400e与光塞取子系统200a～200e的个数皆可根据实际需求渐进式的增加及/或减少，并维持网络系统100的正常运行。因此，智能定义光隧道网络系统100具备高度的布建弹性。

如此一来，在智能定义光隧道网络系统100中，通过选择特定的光交换连结子系统400a～400e与光塞取子系统200a～200e及光信号的波长组合，便可建立机柜至机柜间数据交换的光隧道(即：光路径加光波长组合)，以实现数据传输的超低延迟。

此外，于一些实施例中，智能定义光隧道网络系统100中可运用密度分波多工光(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)技术，利用密度分波多工光收发模块(DWDM transceiver)使多种光波长可以同时在智能定义光隧道网络系统100中传输数据，但本公开文件中智能定义光隧道网络系统100并不以密度分波多工光技术为限，智能定义光隧道网络系统100亦可采用其他波长分波多工(Wavelength Division Multiplexing，WDM)或是其他具相等性的多工光传输技术。借此，智能定义光隧道网络系统100便可实现低延迟、高频宽、低能耗，相较于现有传统数据中心内所采用的电交换网络系统，具有更好的效能表现。

为便于说明起见，以下段落中将分别针对第一层网络T1中的光塞取子系统200a～200e及其网络架构设计、第二层网络T2中的光交换连结子系统400a～400e及其网络架构设计、第一层网络T1与第二层网络T2之间的互连架构设计、第一层网络T1的保护路径设计，以及第二层网络T2的保护路径设计依序搭配相关附图进行说明。

请参考图2。图2为根据本公开部分实施例所示出的光塞取子系统200的示意图。光塞取子系统200为建构第一层网络T1的机柜间数据传输光隧道的核心交换节点。如图2所示，光塞取子系统200包含两个或多个彼此独立的传输模块，如第一传输模块210及第二传输模块220。第一传输模块210及第二传输模块220之间依序使用不同的波长频带(wavelength band)。在部分实施例中，第一传输模块210及第二传输模块220所使用的波长频带彼此相邻。具体来说，波长频带为是特定的多个依照其频率(即：频率＝光速/波长)由小到大排列的波长组合。

如图2所示，第一及第二传输模块210、220分别包含多工器212、222作为输入子模块，此外，第一及第二传输模块210、220分别包含交换子模块214、224以及解多工器216、226作为输出子模块。具体来说，第一传输模块210中的交换子模块214包含第一分光器SP11、第二分光器SP12、光信号放大器EFDA1、第一波长选择交换器WSS11以及第二波长选择交换器WSS12。相似地，第二传输模块220的交换子模块224亦包含第三分光器SP21、第四分光器SP22、光信号放大器EFDA2、第三波长选择交换器WSS21以及第四波长选择交换器WSS22。第二传输模块220的多工器222(其功能与操作可以参照后续实施例中第一传输模块210的多工器212)连接所述多个置顶交换器TOR中相应的一者用以通过多个加入埠自置顶交换器TOR接收多个第二上传光信号(UL9～UL16)，并将所述多个第二上传光信号(UL9～UL16)合并为一第二合成光信号Sig21。第三分光器SP21(其功能与操作可以参照后续实施例中交换子模块214的第一分光器SP11)设置于第二传输环Ring2上用以接收并复制该第二合成光信号Sig21为第五横向传送光信号TSh5与第三上行传送光信号TSu3，并通过第二传输环Ring2传送第五横向传送光信号TSh5，并通过一第二纵向埠221传送该第三上行传送光信号TSu3至相同群组中的另一光塞取子系统的第二传输模块220。光信号放大器EFDA2(其功能与操作后续实施例中可以参照交换子模块214的光信号放大器EFDA1)设置于第二传输环Ring2上并耦接第三分光器SP21，用以放大第五横向传送光信号TSh5并将放大后的第五横向传送光信号TSh5’输出至相同群组中的另一光塞取子系统的第二传输模块220。第四分光器SP22(其功能与操作可以参照后续实施例中交换子模块214的第二分光器SP12)设置于第二传输环Ring2上，用以接收并复制自相同群组中的另一光塞取子系统的该第二传输模块220的该第五横向传送光信号TSh5’为第三下行传送光信号TSd3与第六横向传送光信号TSh6，并通过该第二传输环Ring2传送该第六横向传送光信号TSh6。第三波长选择交换器WSS21(其功能与操作可以参照后续实施例中交换子模块214的第一波长选择交换器WSS11)耦接第二传输环Ring2，用以自第四分光器SP22接收该第三下行传送光信号TSd3或自该光交换连结子系统400e接收一第四下行传送光信号TSd4，并选择性地输出该第三下行传送光信号TSd3或第四下行传送光信号TSd4。第四波长选择交换器WSS22(其功能与操作可以参照后续实施例中交换子模块214的第二波长选择交换器WSS12)设置于该第二传输环Ring2上，用以接收第六横向传送光信号TSh6并输出第七横向传送光信号TSh7至该第三分光器SP21。第三分光器SP21还用以接收并复制第七横向传送光信号TSh7为第八横向传送光信号TSh7d与第四上行传送光信号TSu4，并通过第二传输环Ring2传送第八横向传送光信号TSh7d，并通过第二纵向埠221传送第四上行传送光信号TSu4至光交换连结子系统400e。当第一传输环Ring1上光塞取子系统200a至光塞取子系统200b的光路径发生断线时，软件定义网络控制器500相应设置置顶交换器ToR与第二传输模块220中第三波长选择交换器WSS21以及第四波长选择交换器WSS22以建立第二传输环Ring2上光塞取子系统200a至光塞取子系统200b的光隧道。

多工器212作为第一传输模块210的输入子模块。相似地，多工器222作为第二传输模块220的输入子模块。在结构上，多工器212、222分别连接于置顶交换器中相应于光塞取子系统200的一者(即：置顶交换器ToR)，多工器212、222具有多个加入埠(add-port)用以由置顶交换器ToR接收多个第一上传光信号UL1～UL8、第二上传光信号UL9～UL16，并将第一上传光信号UL1～UL8、第二上传光信号UL9～UL16合并为第一合成光信号Sig11及第二合成光信号Sig21。

具体来说，多工器212、222的各个加入埠(add-port)以光纤连结至机柜中置顶交换器ToR出入埠上对应其波长频带的不同光波密度分波多工光收发模块(DWDMtransceiver)的传送端。在部分实施例中，多工器212、222中的每一个加入埠所能接收的波长信号是固定的，一个加入埠接收一种波长信号。

如图2所示，第一上传光信号UL1～UL8分别具有第一频带中的多个波长λ1～λ8。相似地，第二上传光信号UL9～UL16分别具有第二频带中的多个波长λ9～λ16。借此，多工器212、222便可自置顶交换器ToR接收第一传输模块210及第二传输模块220所配置的波长频带(即：波长λ1～λ8与波长λ9～λ16)的光信号，并将不同的光波长信号整合至一条光纤中，以第一合成光信号Sig11及第二合成光信号Sig21进行传输。

第一传输模块210的交换子模块214包含第一分光器SP11、光信号放大器EDFA1、第二分光器SP12、第一波长选择交换器(Wavelength Selective Switch，WSS)WSS11以及第二波长选择交换器WSS12。相似地，第二传输模块220的交换子模块224亦包含第三分光器SP21、光信号放大器EDFA2、第四分光器SP22、第三波长选择交换器WSS21以及第四波长选择交换器WSS22。

交换子模块214、224主要的功能是让从输入子模块(即：多工器212、222)传输上来的第一合成光信号Sig11及第二合成光信号Sig21继续上传到第二层网络中的光交换连结子系统400a、400e或者往东向或西向传输到同一个群组中的其它光塞取子系统200，并从光交换连结子系统400a、400e或同一个群组中的其它光塞取子系统200传过来的光信号交换至接收子模块216、226。例如，图1中群组P1中的光塞取子系统200a的交换子模块214、224可以传送到同为群组P1中当中其他四个光塞取子系统200。此外，图1中群组P2中的光塞取子系统则可以传送/接收到同为群组P2中当中其他四个光塞取子系统的光信号，同理可知，图1中任一群组当中光塞取子系统则可以传送/接收到相同群组当中其它四个光塞取子系统的光信号。

为便于说明起见，以下段落中将以第一传输模块210为例对各个元件操作进行说明。第二传输模块220的内部元件、操作与第一传输模块210相似，故于此不再赘述。

如图2所示，在结构上，第一分光器SP11设置于第一传输环Ring1上，用以接收并复制第一合成光信号Sig11为第一横向传送光信号TSh1与第一上行传送光信号TSu1，并通过第一传输环Ring1传送第一横向传送光信号TSh1，并通过第一纵向埠211传送第一上行传送光信号TSu1至光交换连结子系统400a。

在部分实施例中，光信号放大器EDFA1可由掺铒光纤放大器(Erbium doped fiberamplifier，EDFA)实现。光信号放大器EDFA1设置于第一传输环Ring1上并耦接第一分光器SP11，用以放大第一横向传送光信号TSh1并将放大后的第一横向传送光信号TSh1’输出至同一个群组中的其它光塞取子系统200的第一传输模块210。借此，于图2所示的实施例中，光信号放大器EDFA1便可放大往西向传输的光信号功率，确保其有足够的功率可以传输至目的地，但本公开文件并不以往西的传输方向为限，实际应用中传输方向可以依照网络配置调整。

如图2所示，在结构上，第二分光器SP12设置于第一传输环上Ring1，用以接收并将来自同一个光节点群组中的其它光塞取子系统200的第一传输模块210的第一横向传送光信号TSh1’复制为第一下行传送光信号TSd1与第二横向传送光信号TSh2，并通过第一传输环Ring1传送第二横向传送光信号TSh2。

第一波长选择交换器WSS11，耦接第一传输环Ring1，用以自第二分光器SP12接收第一下行传送光信号TSd1或自光交换连结子系统400a接收第二下行传送光信号TSd2，并选择性地输出第一下行传送光信号TSd1或第二下行传送光信号TSd2作为合成光信号Sig12至解多工器216。

具体来说，第一波长选择交换器WSS11为一个2x1(2进1出)的波长选择交换器，用以选择特定光波长信号通过以输出相应的光信号至解多工器216。在部分实施例中，此2x1的波长选择交换器可包含两个1x1的波长选择交换器加上一个2x1的合光器(Combiner)来实现，并通过合光器将两道经由两个1x1(1进1出)的波长选择交换器所筛选过的光信号做整合，并将整合后的合成光信号Sig12输出至接收子模块的解多工器216。

第二波长选择交换器WSS12设置于第一传输环Ring1上，用以自第二分光器SP12接收第二横向传送光信号TSh2并输出第三横向传送光信号TSh3至第一分光器SP11。第一分光器SP11还用以接收并复制第三横向传送光信号TSh3为第四横向传送光信号TSh3d与第二上行传送光信号TSu2，并通过第一传输环Ring1传送第四横向传送光信号TSh3d，并通过第一纵向埠211传送第二上行传送光信号TSu2至光交换连结子系统400a。

换言之，第一分光器SP11为2x2(2进2出)的分光器，包含两个输入端(Input Port)与两个输出端(Output Port)，其中一个输入端用以接收第一合成光信号Sig11，第一分光器SP11用以将接收的第一合成光信号Sig11复制至两个输出端，另一个输入端用以接收第三横向传送光信号TSh3，第一分光器SP11用以将第三横向传送光信号TSh3复制至两个输出端。第一分光器SP11的一个输出端用以输出第一横向传送光信号TSh1或者第四横向传送光信号TSh3d，另一个输出端用以输出第一上行传送光信号TSu1或者第二上行传送光信号TSu2。第二分光器SP12为1x2(1进2出)的分光器，将接收自同一个光节点群组中的其它光塞取子系统200的第一传输模块210的第一横向传送光信号TSh1’复制并分光成两道。于图2所示的实施例中，其中一道作为第二横向传送光信号TSh2往西边继续传输至同一个群组P1的其它光塞取子系统，而另一道则作为第一下行传送光信号TSd1往下传输至光接收子模块(即：解多工器216)，但本公开文件并不以往西的传输方向为限，实际应用中传输方向可以依照网络配置调整。

第二横向传送光信号TSh2会经过1x1的第二波长选择交换器WSS12，由第二波长选择交换器WSS12选择第二横向传送光信号TSh2的特定光波长信号通过作为第三横向传送光信号TSh3，再经由前述的第一分光器SP11进行复制分光，于图2所示的实施例中，其中一道光信号作为第四横向传送光信号TSh3d继续往西边传输至同一个光节点群组中的其他光塞取子系统，另一道光信号作为第二上行传送光信号TSu2输出至相应的光交换连结子系统400a，但本公开文件并不以往西的传输方向为限，实际应用中传输方向可以依照网络配置调整。

请一并参考图3A。图3A为同一个群组P1中各个光塞取子系统200a～200e中的第一传输模块210与第二传输模块220的连接关系示意图。

值得注意的是，如图3A所示，在部分实施例中，各个光塞取子系统200a～200e中的第一传输模块210与第二传输模块220分别通过第一传输环Ring1、第二传输环Ring2传递横向传送光信号TSh1～TSh3及TSh3d。于第一传输环Ring1以及第二传输环Ring2的光传递方向彼此相反。举例来说，各个第一传输模块210以第一传输环Ring1往西向(即：顺时针方向)传递信号，各个第二传输模块220以第二传输环Ring2往东向(即：逆时针方向)传递信号，但本公开内容不以此为限。在其他实施例中，第一传输环Ring1、第二传输环Ring2亦可以相同的光传递方向传递横向传送光信号TSh1～TSh3及TSh3d。

此外，如图3A所示，光塞取子系统200a～200e中的第一传输模块210分别通过多个相应的第一纵向埠(如图中实线箭头处所示)耦接至光交换连结子系统400a，光塞取子系统200a～200e中的第二传输模块220分别通过多个相应的第二纵向埠(如图中虚线箭头处所示)耦接至相邻于光交换连结子系统400a的光交换连结子系统400e。

请再次回到图2。如图2中所示，解多工器216、226作为光塞取子系统200的输出子模块。在结构上，解多工器216、226分别耦接第一波长选择交换器WSS11、WSS21，并连接至置顶交换器中相应的一者(如：置顶交换器ToR)，用以接收并解多工第一下行传送光信号TSd1或第二下行传送光信号TSd2为多个下载光信号DL1～DL8、DL9～DL16，并将下载光信号DL1～DL8、DL9～DL16传送至置顶交换器ToR。

具体来说，解多工器216、226各自包含周期性解多工器(cyclic DEMUX)，用以接收来自波长选择交换器WSS11及WSS21传来的包含各波长的合成光信号Sig12及Sig22，并选择性地过滤特定波长频带的光信号通过并进入对应的取下埠(drop-port)。举例来说，假设智能定义光隧道网络系统共使用40种波长，其频率由小到大排列为λ1～λ40)，而每个波长频带各有8个波长，每个独立的第一传输模块210、第二传输模块220各有8个取下埠。则一个具有8个通道(Channel)的周期性解多工器会将进入的最多40个波长按照周期顺序排列，并且由波长选择交换器WSS11及WSS21挑选波长信号进入解多工器216及226，波长选择交换器WSS11及WSS21挑选后的8个波长信号各自进入第一传输模块210的解多工器216(或者第二传输模块220的解多工器226)相应的8个取下埠，其中每个取下埠在同一次选择中仅会有一个对应的波长信号进入。举例来说，在一例中，周期性解多工器的波长配置如以下表一所示。

(表一：周期性解多工器的波长配置)

如表一所示，在本例中，各个波长频带中的第一个波长(λ1、λ9、λ17、λ25、λ33)进入第1个取下埠，第二个波长(λ2、λ10、λ18、λ26、λ34)进入第2个取下埠，依此类推。而每个取下埠会以光纤连结至置顶交换机出入埠上对应其模块频带波长的DWDM光收发模块的接收端。举例来说，第1个取下埠会连接至置顶交换机出入埠上频带中第1个波长λ1的DWDM光收发模块的接收端。如此一来，解多工器216、226的各个取下埠便可接收多个波长循环编号的光信号。

值得注意的是，若有相同波长的光信号同时经由第一及第二传输模块210、220的相同的光纤进行传输时，便可能会产生信号干扰而发生冲突(conflict)。请一并参考图3B和图3C。图3B和图3C分别为合光器引起的冲突示意图以及解多工器引起的冲突示意图。如图3B中所示，当第一波长选择交换器WSS11自第二分光器SP12接收的第一下行传送光信号TSd1，并自光交换连结子系统400a接收的第二下行传送光信号TSd2中包含相同波长(如：λ1)的光信号时，若2x1的第一波长选择交换器WSS11中的两个1x1波长选择交换器都选择λ1通过，则会经由2x1合光器同时将两个波长为λ1的光信号整合至一条光纤中输出至解多工器216而发生冲突。

如图3C中所示，第二种冲突是经由解多工器216所引起的冲突。由于周期性解多工器的设计，每个取下埠可以接收5种按照波长循环顺序排列(如前述表一所示)的波长。假设第一波长选择交换器WSS11自第二分光器SP12接收的第一下行传送光信号TSd1，并自光交换连结子系统400a接收的第二下行传送光信号TSd2，并选择分别让第一下行传送光信号TSd1中波长为λ1的光信号与第二下行传送光信号TSd2中波长为λ9的光信号通过，虽然两个不同波长的光可以成功整合至一条光纤做为合成光信号Sig12并传输至解多工器216，但是接下来经由解多工器216后，波长λ1与波长λ9的光信号会被导入相同的取下埠(如：第1个取下埠)。最后，波长λ1与波长λ9的光信号会到达同一个DWDM光收发模块的接收端。由于同一个DWDM光收发模块的接收端一次只能接收一个波长信号，否则会发生干扰。此时便会产生冲突。因此，在部分实施例中，由于解多工器216的接收设计，即使两条光隧道使用不同波长λ1、λ9也可能会造成冲突。因此，需通过软件定义网络控制器(Software-DefinedNetworking Controller，SDN Controller)500进行光隧道网络的排程控制，以避免冲突的条件发生，并让光隧道网络的使用率达到最佳化。

以上为针对光塞取子系统200的内部模块及操作的说明。接着，以下段落中将针对光塞取子系统200a～200e彼此互连以形成群组P1的网络架构设计进行说明。请再次参考图3A。如图3A所示，光塞取子系统200a～200e以光纤串连会形成一个群组(Pod)P1。如前所述，一个群组中可串联的光塞取子系统200a～200e的数目取决于每个独立的第一传输模块210、第二传输模块220所配置的波长数以及智能定义光隧道网络系统100所支援的总波长种类数。每个光塞取子系统200a～200e中的第一传输模块210、第二传输模块220会和相邻的光塞取子系统200a～200e中相对应的第一传输模块210、第二传输模块220串连，构成一个环状(Ring)网络。因此，一个群组会包含多个独立的环状网络。属于相同传输环(如：第一传输环Ring1)上的各个传输模块(如：第一传输模块210)所用的频带波长彼此不可重复，且按照其波长频率由小到大往逆时针方向排列。此外，由于传输环之间彼此独立，因此不同环上可重复使用相同的波长。换言之，在部分实施例中，第一传输环Ring1、第二传输环Ring2上所使用的波长种类及数目皆相同。

以图3A的群组P1架构为例，两条光纤分别串连每个光塞取子系统200a～200e中对应的第一传输模块210、第二传输模块220，形成2个独立的第一传输环Ring1与第二传输环Ring2。其中第一传输环Ring1往西(即：顺时针方向)传递光信号，第二传输环Ring2往东(即：逆时针方向)传递光信号。在第一传输环Ring1中的第一个光塞取子系统200a的第一传输模块210使用包含波长λ1-λ8的频带，而东边的下一个的光塞取子系统200e中的第一传输模块210则使用λ9-λ16，东边的再下一个的光塞取子系统200d中的第一传输模块210则使用λ17-λ24，依此类推。

特别注意的是，第二传输环Ring2中的每个第二传输模块220所使用的波长频带会和第一传输模块210错开且相邻，例如第一个光塞取子系统200a中的第二传输模块220用λ9-λ16(与光塞取子系统200a的第一传输模块210使用包含波长λ1-λ8的频带错开且相邻)，东边的下一个光塞取子系统200e的第二传输模块220使用λ17-λ24(与光塞取子系统200e的第一传输模块210使用包含波长λ9-λ16的频带错开且相邻)，东边的再下一个光塞取子系统200d的第二传输模块220使用λ25-λ32，依此类推。换言之，同一群组P1中，光塞取子系统200a中的第一传输模块210配置的第一频带与光塞取子系统200b中的第二传输模块220配置的第二频带包含相同的波长组合。

如此的配置，使得每一个光塞取子系统200a～200e可支援16个波长频宽。一个群组P1所能串连的最多光塞取子系统200数目取决于系统使用的波长种类。以图1的架构为例，假设智能定义光隧道网络系统100总共支援40种波长，则在一个独立环上可串连5个不同波长频带的独立模块，相当于在一个群组P1中可串连5个光塞取子系统200a～200e(如图3A所示)。

此外，在各个传输环Ring1、Ring2中使用的传输波长种类及数目皆相同，所以在第一传输环Ring1内使用了40种波长(λ1～λ40)，而第二传输环Ring2也同样使用了λ1～λ40。在此环状设计架构下，一个光塞取子系统200a～200e可以同时往东或西边传输及接收同一个群组P1的其它光塞取子系统的光信号。

另外，在群组环状网络架构中包含两个设计特点，分别为渐进式(incremental)架构设计与波长可重复利用(wavelength reuse)特性，其具体内容将于以下段落中分别进行详细说明。

渐进式架构设计的其精神表现在两种布建方式，第一种是在一个群组中可依照所需机柜数目来逐步增添并串接所需的光塞取子系统200a～200e的节点。第二种是在一个群组P1中可逐步增加独立传输环Ring1、Ring2的数目。

举例来说，由于光塞取子系统采取模块化设计，且第一层网络T1的各个群组采取环状设计架构，使得在一个群组中可以有弹性的串接不同数目的光塞取子系统200a～200e。换言之，随着需求提高，可以在一个群组中可依照所需机柜数目来逐步增添并串接所需的光塞取子系统200a～200e。例如，在所需机柜数目较少(如：三个机柜)时，群组P1中可仅包含三个光塞取子系统200a～200c以环状串联。当所需机柜数目增加(如：五个机柜)时，群组P1中可扩充为包含五个光塞取子系统200a～200e以环状串联。

此外，亦可在同一群组内增添独立传输环Ring1、Ring2的数量。举例来说，当机柜中的服务器数量增加或频宽升级时，代表整个机柜所产生的网络流量也相对上升。此时可由两种方法解决。第一种方法是当光塞取子系统200a～200e所使用的波长数目不变时，基于智能定义光隧道网络系统具备传输率通透(data rate transparency)的特性，可以更换更高速的DWDM光收发模块以支持服务器数量增加或频宽升级所产生的网络流量。例如，每个波长的传输速度可由10Gbit/s升级至100Gbit/s，以增加系统传输率的弹性应用，并节省大量的硬件设备升级成本。

第二种方法是当波长传输速率不变时，可逐步增加光塞取子系统200中传输模块的数量，以增加机柜可选择使用的波长数量。由于传输模块彼此独立，相当于在一个群组中逐步增加传输环的数量，以支持机柜内服务器数量增加或频宽升级所产生的网络流量。同一个群组中可形成的独立传输环数量取决于独立传输模块使用的波长数目以及系统所使用的波长种类。举例来说，当智能定义光隧道网络系统100使用40种波长时，一个光塞取子系统200最多可包含5个不同波长频带的独立模块，分别使用λ1-λ8、λ9-λ16、λ17-λ24、λ25-λ32以及λ33-λ40的频带。相应的，一个群组最多可形成5个传输环。

换言之，在部分实施例中，光塞取子系统200任一者可包含N个彼此独立的传输模块，使得同一群组中的光塞取子系统200通过相应的N个传输环彼此连接。一个光塞取子系统200当中的N个传输模块通过相应的光路径耦接于第二层网络T2中其中两个相邻的光交换连结子系统，一个光塞取子系统200当中的N个传输模块其中一者会通过相应的光路径耦接于第一层网络T1中同一光节点群组内的两个相邻的光塞取子系统中对应的传输模块，其中N为大于或等于二的正整数。

综合上述，第一层网络T1中的群组渐进式架构设计的两种布建方式，只需通过光纤串接所需光塞取子系统200节点中对应的独立传输模块即可形成环状网络架构，因此可大幅降低系统架构升级的布线复杂度。

此外，如先前段落中所述，第一层网络T1中可重复利用相同的波长组合，此为第一层网络T1中的波长可重复利用特性。具体来说，波长可重复利用特性表现在网络架构的两个地方。第一点，各个Pod中多个独立传输环Ring1、Ring2可以重复利用相同的波长组合。第二点，不同群组的群组内(intra-Pod)光信号可以重复利用相同的波长组合。

在同一个群组中的每一个传输环皆可重复使用相同波长(如：λ1)的光信号进行传输。在相异的群组中，亦可重复利用相同波长(如：λ1)的光信号传输而不会发生冲突。通过以上网络架构的设计，可以仅用少数的波长种类即可支援大量的机柜间数据传输，并克服智能定义光隧道网络系统100中每条光纤中每一种波长仅能用以传输一道相应的光信号通过，以及整个网络系统中可使用的波长种类上限(如：40种波长)的限制。

请参考图3D。图3D为根据本公开内容部分实施例所示出的群组内(intra-Pod)光隧道及光信号流向的示意图。以下段落将根据图3D说明建立群组内光隧道所需要对光塞取子系统200a～200e内波长选择交换器的设定，以及光信号的流向。

如图3D及图2所示，对应于光塞取子系统200a的机组欲使用第一传输模块210传输数据至同一个群组P1中对应于光塞取子系统200b的机组与对应于光塞取子系统200c的机组。为分别传输两份数据，软件定义网络控制器500可用以建立两条群组内光隧道，其中一条使用光塞取子系统200a到光塞取子系统200b的路径RT1，并选择使用波长λ1，另一条使用光塞取子系统200a到光塞取子系统200c的路径RT2并选择使用波长λ2。为了建立光隧道，需要设定路径上所有会经过的波长选择交换器以选择特定波长通过。因此，路径RT1只需设定目的地光塞取子系统200b中第一传输模块210中的2x1的第一波长选择交换器(如图2中的第一波长选择交换器WSS11)即可建立光隧道，而路径RT2则需设定光塞取子系统200b中第一传输模块210在东西向的一个1x1的第二波长选择交换器(如图2中的第二波长选择交换器WSS12)以及目的地光塞取子系统200c中第一传输模块210中的2x1的第一波长选择交换器(如图2中的第一波长选择交换器WSS11)。

在光信号传输的过程中，首先，波长λ1与波长λ2的光信号会经由对应机柜(Rack)中的置顶交换机出入埠上对应的DWDM光收发模块传输至光塞取子系统200a中第一传输模块210a对应的加入埠，并以多工器212整合至一条光纤中，再经由2x2第一分光器SP11将其复制并分光往西边传输，此时光信号会经由光信号放大器EDFA1放大光功率并由第一传输环Ring1传输至光塞取子系统200b中的第一传输模块210b。当光信号传输至第一传输模块210b后，波长λ1与波长λ2的光信号会经由第二分光器SP12复制并分光成两道光信号，一道光信号往下边传输，另一道光信号往西边传输至光塞取子系统200c。其中往下边传输的光信号会经由2x1的第一波长选择交换器WSS11选择波长λ1的光信号通过并传输至解多工器216，最后由解多工器216的第1个取下埠传输至对应机柜中置顶交换机出入埠上对应DWDM光收发模块的接收端，完成机柜至机柜的光信号传输。

另一方面，而往西边传输的光信号会经由1x1的第二波长选择交换器WSS12选择波长λ2的光信号通过，并经由2x2第一分光器SP11将其复制并分光往西边传输，此时光信号会经由光信号放大器EDFA1放大光功率并由第一传输环Ring1传输至光塞取子系统200c中第一传输模块210c。当光信号传输至第一传输模块210c后，波长λ2的光信号会经由1x2第二分光器SP12复制并分光成两道，一道光信号往下边传输，另一道光信号继续往西边传输。往下边传输的光信号会经由2x1的第一波长选择交换器WSS11选择λ2通过并传输至解多工器216，然后由解多工器216的第2个取下埠传输至对应机柜中置顶交换机出入埠上对应DWDM光收发模块的接收端，完成机柜至机柜的光信号传输。

此外，软件定义网络控制器500可用以设定第一传输模块210c中1x1的第二波长选择交换器(请参考图2中的第二波长选择交换器WSS12)，以过滤并档下往西边传输的波长λ2的光信号，避免波长λ2的光信号继续传输至下一个光塞取子系统200d。

借此，便可实现利用不同波长在同一条传输环Ring1上建立不同的光隧道，以分别传输数据至不同的光节点。如此一来，便可实现第一层网络T1中，相同群组内各个光塞取子系统200a～200e所对应不同机架上的服务器之间的数据传输。

请再次参考图1。如先前图1中所示出，第一层网络T1中包含多个群组P1～P4，而群组P1～P4经由与第二层网络T2互连可形成一个规模较大的网络架构。以下将分别说明第一层网络T1与第二层网络T2互连架构设计、第二层网络T2的内部架构，以及群组间的光信号传输操作。

在结构上，第二层网络T2中任一个光交换连结子系统(如：光交换连结子系统400a)会同时连结第一层网络T1中两个相邻的群组(如：群组P1、群组P2)。借此，通过第二层网络T2中的光交换连结子系统400a～400e，便可实现不同群组所对应的服务器之间的数据传输。

具体来说，群组P1中的光塞取子系统200a～200e中的第一传输模块210分别通过多个相应的第一纵向埠耦接至光交换连结子系统400a，光塞取子系统200a～200e中的第二传输模块220分别通过多个相应的第二纵向埠耦接至相邻于光交换连结子系统400a的光交换连结子系统400e。此外，群组P2中的第二传输模块220分别通过多个相应的第二纵向埠耦接至光交换连结子系统400a。

换言之，任一个第二层网络T2的光交换连结子系统400a～400e耦接于两个相邻群组中的光塞取子系统200a～200e中对应于不同传输环的第一传输模块210、第二传输模块220。任一个第一层网络T1的同一群组中的光塞取子系统200a～200e亦分别通过相异的第一传输模块210、第二传输模块220同时耦接于第二层网络T2中的光交换连结子系统400a～400e中相邻的两者。

如此一来，再配合上光交换连结子系统400a～400e之间的互连网络，第一层网络T1的各个群组之间便可以建构任意光塞取子系统200a～200e通过一或多个光交换连结子系统400a～400e，再连结到其他光塞取子系统200a～200e之间传输的端到端(end-to-end)光隧道。

为便于说明，以下段落将搭配附图说明光交换连结子系统400a的内部具体结构和实现光信号传输的相应操作。请参考图4。图4为根据本公开内容部分实施例中所示出的光交换连结子系统400a的示意图。值得注意的是，虽然图4是以光交换连结子系统400a为例说明其结构和操作，其余的光交换连结子系统400b～400e的结构和操作亦相似，故不再赘述。

光交换连结子系统400a主要作为建立不同群组之间光隧道的中继节点。如图4所示，光交换连结子系统400a的内部设计可分为接收子模块420、输出子模块440、光路交换子模块460以及互联线路模块480。互联线路模块480中还包含故障转移子模块490。

光交换连结子系统400a包含多个加入埠与取下埠，两者数目相等，并对应于第一层网络T1中每一群组当中的光塞取子系统200的数量。举例来说，当每一群组分别包含5个光塞取子系统200a～200e时，光交换连结子系统400a需连结相邻两个群组P1、P2中一共10个光塞取子系统，因此需要10个加入埠与10个取下埠。

如图中所示，接收子模块420耦接于各个加入埠，用以分别自相应于光交换连结子系统400a的对应于第一群组P1的多个第一光塞取子系统200a～200e接收多个第一上行传送光信号TSu1a～TSu1e，并且与对应于第二群组P2的多个第二光塞取子系统200a～200e接收多个第三上行传送光信号TSu3a～TSu3e。

由于光交换连结子系统400a以光纤分别连结第一层网络T1中两个相邻的群组P1、P2内所有的光塞取子系统200a～200e。为了整合并过滤来自光塞取子系统200a～200e上传的光信号，在部分实施例中，接收子模块420包含两个波长频带多工器(band MUX)BMUX1、BMUX2，用以分别接收来自群组P1、P2中的光塞取子系统200a～200e所传输上来具有不同波长频带的第一上行传送光信号TSu1a～TSu1e、第三上行传送光信号TSu3a～TSu3e，并将其整合为合成光信号SigU1、SigU2至一条光纤内进入至光路交换子模块460。

在部分实施例中，两个波长频带多工器BMUX1、BMUX2所连结不同群组P1、P2的光塞取子系统的相异传输环。举例来说，搭配图1与图4所示，波长频带多工器BMUX1会向下连结群组P1内各个光塞取子系统200a～200e的第一传输模块210，而波长频带多工器BMUX2会向下连结群组P2内各个光塞取子系统200a～200e的第二传输模块220。为便于理解，第一层网络T1和第二层网络T2之间的连结会在后续段落再做详细说明。

因此，在图1所示实施例中，如果一个群组P1包含最多5个光塞取子系统200a～200e，每个传输环上对应的光塞取子系统200a～200e中的第一传输模块210及第二传输模块220皆使用不同的波长频带，则光交换连结子系统400a配置的波长频带多工器BMUX1、BMUX2各自为5频带(5-band)的多工器，以让5个不同波长频带的光信号分别经由5个加入埠通过。举例来说，由第1个加入埠进到波长频带多工器BMUX1的光信号，只有波长为λ1～λ8的光信号会通过，其余波长的光信号会被波长频带多工器BMUX1滤掉，而由第2个加入埠进到波长频带多工器BMUX1的光信号，只有波长为λ9-λ16的光信号会通过，依此类推。

输出子模块440耦接于各个取下埠，用以将自光路交换子模块460传输过来的合成光信号SigD1、SigD2往第一层网络T1中的群组P1、P2传输。具体来说，输出子模块440主要包含分光器SPLT1、SPLT2。在结构上，分光器SPLT1连接群组P1中的光塞取子系统200a～200e，分光器SPLT2连接群组P2中的光塞取子系统200a～200e。分光器SPLT1、SPLT2用以分别将光路交换子模块460下传的合成光信号SigD1、SigD2复制并分光为第二下行传送光信号TSd2a～TSd2e以及第四下行传送光信号TSd4a～TSd4e传至第一层网络T1中的群组P1、P2的各个光塞取子系统200a～200e。

因此，在图1所示实施例中，如果一个群组P1包含最多5个光塞取子系统200a～200e，则1x5的分光器SPLT1会将合成光信号SigD1复制分成5道第二下行传送光信号TSd2a～TSd2e分别输出至群组P1中的5个光塞取子系统200a～200e的第一传输模块210。而另一个1x5的分光器SPLT2会将合成光信号SigD2复制分成5道第四下行传送光信号TSd4a～TSd4e分别输出至群组P2中的5个光塞取子系统200a～200e的第二传输模块220。

在结构上，光路交换子模块460耦接于接收子模块420、输出子模块440以及互连线路模块480，用以于接收子模块420、输出子模块440以及互连线路模块480之间传输光信号。

在部分实施例中，光路交换子模块460包含一个NxM的波长选择交换器来做波长选择，使得光交换连结子系统400a可以将第一层网络T1传上来的光信号转往东、西向其它的光交换连结子系统(如：光交换连结子系统400b～400e)或往下边传输至第一层网络T1中其他的群组，也可以接收来自东、西向其它的光交换连结子系统400b～400e的光信号并将其转往第一层网络T1中的群组P1、P2。N和M为大于或等于二的任意正整数，取决于一个光塞取子系统200包含的传输模块的数量以及第二层网络T2中所包含的彼此相连的光交换连结子系统400a～400e的数量。

以图1所示实施例为例，因为一个光塞取子系统200包含2个独立第一传输模块210、第二传输模块220，所以光交换连结子系统400a配置有2组多工器BMUX1、BMUX2。相应地，光路交换子模块460包含第一上行输入端与第二上行输入端，分别耦接至多工器BMUX1与多工器BMUX2，用以分别接收合成光信号SigU1与合成光信号SigU2。

另外，因为第二层网络T2中共有5个光交换连结子系统400a～400e相连，每一个光交换连结子系统(如：光交换连结子系统400a)会有来自其他4个光交换连结子系统400b～400e连接过来的线路。因此，光路交换子模块460包含相应的多个下行输入端，耦接至互连线路模块480，并分别用以接收由其余光交换连结子系统400b～400e传输的横向传送光信号。因此，在本例中，光路交换子模块460的输入端个数为2个上行输入端加上4个下行输入端，N的值为6。

另一方面，因为光交换连结子系统400a用以往下传输数据给2个群组P1、P2，因此光交换连结子系统400a配置2个分光器SPLT1、SPLT2。相应地，光路交换子模块460包含第一下行输出端与第二下行输出端，分别耦接至分光器SPLT1与分光器SPLT2，分光器SPLT1用以输出第二下行传送光信号TSd2a～TSd2e，分光器SPLT2用以输出第四下行传送光信号TSd4a～TSd4e。

此外，光交换连结子系统400a还用以往东、往西双向输出信号给其余的光交换连结子系统400b～400e。因此，光路交换子模块460包含第一上行输出端与第二上行输出端，分别耦接至互连线路模块480，并用以输出横向传送光信号至其余的光交换连结子系统400b～400e。因此，在本例中总共需要4个输出端，M的值为4。

在此架构中，相较于现有的光交换子模块，6x4(6进4出)的光路交换子模块460简化了线路设计，不仅使用较少的线路，还可用以搭配检测光信号强度的故障转移子模块490(请参见图6)。

请参考图5。图5为根据本公开内容部分实施例所示出的光路交换子模块460的内部设计示意图。如图5所示，6x4的光路交换子模块460包含多个输入分光器462a～462f、波长选择交换器阵列464、多个输出合光器466a～466d、以及多个光信号放大器468a～468d。具体来说，光路交换子模块460中，输入分光器462a～462f的数量对应于输入端的数量N，输出合光器466a～466d、以及光信号放大器468a～468d的数量对应于输出端的数量M。在本例中，6x4的光路交换子模块460包含6个输入分光器462a～462f、及4个输出合光器466a～466d、4个光信号放大器468a～468d。波长选择交换器阵列464是由14个1x1波长选择交换器464a～464n组成的阵列。于此实施例中，6个输入分光器462a～462f包含4个下行传输的输入分光器462a～462d以及2个上行传输的输入分光器462e～462f。14个波长选择交换器464a～464n当中包含了4个横向传输的波长选择交换器464a～462d、第一部分下行传输的波长选择交换器464e～464i、第二部分下行传输的波长选择交换器464j～464n。4个输出合光器466a～466d包含2个横向传输的输出合光器466a～466b以及2个下行传输的输出合光器466c～466d。

在操作上，输入分光器462a～462f分别耦接于下行输入端、第一上行输入端或第二上行输入端，用以复制并相应地输出多个第一光信号至波长选择交换器阵列464中的多个波长选择交换器464a～464n。波长选择交换器464a～464n分别用以接收并根据软件定义网络控制器500输出的控制信号CS选择第一光信号的相应波长输出为第二光信号至相应的输出合光器466a～466d。输出合光器466a～466d分别用以接收并合成第二光信号中相应的二或多者，以输出多个第三光信号至光信号放大器468a～468d。借此，光信号放大器468a～468d便可放大第三光信号，并将放大后的第三光信号分别通过第一下行输出端、第二下行输出端、第一上行输出端或第二上行输出端作为合成光信号SigD1、SigD2、SigE0、SigW0输出。以下段落将分别说明各个器件单元的操作。

具体来说，上行传输的输入分光器462e耦接于第一上行输入端，上行传输的输入分光器462f耦接于第二上行输入端，用以自多工器BMUX1与多工器BMUX2接收合成光信号SigU1与合成光信号SigU2。上行传输的输入分光器462e、462f分别用以复制合成光信号SigU1、SigU2并分光成3道，然后再分别连结往波长选择交换器阵列464中3个不同的1x1波长选择交换器464a～464n。如图所示，上行传输的输入分光器462e连结至波长选择交换器464a、464c、464n，并相应输出第一横向传输信号H1E、第二横向传输信号H1W以及第三下行传输信号U1D2。上行传输的输入分光器462f连结至波长选择交换器464b、464d、464i，并相应输出第一横向传输信号H2E、第二横向传输信号H2W以及第三下行传输信号U2D1。

光路交换子模块460的下行输入端分别用以接收东、西边各2个光交换连结子系统传来的光信号。举例来说，对于光交换连结子系统400a中的光路交换子模块460，下行输入端分别用以接收东边的光路交换子模块460b、460c传过来的横向光信号SigE1、SigE2，以及与西边的光路交换子模块460e、460d传过来的横向光信号SigW1、SigW2。光信号SigE1、SigE2、SigW1、SigW2分别由下行输入端通过光纤连结至1x2的下行输入分光器462a、462b、462c、462d，以将光信号复制并分光成两道，然后再分别连接1x1波长选择交换器464a～464n中相应的一者。

具体来说，下行传输的输入分光器462a～462d任一者耦接于下行输入端中相应的一者，并用以复制自相应的光交换连结子系统400b～400e接收的横向光信号SigE1、SigE2、SigW1、SigW2，并输出相应的第一下行传输信号E1D1、E2D1、W1D1、W2D1与第二下行传输信号E1D2、E2D2、W1D2、W2D2至波长选择交换器阵列464中的波长选择交换器464a～464n相应的一者。

如图中所示，在一例中，下行传输的输入分光器462a连接并输出第一下行传输信号E1D1、第二下行传输信号E1D2至相应的波长选择交换器464e、464j。下行传输的输入分光器462b连接并输出第一下行传输信号E2D1、第二下行传输信号E2D2至相应的波长选择交换器464f、464k。下行传输的输入分光器462c连接并输出第一下行传输信号W1D1、第二下行传输信号W1D2至相应的波长选择交换器464g、464l。下行传输的输入分光器462d连接并输出第一下行传输信号W2D1、第二下行传输信号W2D2至相应的波长选择交换器464h、464m。

在波长选择交换器阵列464的14个波长选择交换器464a～464n当中，其中4个横向传输的波长选择交换器464a、464b、464c、464d分别用以对传输至第二层网络T2中东、西向其它光路交换子模块460的横向传输信号H1E、H2E、H1W、H2W进行波长挑选，选择其相应波长输出为相应的第三光信号。第一部分下行传输的波长选择交换器464e～464i以及第二部分下行传输的波长选择交换器464j～464n则用以对往下边传输至第一层网络T1中两个相邻的群组的下行传输信号进行波长挑选。

具体来说，第一部分下行传输的波长选择交换器464e～464i分别用以选择下行传输信号E1D1、E2D1、W1D1、W2D1与下行传输信号U2D1的相应波长输出为相应的第三光信号。第二部分下行传输的波长选择交换器464j～464n分别用以选择下行传输信号E1D2、E2D2、W1D2、W2D2与下行传输信号U1D2的相应波长输出为相应的第三光信号。如此一来，第一部分下行传输的波长选择交换器464e～464i便可对往下边群组P1传输的光信号进行波长选择。第二部分下行传输的波长选择交换器464j～464n便可对往下边群组P2传输的光信号进行波长选择。

综合上述，波长选择交换器阵列464当中的14个波长选择交换器464a～464n完成波长选择的动作后，波长选择交换器阵列464输出的第三光信号共有4个传输方向，分别为往东、往西、往群组P1以及往群组P2。传输方向相同的各个波长选择交换器464a～464n会再连结至输出合光器466a～466d中相应的一者，以将光信号整合至一条光路径中。

如图5的实施例中所示，横向传输的输出合光器466a用以合成横向传输的波长选择交换器464a、464b输出的第三光信号。另一个横向传输的输出合光器466b用以合成横向传输的波长选择交换器464c、464d输出的第三光信号。下行传输的输出合光器466c用以合成第一部分下行传输的波长选择交换器464e～464i输出的第三光信号。另一个下行传输的输出合光器466d用以合成第二部分下行传输的波长选择交换器464j～464n输出的第三光信号。

最后，输出合光器466a～466d分别连结光信号放大器468a～468d中相应的一者以加强光信号强度，确保最终输出的合成光信号SigD1、SigD2、SigE0、SigW0有足够的功率可以传输至目的地。

值得注意的是，和第一层网络T1中的光通信相似，当多个道相同波长的光信号同时进入光路交换子模块460时，可能会因为相同波长的光信号经由同一个输出合光器466a～466d引起冲突。

举例来说，当来自群组P1、群组P2的光信号SigU1、SigU2都往东边传输时，若两者信号波长皆为λ5，则会经由输出合光器466a将两个λ5光信号整合至一条光纤中而发生冲突。相似地，光信号SigU1、SigU2若往西边传输时也可能会经由输出合光器466b引起冲突。另外，当来自东、西边第一个光交换连结子系统400b、400e的两道光信号SigE1、SigW1两者信号波长皆为λ6，则经由5x1的输出合光器466c往群组P1后，其整合的光信号便会发生冲突。相似地，光信号若往群组P2传输时，也可能会经由5x1(5进1出)的输出合光器466d引起冲突。

请参考图6。图6为根据本公开内容部分实施例示出的互连线路模块480的示意图。互连线路模块480用以连接光交换连结子系统400a～400e。光交换连结子系统400a～400e的任意二者之间通过相应的第一线路(即：正常线路)传输相应的横向传送光信号。在部分实施例中，光交换连结子系统400a～400e的任意二者之间还以相异于第一线路的第二线路(即：保护线路)连接。互连线路模块480当中包含了故障转移子模块(failover module)490。

具体来说，互连线路模块480包含上传端In1、In2、东向输出端E1～E2、东向保护输出端E3～E6、东向输入端E7～E8、东向保护输入端E9～E12、西向输入端W1～W2、西向保护输入端W3～W6、西向输出端W7～W8、西向保护输出端W9～W12、互连分光器481～486以及故障转移子模块(failover module)490。

互连线路模块480包含光交换连结子系统400a为了和东西向其他光交换连结子系统400b～400e互连的内部线路。如图中所示，互连线路包含正常线路和保护线路。正常线路(如图中实线所示)，用以在系统正常状况下传输光信号。保护路线(如图中虚线所示)，用以在正常线路断线的情况下，以反向传输来接手传输光信号。互连线路的数目取决于系统连接的光交换连结子系统400a～400e总数。举例来说，本实施例是示出以5个光交换连结子系统400b～400e互连情况所形成的线路图。事实上，第二层网络T2中的光交换连结子系统400a～400e之间互连结构本质上为一个网状(Mesh)结构。因此，基本上会有1条往东边的输出线路NLE0，1条往西边的输出线路NLW0，2条从东边的光交换连结子系统(如：400b、400c)过来的输入线路NLE1、NLE2以及2条从西边的光交换连结子系统(如：400e、400d)过来的输入线路NLW1、NLW2，总共有2条正常实线连接至光路交换子模块460，以及总共有4条正常实线连接至故障转移子模块490。

另一方面，保护输出线路PLW0、PLE0和保护输入线路PLE1、PLE2、PLW1、PLW2(虚线)因为与正常线路一对一对应，也至少会有6条。其余线路则是过境线路，部分线路是利用互连分光器481～486将光信号复制并分光，同时往光交换连结子系统及下一个光交换连结子系统传送，另一部分是直接过境本光交换连结子系统往东西向连接至下一个光交换连结子系统。

输入线路NLE1、NLE2、NLW1、NLW2和保护线路PLE1、PLE2、PLW1、PLW2连结到故障转移子模块490。如图6所示的实施例中，输入线路NLE1、NLE2、NLW1、NLW2和保护线路PLE1、PLE2、PLW1、PLW2直接连结到故障转移子模块490，但本公开文件并不以此为限，于其他实施例中，输入线路NLE1、NLE2、NLW1、NLW2和保护线路PLE1、PLE2、PLW1、PLW2可能间接连接至故障转移子模块490。另一方面，输出线路NLE0、NLW0直接连结到光路交换子模块460。

对于要从群组P1或群组P2输出往其他光交换连结子系统400b～400e的信号，首先，从光路交换子模块460出来，欲往东、西边传输的两条光纤会分别连结至互连线路模块480的第一上传端In1与第二上传端In2。

第一上传端In1与第二上传端In2分别连结一个1x2的互连分光器485、486。互连分光器485用以复制自光路交换子模块460接收的合成光信号SigW0，并分别通过第一西向输出端W7(即：线路NLW0)输出作为横向传送光信号SigW7与第一东向保护输出端E3(即：线路PLE0)。相似地，互连分光器486用以复制自光路交换子模块460接收的合成光信号SigE0，并分别通过第一东向输出端E1(即：线路NLE0)输出作为横向传送光信号SigE1，通过第一西向保护输出端W9(即：线路PLW0)输出作为横向传送光信号SigW9。

换言之，互连分光器485、486分别用以将光信号复制并分光成两道，一道往正常方向(即：正常线路NLW0、NLE0)传输至光交换连结子系统400e及400d、光交换连结子系统400b及400c，而另一道往反方向(即：保护线路PLE0、PLW0)传输。

如图中所示，互连线路模块480以第一方向(如：往东)传输相应的横向传送光信号SigE1至光交换连结子系统400b及400c，并以相异于第一方向的第二方向(如：往西)传输相应的横向传送光信号SigW7至光交换连结子系统400e及400d。换言之，在正常路径中，互连线路模块480将以两个相异的方向传输光信号至其余的光交换连结子系统400b～400e。

相似地，对于从其他光交换连结子系统400b～400e接收并输出往群组P1或群组P2的信号，也分成正常线路及保护线路。在正常线路方面，正常线路NLE1、NLW1是从第一东向输入端PiE1、第一西向输入端PiW1两个输入埠连进来，用以接收东边第1个光交换连结子系统400b及西边第1个光交换连结子系统400e传来的信号。

第一东向输入端E7、第一西向输入端W1分别自相邻的光交换连结子系统400b、400e的互连线路模块480中的第一西向输出端W7与第一东向输出端E1接收横向传送光信号SigW7’、SigE1’。在正常线路上，NLE1、NLW1会分别接上一个互连分光器482、481，以将横向传送光信号SigW7’、SigE1’复制并分光成2道，一道继续往西、东向传输，另一道往本地的故障转移子模块490传输。

如图中所示，往东西向的两条线路最后会连接至下移一个的输出埠位置。换言之，互连分光器481用以复制自第一西向输入端W1接收的横向传送光信号SigE1’，并通过第二东向输出端E2输出作为横向传送光信号SigE2。互连分光器482用以复制自第一东向输入端E7接收的横向传送光信号SigW7’，并通过第二西向输出端W8输出作为横向传送光信号SigW8。此外，往本地故障转移子模块490传输的两条线路则会分别接上输出埠O4、O8。

第二组正常线路NLE2、NLW2则分别是从第二东向输入端E8及第二西向输入端W2连进来的线路，用以接收东边第2个光交换连结子系统400c及西边第2个光交换连结子系统400d传过来的横向传送光信号SigW8’、SigE2’，并分别接上输出埠O3、O7并直接连结至本地的故障转移子模块490。

在保护线路方面，基本设计原理就是配置与正常线路对应但反方向传输的线路，以连接至与正常(实线)路径相同目的地的光交换连结子系统节点。

不同于正常线路，在5个光交换连结子系统400a～400e互连情形下，保护路径需往正常路径的反方向先经过2个光交换连结子系统节点后才会到达与正常路径相同目的地的光交换连结子系统节点。

例如，假设本光交换连结子系统东边的线路断掉，则到东边2个光交换连结子系统的光信号必须转而向西边经保护路径来传输(到西边2个光交换连结子系统不受影响，仍旧用正常路径)。而这光信号必须先绕过2个光交换连结子系统才会到东边2个光交换连结子系统。在光信号过境西边2个光交换连结子系统时并不需要让它们接收下来。

因此，光交换连结子系统400a在往东、西边的保护路径上会各有2条光纤没有放置分光器。如图中所示，第一东向保护输入端E9与第一西向保护输入端W3，分别用以自相邻的光交换连结子系统400b、400e的互连线路模块480中的第一西向保护输出端W9与第一东向保护输出端E3接收横向传送光信号，并通过第二西向保护输出端W10与第二东向保护输出端E4输出横向传送光信号。

相似地，第二东向保护输入端E10与第二西向保护输入端W4，分别用以自相邻的光交换连结子系统400b、400e的互连线路模块480中的第二西向保护输出端W10与第二东向保护输出端E4接收横向传送光信号，并通过第三西向保护输出端W11与第三东向保护输出端E5输出横向传送光信号。

第三东向保护输入端E11与第三西向保护输入端W5分别用以自相邻的光交换连结子系统400b、400e的互连线路模块480中的第三西向保护输出端W11与第三东向保护输出端E5接收横向传送光信号。

互连分光器484、483分别耦接于第三东向保护输入端E11与第三西向保护输入端W5，用以复制所接收的横向传送光信号，并连接至下移一个输出埠位置，通过第四西向保护输出端W12与第四东向保护输出端E6输出横向传送光信号，并通过输出端O2、O6输出横向传送光信号至故障转移子模块490。

最后，第四东向保护输入端E12与第四西向保护输入端W6分别用以自相邻的光交换连结子系统400b、400e的互连线路模块480中的第四西向保护输出端W12与第四东向保护输出端E6接收横向传送光信号，并通过输出端O1、O5输出横向传送光信号至故障转移子模块490。

如图所示，故障转移子模块490耦接于互连分光器483、484、第四东向保护输入端E12以及第四西向保护输入端W6。此外，故障转移子模块490也耦接至正常路径上的互连分光器481及482、第二东向输入端E8以及第二西向输入端W2。借此，故障转移子模块490便可用以选择接收正常路径或是保护路径传过来的横向传送光信号，故障转移子模块490便可以从正常路径上经由互连分光器481及482、第二东向输入端E8以及第二西向输入端W2输出横向传送光信号至光路交换子模块460，或者是选择性地自在保护路径上经由互连分光器483、484、第四东向保护输入端E12以及第四西向保护输入端W6输出横向传送光信号至光路交换子模块460。

如图所示，故障转移子模块490包含多个光交换器492、494、496、498，光交换器492、494、496、498分别通过第一线路(即：正常线路)与第二线路(即：保护线路)自其余的光交换连结子系统400b～400e中相应的一者接收第一横向传送光信号(通过正常线路传送)与第二横向传送光信号(通过保护线路传送)，此处的第一横向传送光信号与第二横向传送光信号是指在环形网格结构R2当中不同的光交换连结子系统400a～400e之间彼此之间传递的横向传送光信号，并相应于微控制器(MCU)410输出的选择信号SS输出第一横向传送光信号与第二横向传送光信号其中的一者至光路交换子模块460，关于环形网格结构R2当中的横向传送光信号将在后续实施例中有进一步说明。

请参考图7A、图7B。图7A为根据本公开内容部分实施例所示出的第二层网络T2中的光交换连结子系统400a～400e间的互连网络示意图。图7B为图7A的局部放大示意图。

互连网络主要是用以建构光交换连结子系统400a～400e之间传输的光隧道，使得各个光交换连结子系统400a～400e所连结的第一层网络T1中的各个群组之间可以互相传输光信号。如先前所述，光交换连结子系统400a～400e之间的互连网本质上为一个网状结构。通过带状光纤(Ribbon Fiber)中的多条光纤，使得每个光交换连结子系统400a～400e到其他光交换连结子系统的连线是彼此独立的，举例来说，光交换连结子系统400a至其他光交换连结子系统400b～400e的连线，与光交换连结子系统400b至其他光交换连结子系统400a、400c、400d、400e的连线是彼此独立的。

由于采用了带状光纤的关系，在外观上所有的光交换连结子系统400a～400e像是以一条环状的结构相连，可以简化了布线复杂度。另外，也因为此网状网络架构，在不同的光交换连结子系统400a～400e配对间的数据传输可以同时使用相同波长组合传输而不会发生冲突，凸显了波长可重复使用的特性。

请搭配图4与图6，以更好理解图7A、图7B所示出的光交换连结子系统400a～400e之间的互连网络。

如图7A所示，在正常情况下，光交换连结子系统400a会由正常路径传输及接收光信号至/来自东边两个节点的光交换连结子系统400b、400c以及至/来自西边两个节点的光交换连结子系统400d、400e。配合图6所示出的内部互连线路模块480的设计，当光交换连结子系统400a～400e间经由光纤互连时，光交换连结子系统400a互连线路中东向输出端E1～E6、东向输入端E7～E12的光路径会分别以光纤连结并对应至下一个光交换连结子系统400b互连线路中西向输入端W1～W6、西向输出端W7～W12的光路径，依此类推。

此外，由于光交换连结子系统400a～400e间互联结构的因素，它们可利用相同的波长组合(λ5、λ6、λ7、λ8)互相传输光信号而不会发生冲突，具有波长可重复利用的特性。如图中所示，光交换连结子系统400a可以波长组合λ5、λ6、λ7、λ8分别传输光信号至光交换连结子系统400b～400e。光交换连结子系统400b亦可以波长组合λ5、λ6、λ7、λ8分别传输光信号至光交换连结子系统400c～400e、400a而不会导致冲突。相似地，相同的波长组合λ5、λ6、λ7、λ8也可以重复利用在其他的光交换连结子系统400c～400e对其他光交换连结子系统互传光信号之用，其内容不再于此赘述。

在图7A所示的例子中，路径RTa代表来自第一层网络T1中群组P2的光信号SigA以波长λ5由光交换连结子系统400a通过正常路径传输至东边第一个节点(光交换连结子系统400b)。在传输的过程中，光交换连结子系统400a的6x4波长选择交换器(即：光路交换子模块460)会选择来自群组P2的光信号SigA往东边传输并经由内部互连线路中的1x2互连分光器486将其复制并分光往正常方向(即：东边)传输至下一个节点(光交换连结子系统400b)。当光信号SigA进入目的地光交换连结子系统400b的内部互连线路时，会经由1x2互连分光器481将其复制并分光传输至光交换连结子系统400b的故障转移子模块490，此时故障转移子模块490会使正常路径上的光信号通过并传输至光交换连结子系统400b的6x4波长选择交换器(即：光路交换子模块460)来进行波长选择并接收。光信号的具体传输细节如图7B所示，于此不再赘述。

另一方面，路径RTb代表来自第一层网络T1中群组P1的光信号SigB以波长λ7由光交换连结子系统400a通过正常路径传输至西边第二个节点(光交换连结子系统400d)。在传输的过程中，光交换连结子系统400a的6x4波长选择交换器(即：光路交换子模块460)会选择来自群组P1的光信号SigB往西边传输并经由其内部互连线路中的1x2互连分光器485将其复制并分光往正常方向(西边)传输至下一个节点(光交换连结子系统400e)。

当光信号SigB进入光交换连结子系统400e的内部互连线路时，会经由1x2互连分光器482将其复制并分光往西边继续传输至下一个节点(光交换连结子系统400d)。而当光信号SigB进入目的地光交换连结子系统400d内部的互连线路时，则会直接传输至光交换连结子系统400d的故障转移子模块490，此时故障转移子模块490会使正常路径上的光信号通过并传输至光交换连结子系统400d的6x4波长选择交换器(即：光路交换子模块460)来进行波长选择并接收。

请参考图8A。图8A为根据本公开内容部分实施例所示出的保护线路操作示意图。如图8A所示，假设光交换连结子系统400a和光交换连结子系统400e间的带状光纤发生断线，因此造成光交换连结子系统400a无法通过正常路径往西边传输光信号SigC至光交换连结子系统400e，也无法传输光信号至光交换连结子系统400d。此时光交换连结子系统400e的故障转移子模块490检测到来自东边第一个光交换连结子系统400a的光强度突然变弱，便将连线自动切换到保护路径RTc。

事实上，光交换连结子系统400a、400e间的带状光纤若发生断线，也会同时影响到其他的光交换连结子系统的信号传输。

以本例来说，每个光交换连结子系统400a～400e接收来自东/西边其它两个光交换连结子系统的光信号的状态如下表二所示。

(表二：OSIS光信号接收状态)

在表二中，标示O代表可通过正常路径接收光信号，而标示X则代表无法通过正常路径接收光信号，必须通过故障转移子模块490将连线切换至保护路径以接收光信号。因此，只有光交换连结子系统400c不受带状光纤断线影响，而其它光交换连结子系统的部分接收路径会受到带状光纤断线影响，而需通过故障转移子模块490将连线切换至保护路径。

事实上，在正常情况下，光信号SigC会经由光交换连结子系统400a内的互连分光器485复制分成两道光并同时送往正常路径(即：第一横向传送光信号往西)及保护路径(即：第二横向传送光信号往东的路径RTc)。当光信号SigC经由保护路径往东边传输时，其会过境两个节点(光交换连结子系统400b、400c)而不会经过其内部的互连分光器，然后再传输至光交换连结子系统400d。当光信号SigC进入光交换连结子系统400d的内部互连线路时，会经由1x2互连分光器483将其复制并分光往东边继续传输至下一个节点(光交换连结子系统400e)。

最后，当光信号SigC进入目的地光交换连结子系统400e的内部互连线路时，则会直接传输至光交换连结子系统400e的故障转移子模块490。此时，故障转移子模块490已经切换到保护路径，因此光信号SigC会通过并传输至光交换连结子系统400e的6x4波长选择交换器(即：光路交换子模块460)来进行波长选择并接收。

借此，光交换连结子系统400a中的故障转移子模块490中的光交换器492、494、496、498便可自其余的光交换连结子系统400b～400e中相应的一者分别通过正常线路接收第一横向传送光信号，通过保护线路接收第二横向传送光信号，并相应于选择信号SS输出第一横向传送光信号与第二横向传送光信号其中的一者至光路交换子模块460。如此一来，当正常线路发生断线或其他故障导致第一横向传送光信号消失或信号强度降低时，相应的光交换器492、494、496、498便可执行切换至保护路径，通过第二横向传送光信号进行信号传输。

请再次参考图6。如图6所示，故障转移子模块490中除了光交换器492、494、496、498之外，还配置有4个分光检测器(tap photodetector，tap PD)491、493、495、497。如先前段落所述，2x1光交换器492、494、496、498分别用以接收来自东边及西边各自2个光交换连结子系统的正常路径(实线)及保护路径(虚线)的光信号。

如图中所示，进入同一个2x1光交换器492、494、496、498的正常路径及保护路径的光信号是在来源端利用互连分光器485、486复制分光并各自从正常方向与相反方向传输过来的，因此，两道光信号内所载的信息内容相同。每个2x1光交换器492、494、496、498预设的切换设定是让正常路径的光信号通过。

另外，在部分实施例中，分光检测器491、493、495、497的作用是将约2％的输入光信号(optical input power)转换成对应的电流值，再通过模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter)板转换为对应的电压值，使得光交换器492、494、496、498分别根据该电压值进行切换。

举例来说，当电压值低于一临界值(即：检测到断线或信号不佳)时，光交换连结子系统400a内的微控制器(Micro-controller unit，MCU)410便输出信号SS切换相应的2x1光交换器492、494、496、498，改让保护路径的光信号通过。借此，微控制器410便可用以于第一横向传送光信号的信号强度小于门限值时输出选择信号SS至故障转移子模块490，以控制故障转移子模块490输出第二横向传送光信号。

具体来说，微控制器410判断及何时启动光路切换可以有两种不同方式。首先，第一种判断机制为轮询(Polling)机制。请参考图8B。图8B为轮询机制中微控制器410的判断方法800的流程图。在轮询机制中，微控制器410会一直主动监督各个分光检测器491、493、495、497的电压状态，若发现断线就会进行光交换器切换。在部分实施例中，微控制器410可执行一驱动程序，以执行判断方法800相应的操作。

如图8B所示，判断方法800包含步骤S810～S840。首先，在步骤S810中，利用微控制器410上的驱动程序(driver)依序读取各分光检测器491、493、495、497的电压值。接着，在步骤S820中，分别将分光检测器491、493、495、497读取到的电压值大小与其预先决定的临界值进行比较。

当电压值大于临界值时，执行步骤S830并等待一间隔时间(例如：5秒)，并反复重复步骤S810～S830。

当电压值小于临界值时，执行步骤S840，以执行异常处理程序。步骤S840进一步包含步骤S841～S845。首先，步骤S841中，根据系统固件的系统记录判断异常次数。换言之，驱动程序可判断是第一次检测到异常还是第二次检测到异常。

当驱动程序第一次检测到分光检测器491、493、495、497其中一者的电压值小于预设的临界值时，则相应的正常接收路径将被视为断线(fault condition)，并执行步骤S842、S843。在步骤S842中，微控制器410输出选择信号SS以切换相应的2x1光交换器492、494、496、498，使得备用的保护路径光信号通过。在步骤S843中，微控制器410输出异常通知信号通知系统固件目前有其中一个分光检测器491、493、495、497发生第一次的异常状况。

当驱动程序第二次检测到分光检测器491、493、495、497其中一者的电压值持续小于设定的临界值时，微控制器410将不再对相应的2x1光交换器492、494、496、498进行切换，并执行步骤S844、S845。在步骤S844中，微控制器410输出异常通知信号通知系统固件有其中一个分光检测器491、493、495、497发生第二次的异常状况。接着，在步骤S845中，微控制器410就停止对异常的分光检测器491、493、495、497做轮询读取其状态的操作。

当带状光纤修复后，系统固件会通知驱动程序进行复原的动作，以将所有2x1光交换器492、494、496、498重新切换至原本的正常路径。值得注意的是，判断方法800中，因为微控制器410持续询问电压状态并进行判断是否断线，因此会消耗微控制器410部分的计算资源。

另一方面，第二种判断机制为中断(Interrupt)机制。在中断机制下微控制器410平常不会一直监督分光检测器491、493、495、497的状态，而是当断线发生时，微控制器410才会被中断触发来确认分光检测器491、493、495、497的状态并进行相应的2x1光交换器492、494、496、498的路径切换。

请参考图8C、图8D。图8C、图8D为根据本公开内容部分实施例所示出的微控制器410执行中断机制的操作示意图。如图8C所示，分光检测器491、493、495、497分别包含连接至微控制器410的中断引脚ITR1～ITR4。以分光检测器491为例，当第一次有分光检测器491的电压值小于临界值时，其对应的中断引脚ITR1～ITR4会被触发并输出触发信号TS1通知微控制器410。微控制器410于接收到触发信号TS1时，执行相应的驱动程序，以执行与判断方法800相似的操作。

具体来说，此时微控制器410会先读取分光检测器491的电压值以确认其小于临界值。于电压值小于临界值时，微控制器410根据系统固件FW的系统记录判断异常次数。

当微控制器410第一次确认分光检测器491的电压值小于预设的临界值时，正常接收路径将被视为断线(fault condition)，并执行步骤S842、S843。在步骤S842中，微控制器410输出选择信号SS切换相应的2x1光交换器492使得备用的保护路径光信号通过。在步骤S843中，微控制器410输出异常通知信号NS1通知系统固件FW目前有分光检测器491发生第一次的异常状况。

相似地，如图8D所示，当第二次有分光检测器491的电压值小于临界值时，中断引脚ITR1会再次被触发并输出触发信号TS2通知微控制器410。此时微控制器410便会再次读取分光检测器491的电压值以确认其小于临界值。

当微控制器410第二次检测到分光检测器491的电压值持续小于设定的临界值时，微控制器410将不再对2x1光交换器492进行切换，并执行步骤S844。在步骤S844中，微控制器410输出异常通知信号NS2通知系统固件FW有分光检测器491发生第二次的异常状况。

相似地，当带状光纤修复后，系统固件FW会通知微控制器410，并通过驱动程序进行复原的动作，以将所有2x1光交换器492、494、496、498重新切换至原本的正常路径。

综上所述，通过图8B中所示出的轮询机制或图8C、图8D中所示出的中断机制，微控制器410便可控制故障转移子模块490，选择性地自正常路径或保护路径进行光信号传输，以实现第二层网络T2中各个光交换连结子系统400a～400e之间的互连保护路径设计。

如此一来，当第二层网络T2有1条带状光纤断线时，光信号仍可通过保护路径传输至目的地的光交换连结子系统400a～400e，使得光信号传输不会受到影响。

请参考图9。图9为根据本公开内容部分实施例所示出的群组间(inter-Pod)光隧道路径的示意图。在图9的实施例中，群组P1中的机架900c欲传输光信号至另一个群组P2中的机架900a、900b。软件定义网络控制器500可用以建立两条群组间(inter-Pod)光隧道。具体来说，光隧道包含光信号的传输路径以及选用光信号的波长。机架900c与机架900a之间的光隧道是通过机架900c经由置顶交换机TORc、光塞取子系统200c、光交换连结子系统400a、光塞取子系统200a、置顶交换机ToRa抵达机架900a的路径RP1，并选择使用波长λ5传输光信号所形成的光隧道。

另一方面，机架900c与机架900b之间的光隧道是通过机架900c经由置顶交换机TORc、光塞取子系统200c、光交换连结子系统400a、交换连结子系统400b、光塞取子系统200b、置顶交换机ToRb抵达机架900b的路径RP2，并选择使用波长λ6传输光信号所形成的光隧道。

为了建立这两条光隧道，必须设定沿路的光塞取子系统200a～200c及光交换连结子系统400a、400b中的6x4波长选择交换器(即：光路交换子模块460)以选择特定波长通过。

请参考图10A和图10B。图10A和图10B分别为光交换连结子系统400a、光交换连结子系统400b中光路交换子模块460的设置示意图。如图10A所示，路径RP1只需设定光交换连结子系统400a中的一个1x1波长选择交换器464n以及目的地光塞取子系统200a的第二传输模块220中2x1波长选择交换器WSS21对应的一个1x1波长选择交换器即可建立光隧道。

另一方面，如图10A、图10B所示，而路径RP2则需设定光交换连结子系统400a中的1x1波长选择交换器464a、光交换连结子系统400b中的1x1波长选择交换器464g、以及目的地光塞取子系统200b的第一传输模块210中2x1波长选择交换器WSS11对应的一个1x1波长选择交换器即可建立光隧道。

如此一来，在传输的过程中，首先，波长λ5与λ6的光信号会经由机架900c上的置顶交换机ToRc出入埠上对应的DWDM光收发模块传输至光塞取子系统200c的第一传输模块210对应的加入埠，并以多工器212整合至一条光纤中，再经由2x2第一分光器SP11将其复制并分光往北边传输至光交换连结子系统400a中对应的加入埠，并经由多工器BMUX1整合成合成光信号SigU1往光路交换子模块460传输。此时λ5与λ6会经由1x3输入分光器462e复制并分光成3道，一道往东边传输至其它光交换连结子系统，另一道往西边传输至其它光交换连结子系统，最后一道往南边目的地群组P2中的光塞取子系统200a、200b传输。

往南边目的地群组P2中的光塞取子系统200a传输的光信号会经由波长选择交换器464n选择波长λ5通过，再由5x1输出合光器466d将其复制并整合成一道，接下来再经由光信号放大器468d放大光功率。并由分光器SPLT2将合成光信号SigD2复制并分光往目的地群组P2中的各个光塞取子系统传输。

如图9所示，传输至光塞取子系统200a第二传输模块220的光信号会经由2x1波长选择交换器(请参阅图2的波长选择交换器WSS21)中对应接收的1x1波长选择交换器选择波长λ5通过并传输至如解多工器226，而波长λ5会从光塞取子系统200a的第二传输模块220当中解多工器(可以参见图2中第二传输模块220的解多工器226)的其中第5个取下埠传输至机架900a上的置顶交换机ToRa出入埠上对应的DWDM光收发模块的接收端，完成机架900c至机架900a的光信号传输。

另一方面，往东边传输的光信号会经由波长选择交换器464a选择波长λ6通过，再由2x1输出合光器466a将其复制并整合成一道，接下来再经由光信号放大器468a放大光功率做为合成光信号SigE0，并由光交换连结子系统400a、400b间的互连线路480往东传输至光交换连结子系统400b。

如图10B所示，当光信号传输至光交换连结子系统400b中的光路交换子模块460后，波长λ6的光信号会经由1x2输入分光器462c复制并分光成两道，一道光信号往南边目的地群组P2中的各个光塞取子系统传输，另一道光信号往南边另一个群组中的各个光塞取子系统传输。

往南边目的地群组P2传输的光信号会经由1x1波长选择交换器464g选择波长λ6的光信号通过，再由5x1输出合光器466c将其复制并整合成一道光信号，再经由光信号放大器468c放大光功率做为合成光信号SigD1，并由分光器SPLT1将合成光信号SigD1复制并分光往目的地群组P2中的各个光塞取子系统传输。

传输至光塞取子系统200b的第一传输模块210的光信号会经由2x1波长选择交换器(请参阅图2的波长选择交换器WSS11)中对应接收的1x1波长选择交换器选择波长λ6的光信号通过并传输至解多工器216，而波长λ6的光信号会从解多工器(可以参见图2中第一传输模块210的解多工器216)的第6个取下埠传输至机架900b上的置顶交换机ToRb出入埠上对应的DWDM光收发模块的接收端，完成机架900c至机架900b的光信号传输。

此外，值得注意的是，除了前述的第二层网络T2中各个光交换连结子系统400a～400e的保护路径外，第一层网络T1中同一个群组P1内的各个光塞取子系统200a～200e之间，以及第一层网络T1与第二层网络T2间，亦可通过彼此独立的传输环Ring1、Ring2实现路径保护。当光纤发生断线或光纤接头损坏时，可以改由保护路径来传输光信号，以确保系统不会因光纤断线而导致整个光隧道网络断讯。为便于说明起见，请参考图11A。图11A是根据本公开内容部分实施例所示出的第一层网络T1的群组P1的保护路径设计示意图。

如图11A所示，由于第一层网络T1中每一个群组P1包含多个独立的传输环Ring1、Ring2，因此当其中一个环(如：传输环Ring1)发生断线时，可以通过其他的传输环Ring2来进行光信号传输，以达到保护路径的目的。此外，由于传输环Ring1、Ring2的光纤是独立分开的，因此两条独立光纤同时发生断线的几率是非常低的。

在本实施例中，当群组P1内的对应到各个第一传输模块210的传输环Ring1的光纤发生断线时，会导致部分的光塞取子系统的第一传输模块210无法往西传输光信号至其它光塞取子系统，例如光塞取子系统200a的第一传输模块210无法往西传输光信号至同一群组P1当中的其它光塞取子系统200b～200e。此时，无法利用传输环Ring1传输光信号的光塞取子系统200a～200e，可通过软件定义网络控制器500设定相应的置顶交换机ToR以及路径上须通过的波长选择交换器，使得光信号通过第二传输模块220往东利用传输环Ring2传输光信号至其它光塞取子系统200a～200e。

此外，事实上，当传输环Ring1、Ring2上同时发生断线时，在断线的位置符合特定条件，亦可能通过软件定义网络控制器500重新设定群组中各个光塞取子系统的波长选择交换器WSS11、WSS12、WSS21、WSS22及群组中各个置顶交换机ToR使得所有光塞取子系统200a～200e可以互通。

请参考图11B。图11B是根据本公开内容部分实施例所示出的第一层网络T1的群组P1的保护路径设计示意图。如图11B所示，当传输环Ring1、Ring2发生断线的位置在相同的连结点上(即：光塞取子系统200a、200b之间)，且在一个群组P1中只有一个连结点同时发生两个传输环Ring1、Ring2的断线情形时，受到影响的光塞取子系统200a～200e可由软件定义网络控制器500重新设定置顶交换机ToR以及路径上须通过的波长选择交换器，而使得受到影响的光塞取子系统可与其它光塞取子系统200a～200e互通。以光塞取子系统200a、200b为例，当传输环Ring1发生断线时，对于光塞取子系统200a，软件定义网络控制器500可设定置顶交换机ToR以及路径上须通过的波长选择交换器，使得光信号选择以第二传输模块220a的波长往东利用传输环Ring2传输光信号至光塞取子系统200b。另一方面，对于光塞取子系统200b，软件定义网络控制器500可设定置顶交换机ToR以及路径上须通过的波长选择交换器，使得光信号选择以第一传输模块210b的波长往西利用传输环Ring1传输光信号至光塞取子系统200a，依此类推。

换言之，SDN控制器500可用以于传输环Ring1上光塞取子系统200a至光塞取子系统200b的光路径发生断线时，相应设置置顶交换器ToR以及路径上须通过的波长选择交换器，以通过第二传输模块220a～220e建立传输环Ring2上光塞取子系统200a至光塞取子系统200b的光隧道。在部分实施例中，软件定义网络控制器500亦可用以于传输环Ring2上光塞取子系统200b至光塞取子系统200a的光路径发生断线时，相应设置置顶交换器ToR以及路径上须通过的波长选择交换器，以通过第一传输模块210a～210e建立传输环Ring1上光塞取子系统200b至光塞取子系统200a的光隧道。

请参考图12。图12是根据本公开内容部分实施例所示出的第一层网络T1与第二层网络T2之间的保护路径设计示意图。如先前段落所述，每个光塞取子系统200a～200e会以光纤连结到第二层网络T2中两个相邻的光交换连结子系统400a～400e。举例来说，光塞取子系统200c的第一传输模块210c、第二传输模块220c各有一对光纤分别连接至两个相邻的光交换连结子系统400a、400e。因此，当光塞取子系统200c连接至光交换连结子系统400a的光纤发生断线时，光塞取子系统200c可以利用另一条光路径传输光信号至另一个光交换连结子系统400e，然后再转传至目的地光交换连结子系统400a，达到另一种保护路径的目的。

以图12为例，与图9的实施例相同，在本例中群组P1中的机架900c欲传输光信号至另一个群组P2中的机架900a。假设光塞取子系统200c的第一传输模块210c连接至一个光交换连结子系统400a的光纤发生断线，则可通过软件定义网络控制器设置置顶交换机ToRc的设定选择改以第二传输模块220c的波长传输光信号至另一个光交换连结子系统400e，然后再转传至目的地光塞取子系统200a。如图中路径RP3所示，在部分情况下，光信号可能先从光交换连结子系统400e转传至另一个光交换连结子系统400a，再由光交换连结子系统400a传至目的地光塞取子系统200a。具体的端到端传输细节以于先前段落中详细说明，故不再于此赘述。

换言之，软件定义网络控制器500还可用以于光塞取子系统200c至光交换连结子系统400a的光路径发生断线时，相应设置置顶交换器ToRc以建立光塞取子系统200c至光交换连结子系统400e的光隧道(如：路径RP3)。相似地，软件定义网络控制器500亦可用以于光塞取子系统200c至光交换连结子系统400e的光路径发生断线时，相应设置置顶交换器ToRc以建立光塞取子系统200c至光交换连结子系统400a的光隧道。

如此一来，不论是第一层网络T1内部的光纤发生断线、第二层网络T2内部的光纤发生断线、或是第一层网络T1与第二层网络T2之间的纵向传输光纤发生断线，智能定义光隧道网络系统100皆能通过余备的路径建立光隧道，实现各个光节点之间的信号传输，以实现不同机架当中相异服务器之间的数据传输。

在本公开内容部分实施例中，各个波长选择交换器皆可由一或多个1x1(1进1出)的波长阻隔器(Wavelength Blocker，WB)所组成的阵列设计实现。波长阻隔器可采用数字光处理器(Digital light processor，DLP)技术，以提高切换速度。在部分实施例中，其阵列切换时间只需约100微秒(microsecond，μs)，因此具备更快速与实时的全光数据中心网络交换能力。

综上所述，在本公开的各个实施例中，提出了新的网络架构，使得智能定义光隧道网络系统100中可重复利用相同波长，以节省波长资源。此外，在第一层网络T1采取环状的架构设计，可在不须更换内部架构下任意扩增单一群组内的光节点数量，亦可以在同一个群组内部扩增传输环的数量。具有较佳的扩充性，并可实现更弹性的渐进式架构布建。举例来说，在图1所示的实施例中，第一层网络T1包含四个群组P1～P4，但本公开文件并不此为限，若整体系统需要容纳更多机架之间的信息交换，可以在不改变整体网络架构的情况下，增加更多群组数量，例如可以新增第五个群组、或进一步新增第六个群组，依此类推。此外，图1所示的实施例中，群组P1所包含的光节点数量为五个，如五个光塞取子系统200a～200e，但本公开文件并不此为限，若整体系统需要容纳更多机架之间的信息交换，可以在不改变整体网络架构的情况下，在局部群组(或全部群组)增加一个或多个光节点，举例来说，当有扩充需求时，群组P1可以进一步包含一个新的光节点，共包含六个光节点，而群组P2～P4可以维持包含五个的光节点，如有新的扩充需求，则可以在其他群组(例如群组P2)加入新的光节点，依此类推，借此达到渐进式架构布建。

另一方面，简化了第二层网络T2中的光交换线路，并于各个光纤传输间都设计有保护路径，不论是第一层网络T1内、第二层网络T2内、或是第一层网络T1与第二层网络T2之间的光纤断线，智能定义光隧道网络系统100皆能通过保护路径进行光信号的传输。

如此一来，便可实现低延迟、高频宽、低能耗的智能定义光隧道网络系统100，并提高可靠性、可扩充性、波长的重复利用，降低了布线复杂度。另外，基于光传输系统所具备的传输率通透(data rate transparency)特性，光隧道网络在一定范围内可以承载任意传输率的光信号而不需要更改光元件设计。因此，进行系统升级时，智能定义光隧道网络系统100只需要将10G的DWDM光收发模块换成100G规格的DWDM光收发模块即可将波长传输率从10Gbit/s升级至100Gbit/s，大幅增加系统传输率的弹性布建，并节省大量的硬件设备升级成本。

请参考图13。图13为根据本公开部分实施例所示出的智能定义光隧道网络系统100的示意图。如图13所示，智能定义光隧道网络系统100还包含软件定义网络控制器(Software-Defined Networking Controller，SDN controller)500。操作上，软件定义网络控制器500将指令发送至光交换机(如：光交换连结子系统400a、光塞取子系统200)和置顶交换器ToR。

在部分实施例中，软件定义网络控制器500可为集成电路如微控制单元(microcontroller)、中央处理器、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、特殊应用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、复杂型可编程逻辑元件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可程序化闸阵列(Field-programmable gate array，FPGA)、逻辑电路或电子计算机，用以进行运算或数据处理。

结构上，软件定义网络控制器500耦接光交换连结子系统、光塞取子系统和置顶交换器，如图中所示出的光交换连结子系统400a、光塞取子系统200和置顶交换机TOR。为方便理解并简化说明，软件定义网络控制器500和部分元件的耦接关系并未示出于图13中。具体而言，软件定义网络控制器500可通过以太网络线(ethernet cable)耦接所有光交换连结子系统、光塞取子系统和置顶交换器。此外，在以下实施例的说明内容和附图中，为了方便说明起见，若使用光交换连结子系统OSIS则代表不特定的任一个光交换连结子系统，若使用光塞取子系统OADS则代表不特定的任一个光塞取子系统OADS。例如：光交换连结子系统OSIS可以是图1中5个光交换连结子系统400a～400e里面的任意一个光塞取子系统。光塞取子系统OADS可以是图1中25台光塞取子系统200里面的任意一台光塞取子系统。

请参考图14。图14为根据本公开部分实施例所示出的软件定义网络控制器500的功能方框示意图。如图14所示，软件定义网络控制器500包含光隧道排程模块(TunnelScheduler)520、设定管理模块(Configuration Manager)540、频宽使用率监控模块(Bandwidth Usage Monitor)560、拓扑转换模块(Topology Transformer)580和共用数据库(Shared Memory)590。光隧道排程模块520包含预先分配子模块(Pre-allocationModule)522和动态分配子模块(Dynamic Allocation)524。设定管理模块540包含光节点设定子模块(Optical Node CM)542和置顶交换机设定子模块(ToR Switch CM)544。频宽使用率监控模块560包含统计处理器(Statistics Handler)562和波长使用处理器(WavelengthUsage Handler)564。

结构上，光隧道排程模块520耦接设定管理模块540、频宽使用率监控模块560和共用数据库590。频宽使用率监控模块560耦接光隧道排程模块520和共用数据库590。拓扑转换模块580耦接共用数据库590。于一实施例中，设定管理模块540及频宽使用率监控模块560包含可执行的软件逻辑指令，上述软件逻辑指令被载入至软件定义网络控制器500当中的处理电路(例如处理器、控制单元或系统单芯片)并由上述处理电路加以执行。用以执行设定管理模块540的处理电路耦接光交换连结子系统OSIS、光塞取子系统OADS和置顶交换器ToR。用以执行频宽使用率监控模块560的处理电路耦接置顶交换器ToR。上述设定管理模块540及频宽使用率监控模块560可由相同或相异的处理电路加以执行。

操作上，拓扑转换模块580用以根据拓扑数据(Topology data)计算路由路径表(Routing Path Table)T_Rout，并将路由路径表T_Rout以及拓扑数据存储至共用数据库590。拓扑数据包含光节点数量和分布。例如，在图13的实施例中，智能定义光隧道网络系统100包含至少30个光节点，分别是5个光交换连结子系统OSIS和25个光塞取子系统OADS。路由路径表T_Rout包含光塞取子系统OADS中任一者至任另一者的多个路由路径。其中，一个路由路径为一个光隧道中光信号的一条传输路径，如图9中的路径RP1。换言之，路由路径表T_Rout包含智能定义光隧道网络系统100中任一个光塞取子系统与其他所有光塞取子系统之间可能存在的所有路由路径。关于路由路径表T_Rout将于后续段落中叙明。

光隧道排程模块520用以根据路由路径表T_Rout规划、建置光隧道网络，并根据规划建置的光隧道网络中光隧道的路由路径和波长信息传送控制命令CC至设定管理模块540。设定管理模块540用以根据控制命令CC输出控制信号CS至光交换机(光交换连结子系统OSIS、光塞取子系统OADS)和置顶交换机ToR。频宽使用率监控模块560用以自置顶交换机ToR接收智能定义光隧道网络系统100的数据流统计数据DATA_stat，并根据数据流统计数据DATA_stat计算光隧道频宽使用率。若光隧道频宽使用率超过预设区间(即，光隧道频宽使用率过高或过低)时，频宽使用率监控模块560用以传送频宽负载通知Alarm至光隧道排程模块520。光隧道排程模块520还用以根据光隧道频宽使用率和光隧道频宽负载通知重新规划光隧道网络以调整控制命令CC。

此外，光隧道排程模块520还用以将光隧道网络数据存储至共用数据库590及/或自共用数据库590读取光隧道网络数据。光隧道网络数据包含多个光隧道。这些光隧道各自包含一个路由路径和一个波长。换言之，光隧道网络数据包含整个智能定义光隧道网络系统100中的光隧道所使用的路由路径以及波长，以及数据流所经过的光隧道。光隧道网络数据用于设置数据流所经过的所述多个光隧道。具体而言，光隧道排程模块520通过写入指令W_tun将光隧道网络数据存储至共用数据库590。光隧道排程模块520通过读取指令R_tun自共用数据库590读取光隧道网络数据。频宽使用率监控模块560亦用以将数据流统计数据DATA_stat以及光隧道频宽使用率存储至共用数据库590及/或自共用数据库590读取数据流统计数据DATA_stat以及光隧道网络数据。具体而言，频宽使用率监控模块560通过写入指令W_stat将数据流统计数据DATA_stat存储至共用数据库590，并通过写入指令W_use将光隧道频宽使用率写入共用数据库590。频宽使用率监控模块560通过读取指令R_stat自共用数据库590读取数据流统计数据DATA_stat，并通过读取指令R_tun来取得光隧道网络数据。

关于光隧道排程模块520的详细操作请参考图15A和图15B。图15A和图15B为根据本公开部分实施例所示出的软件定义网络控制器500的细节功能方框示意图。如图15A所示，在智能定义光隧道网络系统100初始化时，光隧道排程模块520中的预先分配子模块522用以根据路由路径表T_Rout规划初始预设的光隧道网络。规划好的初始预设光隧道网络包含多个光隧道。多组光隧道包含多组路由路径及波长。接着，预先分配子模块522根据规划好的初始预设的光隧道网络传送光节点控制命令CC_opt至光节点设定子模块542，并接收光节点设定子模块542回传成功建置的回复信息Reply。接着，再由预先分配子模块522根据规划好的光隧道的路由路径及波长传送置顶交换机控制命令CC_ToR至置顶交换机设定子模块544。此外，完成光隧道建置后，由预先分配子模块522通过写入指令W_tun将光隧道网络数据存储至共用数据库590。

举例来说，请参考图16。图16是预先分配子模块522所建立的光隧道网络中任一个光塞取子系统OADS(x)与其他光塞取子系统OADS(x+1)～OADS(x+24)之间的光隧道的示意图。在此实施例中，一个群组(Pod)包含5个光塞取子系统(如群组P1包含OADSx、OADSx+1、OADSx+2、OADSx+3、OADSx+4)。智能定义光隧道网络系统100总共有5个群组P1～P5。每台光塞取子系统OADS分别使用8个不同的波长和8个相应路径建立8条光隧道。如图16所示，光塞取子系统OADS(x)使用8个波长b1、b2、r3、r4、b5、b6、r7、r8建立8条光隧道。值得注意的是，每条光隧道的来源端和目的地端都是使用相同的独立环网(如：图3A中的第一传输环Ring1或第二传输环Ring2)。在本实施例中，为方便说明起见，仅以两个传输环Ring1、Ring2作为示例，然其数量不以此为限。而传输环Ring1中第一频带的波长皆以b开头来代表，如：b1～b8，传输环Ring2中第二频带的波长皆以r开头来代表，如：r1～r8。此外，在本实施例的说明内容和附图中，为了方便说明起见，若使用某一元件编号或信号编号时没有指明该元件编号或信号编号的数字索引，则代表该元件编号或信号编号是指称所属元件群组或信号群组中不特定的任一元件或信号。例如：光塞取子系统OADS(x)可以是25台光塞取子系统里面的任意一台，并以OADS(x+5)表示光塞取子系统OADSx东边第一个群组里面和光塞取子系统OADS(x)使用相同波长的光塞取子系统，以OADS(x+10)表示光塞取子系统OADSx东边第二个群组里面和光塞取子系统OADS(x)使用相同波长的光塞取子系统。依此类推，以OADS(x+20)表示光塞取子系统OADS(x)东边第四个(即西边第一个)群组里面和光塞取子系统OADS(x)使用相同波长的光塞取子系统。

针对预先分配子模块522建立群组内(intra-Pod)光隧道的其中一种做法是分配给光塞取子系统(如：OADS(x))四种不同的波长用以建立到同一个群组(如P1)内的其他4台光塞取子系统(如OADS(x+1)～OADS(x+4))的光隧道。例如：以波长b1用在到光塞取子系统OADS(x)的西边第一个光塞取子系统OADS(x+4)的光隧道，波长b2用在到光塞取子系统OADS(x)的西边第二个光塞取子系统OADS(x+3)的光隧道，波长r3用在到光塞取子系统OADS(x)的东边第一个光塞取子系统OADS(x+1)的光隧道，波长r4用在到光塞取子系统OADS(x)的东边第二个光塞取子系统OADS(x+2)的光隧道。而对预先分配子模块522建立群组间(inter-Pod)光隧道的其中一种做法是分配给光塞取子系统(如OADS(x))另外4种不同的波长以建立到不同群组(如P2～P5)的其他4台光塞取子系统(如OADS(x+5)、OADS(x+10)、OADS(x+15)、OADS(x+20))的光隧道。例如：以波长r7用在到光塞取子系统OADS(x)的东边第一个群组的光塞取子系统OADS(x+5)，波长r8用在到光塞取子系统OADS(x)的东边第二个群组的光塞取子系统OADS(x+10)，波长b6用在到光塞取子系统OADS(x)的东边第三个(或西边第二个)群组的光塞取子系统OADS(x+15)，波长b5用在到光塞取子系统OADS(x)的东边第四个群组(或西边第一个)的光塞取子系统OADS(x+20)。所有由预先分配子模块522所建立从光塞取子系统OADS(x)出发的光隧道所使用的波长总结如表三所示。

表三

在图17的实施例中，以x为1时的光塞取子系统OADS1为例，并配合图3A中传输环Ring1和Ring2所被分配的波长进行说明。如图3A中的光塞取子系统200a的第一传输模块210使用包含波长λ1-λ8的频带，在图17中光塞取子系统OADS1在传输环Ring1中第一频带波长b1～b8是λ1～λ8。又例如，在图3A中的光塞取子系统200a的第二传输模块220使用包含波长λ9-λ16的频带，图17中光塞取子系统OADS1在传输环Ring2中第二频带波长r1～r8是λ9～λ16。换言之，光塞取子系统OADS1所建立的8个光隧道中所被分配到的使用波长如图17所示，对于群组内的光隧道，光塞取子系统OADS1被分配使用λ1，λ2，λ11，λ12用以建立到光塞取子系统OADS5，OADS4，OADS2及OADS3的光隧道。对于群组间的光隧道，光塞取子系统OADS1则分别被分配使用λ5，λ6，λ15，λ16用以建立到光塞取子系统OADS21，OADS16，OADS6及OADS11的光隧道。

通过上述的光隧道配置，每个光塞取子系统OADS都会有一条光隧道连通到同一个群组的其他任意OADS，而且也会有一条光隧道连通到其他任意群组的其中一个OADS。因此，只要再利用中继光隧道(Tunnel Relay)的技术，便可以使得两个没有光隧道直接连通的光塞取子系统OADS通过中继最多两条已建立好的光隧道来连通，从而建立所有机柜到其他所有机柜的联通管道。具体例子可以参考后续关于设定管理模块540的详细操作的说明。预先分配子模块522详细执行以建立光隧道网络的演算法如图18所示。特别注意，由预先分配子模块522建立光隧道网络的方法并不一定局限在此演算法，可让所有机柜中的服务器和其他所有机柜中的服务器通过由预先分配子模块522所建置的基本光隧道直接或以中继的方式传输数据的方法，便在本公开内容的范围内。

综上所述，预先分配子模块522与其他主要模块交换信息的关联如图15A所示。预先分配子模块522会向设定管理模块540发送建置光隧道网络的控制命令CC_opt，等收到成功建置的回复信息Reply后，再发送更改流程表(flow table)的控制命令CC_ToR至置顶交换机设定子模块544。最后再将所有对智能定义光隧道网络系统100的设定(如：光隧道网络数据)记录到共用数据库590。预先分配子模块522运行的流程S19如图19所示，先从共用数据库590读入分配方法及/或策略，然后根据分配方法及/或策略计算出所有的光隧道的路径及使用的波长，最后对光交换机(光交换连结子系统OSIS、光塞取子系统OADS)及置顶交换机ToR做相关的设定。

在部分实施例中，如图15B所示，光隧道排程模块520中的动态分配子模块524用以接收频宽使用率监控模块560的频宽负载通知Alarm，以及通过读取指令R_tun自共用数据库590读取光隧道网络数据。动态分配子模块524用以根据频宽负载通知Alarm和光隧道网络数据重新规画光隧道网络数据布建，根据重新规划后的光隧道网络数据的结果调整并传送光节点控制命令CC_opt至光节点设定子模块542，并接收光节点设定子模块542回传成功建置的回复信息Reply。接着，动态分配子模块524用以根据重新规划后的光隧道网络数据以调整并传送交换机控制命令CC_ToR至交换机子模块544。此外，动态分配子模块524用以通过写入指令W_tun将重新规划后的光隧道网络数据存储至共用数据库590。

具体而言，频宽负载通知Alarm包含过载通知(overload alarm)和轻载通知(underload alarm)。当频宽负载通知Alarm为过载通知时，动态分配子模块524用以根据光隧道分配演算法(tunnel allocation algorithm)进行计算以决定建立新的光隧道(tunnel creation)及/或分流光隧道(tunnel splitting)。当频宽负载通知Alarm为轻载通知时，动态分配子模块524用以合并光隧道(tunnel merging)及/或移除光隧道(tunnelremoval)。

当动态分配子模块524接收到过载通知的信息后，会用光隧道分配演算法进行最佳化计算，决定建立新的光隧道(tunnel creation)或用现存使用率较低的光隧道，将过载光隧道中的数据流进行分流的动作(tunnel splitting)，以防止光隧道溢满造成封包丢失。关于何时及如何发送频宽负载通知Alarm的具体例子可以参考后续关于频率使用率监控模块560的详细操作的说明。

如图20A的例子，使用波长λ1和路径RP4的光隧道的频宽使用率处于过载(例如：7.5～10Gbps)的状况，分配演算法便在与路径RP4相同的来源端(机架900d)及目的端(机架900e)之间进行建立新的光隧道(如图20B中使用波长λ2和路径RP5的光隧道)，并利用此新建立的光隧道来将原本使用波长λ1的光隧道中高负载的数据流进行分流(数据一部分以波长λ1走路径RP4(例如：2.5～5Gbps)，一部分以波长λ2走路径RP5(例如：5～7.5Gbps))，这个过程便称为光隧道分流。当然，如前所述，分配演算法也可以决定找现存的光隧道或通过中继的多条光隧道来进行分流，而不建新的光隧道，所以不一定会有建立新的光隧道的操作。也就是将分流的数据流合并到现有的光隧道。但前提是合并后的光隧道不能造成过载。

处理高负载隧道的详细运行流程S21如图21所示。当收到过载通知，找到频宽使用率处于过载的光隧道以及过载的光隧道中数据流量最大的数据流。根据光隧道分配演算法寻找现存可供使用的光隧道并将数据流导引至该找到的光隧道中以进行分流。若找不到现存的光隧道足以进行分流，则建立新的光隧道后再进行分流。

另一方面，当动态分配子模块524接收到轻载通知的信息时，会将轻载光隧道内的数据流合并到其他的现存光隧道(tunnel merging)，并进行光隧道移除(tunnelremoval)。如图22A所示，在相同的来源端(机架900f)及目的端(机架900g)之间，当原本使用波长λ1及路径RP6和使用波长λ2及路径RP7的两个光隧道的频宽使用率处在轻载(例如：0～2.5Gbps)的状况，动态分配子模块524便可将这两个光隧道内的数据流合并到其中一个光隧道内，这个过程便称为光隧道合并。举例来说，将两个光隧道合并到图22B中使用波长λ1及路径RP6的光隧道，且在光隧道合并后对使用波长λ2及路径RP7的光隧道进行光隧道移除。需要注意的是合并后的路径RP6必须不能造成过载(例如：维持于2.5～5Gbps)，否则就必须找其他的光隧道进行合并。因此分配演算法需要通盘考虑整体光隧道的负载平衡以作出光隧道与流量配置的决策。

处理低负载隧道的详细运行流程S23如图23所示。当收到轻载通知，考量整体光隧道的负载平衡以作出光隧道与流量配置后，进行光隧道合并以及光隧道移除。

图24为光隧道分配演算法的例子，其用单纯的依序(sequential)方式来处理过载和轻载的情况，也就是当需要建置新的光隧道时，会挑第一个可用的路径和波长，并安排数据流的分流或合并，而不考量系统最佳化。因此，该分配演算法只是最基本的作法。依据不同的目标，例如欲达到系统最大吞吐量、或是达到光隧道负载最平衡、或是变动最少光隧道等等不同目标，分配演算法的设计都会有所不同。为了达到快速并最佳化的计算，甚至必须引入机器学习到分配演算法中。该演算法中的输入是过载通知所在的光隧道或者轻载通知所在的光隧道。

关于设定管理模块540的详细操作请参考图25。图25为根据本公开部分实施例所示出的软件定义网络控制器500的细节功能方框示意图。如图25所示，光节点设定子模块542用以接收光隧道排程模块520的光节点控制命令CC_opt，根据光节点控制命令CC_opt转换为波长选择交换器控制信号CS_WSS，并将波长选择交换器控制信号CS_WSS输出至光交换机(光交换连结子系统OSIS、光塞取子系统OADS)。接着，光节点设定子模块542用以接收光交换机(光交换连结子系统OSIS、光塞取子系统OADS)回传成功/失败设定的回复信息Reply，并将回复信息Reply回传至光隧道排程模块520。此外，如图25所示，置顶交换机设定子模块544用以接收光隧道排程模块520的交换机控制命令CC_ToR，并将交换机控制信号CS_ToR传送至置顶交换机ToR。

关于如何通过交换机控制命令CC_ToR来实现中继光隧道(tunnel relay)的详细说明如下。一条光隧道可以直接连结两个特定的光塞取子系统OADS。中继光隧道的作法是让光信号先通过第一条光隧道，到达某光塞取子系统OADS并转成电信号进入相连的置顶交换器ToR之后马上又转成光信号并进入第二条光隧道，最终到达目的地的光塞取子系统OADS。假设目前光隧道网络状态如图26所示，有两条已经存在的光隧道，两个光隧道各自包含路径RP8和RP9。路径RP8是从置顶交换机ToR_1，经过光塞取子系统OADS_1、光交换连结子系统OSIS和光塞取子系统OADS_2，到置顶交换机ToR_2。路径RP9是从置顶交换机ToR_2，经过光塞取子系统OADS_2和光塞取子系统OADS_3，到置顶交换机ToR_3。此时，若光隧道排程模块520决定用中继光隧道的方式来建立置顶交换机ToR_1到置顶交换机ToR_3的传输通道，便由光隧道排程模块520通过置顶交换机设定子模块544将交换机控制信号CS_ToR传送至置顶交换机ToR以设定置顶交换器ToR_1和ToR_2。通过设定使置顶交换器ToR_1和ToR_2加上适当的流程条目(flow entry)，便能使得封包得以从置顶交换机ToR_1经过路径RP8和路径RP9到达置顶交换机ToR_3。具体而言，当置顶交换机ToR收到封包时，会根据流程表(flow table)中符合配对的流程条目来进行封包的传送。因此，经由交换机控制信号CS_ToR更改流程表中的流程条目便能控制封包的传送路径。进一步说明，流程条目主要由配对栏位(match field)和动作栏位(action)所组成。而配对栏位里面又由其他一个或多个栏位组成，例如来源IP，目的IP，或是其他OpenFlow支援的栏位如Vlan ID等等。动作栏位主要是由输出栏位组成，代表从置顶交换器的哪个埠(port)送出封包。因此，若欲使用中继光隧道(路径RP8和路径RP9)的方式来建立置顶交换机ToR_1到置顶交换机ToR_3的传输通道，首先，设定置顶交换机ToR_1，使得置顶交换机ToR_1加上一道新的流程条目flow entry:{Match[src:IP in ToR_1，Dst:IP in ToR_3]，Action[output:port of tunnel 1]}。接着，设定置顶交换器ToR_2，使置顶交换器ToR_2加上流程条目flow entry:{Match[src:IPin ToR_1，Dst:IP in ToR_3]，Action[output:port of tunnel 2]}。而置顶交换器ToR_3原有已经就存在了流程条目flow entry：{Match[Dst:IP in ToR_3]，Action[output:portof server]}，不需要额外设定。其中src代表来源IP位址，Dst代表目的IP位址。tunnel 1是使用波长λ1及路径RP8的光隧道，tunnel 2是使用波长λ2及路径RP9的光隧道。

如此一来，因为加了这些流程条目之后，当置顶交换器ToR_1收到的封包中src是自己且Dst是置顶交换器ToR_3时，置顶交换器ToR_1会先检查流程表(flow table)中看有没有可以符合配对的流程条目。当发现有一条流程条目为{Match[src:IP in ToR_1，Dst:IP in ToR_3]，Action[output:port of tunnel 1]}符合配对时，便根据流程条目中的动作栏位把封包从使用波长λ1及路径RP8的光隧道tunnel 1所连接的埠传送出去，因为光隧道已经建立好，所以封包会通过光隧道路径RP8到达置顶交换器ToR_2。同样地，当置顶交换器ToR_2检查流程表发现有符合配对的流程条目{Match[src:IP in ToR_1，Dst:IP inToR_3]，Action[output:port of tunnel 2]}时，便根据流程条目中的动作栏位将封包从使用波长λ2及路径RP9的光隧道tunnel 2所连接的埠传送出去。当封包将通过光隧道路径RP9到达置顶交换器ToR_3之后，置顶交换器ToR_3发现封包中的Dst是自己的IP位址，便根据流程条目中的动作栏位将封包送到对应服务器所连接的埠。据此，封包能利用中继光隧道的技术到达目的端服务器，而不需要额外建置光隧道。

关于频宽使用率监控模块560的详细操作请参考图27。图27为根据本公开部分实施例所示出的软件定义网络控制器500的细节功能方框示意图。如图27所示，频宽使用率监控模块560中的统计处理器562用以通过请求信息Request要求置顶交换机ToR传送数据流统计数据DATA_stat，接收数据流统计数据DATA_stat并根据数据流统计数据DATA_stat计算数据流数据流量。接着，统计处理器562用以通过写入指令W_stat将数据流数据流量存储至共用数据库590。此外，在所有的数据流数据流量存储完毕后，统计处理器562用以通过触发信息Trigger触发频宽使用率监控模块560中的波长使用处理器564，使频宽使用率监控模块560开始计算光隧道频宽使用率。

如图27所示，波长使用处理器564用以通过读取指令R_stat自共用数据库590读取数据流数据流量，并通过读取指令R_tun读取光隧道网络数据，波长使用处理器564用以根据数据流数据流量计算光隧道频宽使用率，并通过写入指令W_use将光隧道频宽使用率存储至共用数据库590。此外，波长使用处理器564用以判断光隧道频宽使用率是否有过高或过低的状况。若光隧道频宽使用率过高或过低时，则波长使用处理器564用以根据光隧道频宽使用率传送频宽负载通知Alarm至光隧道排程模块520。

关于频宽使用率监控模块560如何监控智能定义光隧道网络系统100中每一个光隧道的光隧道频宽使用率，请参考图28。如图28所示，一个数据流(dataflow)在智能定义光隧道网络系统100中端点到端点的传输流程包含三个部分，分别由不同的虚线标示。首先，在第一部分，从来源端的机柜产生的数据流先送到来源端的置顶交换器ToR_4，置顶交换器ToR_4便根据数据流中封包的来源IP位址以及目的IP位址与流程表中所有流程条目的配对栏位进行比对。通过使用适当的配对栏位，便能够确定同一个数据流的封包都会比对到同一条流程条目。比对符合后，数据流便会根据该流程条目的动作栏位被导到对应的光隧道(例如，在图28中，数据流会从置顶交换器ToR_4的输出埠进入来源端的光塞取子系统OADS_4)。数据流被导入的同时，置顶交换器ToR_4也会依据数据流的封包数目、大小，来更新流程条目中计数器栏位中的已配对位元组(matched bytes)，也就是该数据流的数据流量。接着，在第二部分，数据流经过光隧道从来源端的光塞取子系统OADS_4传输到目的地的光塞取子系统OADS_5。最后，在第三部分，目的地的置顶交换器ToR_5接收从光塞取子系统OADS_5传来的数据流。并由置顶交换器ToR_5比对流程条目，将数据流的封包送到对应的输出埠(即目的地的服务器)，完成数据流传送。

从上述数据流传输流程可以得知，所有的数据流都要通过来源端的置顶交换器ToR_4的流程条目比对才会导往光隧道网络。而数据流的流量大小则会被记录于流程条目中计数器栏位中的已配对位元组。通过对计数器栏位的以配对位元组做运算，便可以求得流程条目的数据流量，此数据流量便能够反映出通过该条流程条目送至光隧道的数据流流量。通过这个特性，频宽使用率监控模块560会收集并计算各个来源端置顶交换器中所有的流程条目的数据流量，并且，将属于同一个光隧道内的所有流程条目的数据流量做相加，如此一来，便能计算出任一光隧道的频宽使用率。

换言之，频宽使用率监控模块560中的统计处理器562会定期向置顶交换器ToR取得OpenFlow数据流统计数据，并根据数据流统计数据计算出流程条目的数据流量，然后写入共用数据库590的数据流状态表(Flow_Status Table)中。当所有流程条目的数据流量都记录完毕后，波长使用处理器564便开始统计光隧道的频宽使用率。通过光隧道数据流表(Flows_in_Tunnel Table)，波长使用处理器564可以得知每一个光隧道内有哪些流程条目。然后，再根据数据流状态表，把光隧道内流程条目的数据流量加总，便能算出该隧道的波长使用率。当所有光隧道的频宽使用率计算并记录完毕后，波长使用处理器564会逐一检察每个隧道的使用状况。若发现某个隧道有流量过载或轻载的状况，且该状况已经持续了一段的时间，便会向光隧道排程模块520发出警告通知。

如此一来，当光隧道的频宽使用率过高时，频宽使用率监控模块560便会发出过载通知的频宽负载通知Alarm至光隧道排程模块520以建立新的光隧道及/或分流光隧道。反之，当光隧道的频宽使用率过低时，频宽使用率监控模块560便会发出轻载通知的频宽负载通知Alarm至光隧道排程模块520以合并光隧道及/或移除光隧道。

在部分实施例中，由于智能定义光隧道网络系统100可支援渐进式布建，而依照机柜数量不同，光节点的数量及/或分布状况可能会有所差异(例如：光交换连结子系统、光塞取子系统的数量不同)。因此，光节点之间的路由路径也将不同。拓扑转换模块580用以根据外界输入(如：使用者输入)的拓扑数据计算路由路径表T_Rout，并将路由路径表T_Rout以及拓扑数据存入共用数据库590。具体而言，拓扑数据包含光节点数量和光节点连结。路由路径表T_Rout包含智能定义光隧道网络系统100中任一个光塞取子系统与其他所有光塞取子系统之间可能存在的所有路由路径。

路由路径表T_Rout可进一步分为群组内的路由路径表(Intra-Pod Routing PathTable)以及群组间的路由路径表(Inter-Pod Routing Path Table)。表四是群组内的路由路径表的内容。在表四中，路由路径共有两种，分别是使用第一传输环Ring1所建立的第一类路由路径和使用第二传输环Ring2所建立的第二类路由路径。此外，表四中的路由路径函数(routing path function)的功能是当输入的来源光塞取子系统OADS以及目的地光塞取子系统OADS的编号配对后，会计算出第一类对应的群组内路由路径和第二类对应的群组内路由路径。在路由路径函数中，以(SP，SR)代表来源光塞取子系统OADS是属于哪个来源群组(source Pod，SP)中的哪个来源机柜(source rack，SR)，并以(DP，DR)代表目的地光塞取子系统OADS是属于哪个目的群组(destination Pod，DP)中的哪个目的机柜(destinationrack，DR)。具体而言，图29是针对第一类的群组内路由路径函数的详细内容。此演算法根据使用者输入的来源群组SP、来源机柜SR、目的群组DP、目的机柜DR、路由路径种类以及系统中记录的拓扑信息，找出以光塞取子系统OADS(SP，SR)为起点，沿着第一传输环Ring1，可到达光塞取子系统OADS(DP，DR)的路由路径。其中，函数输出(Function output)共有两个栏位：OADS_Sender和OADS_Rcve。OADS_Sender代表来源光塞取子系统OADS的编码(index)以及哪一个传输模块(210或220)。OADS_Rcve代表目的光塞取子系统OADS的编码以及哪一个传输模块(210或220)。根据函数输出，便能找出这条路由路径会经过哪些光节点以及需要设定哪些对应的光元件。对于第二传输环Ring2的做法也类似。

路由路径类型	路由路径函数
		第一类	Intra_Pod_Rpath_Type_1(SP,SR,DP,DR)
第二类	Intra_Pod_Rpath_Type_2(SP,SR,DP,DR)

表四

举例来说，如图30所示，来源光塞取子系统OADS(SP，SR)与目的光塞取子系统OADS(DP，DR)是在同一个群组内，因此两者之间的路由路径属于群组内路由路径。当系统决定要在来源光塞取子系统OADS(SP，SR)与目的光塞取子系统OADS(DP，DR)之间建立第一类的路由路径时，便会将来源光塞取子系统OADS(SP，SR)中的来源群组SP、来源机柜SR，目的光塞取子系统OADS(DP，DR)中的目的群组DP、目的机柜DR做为输入，并呼叫表四中的第一类的路由路径函数Intra_Pod_Rpath_Type_1(SP,SR,DP,DR)进行运算。根据图29的演算法，可得到函数输出为OADS_Sender:(Ring_1，SP，SR)、OADS_Rcver:(Ring_1，DP，DR)。由此可知，根据路由路径函数所找到的该路由路径是以光塞取子系统OADS(SP，SR)中的传输模块210a为起点，沿着第一传输环Ring1，到达OADS(DP，DR)中的传输模块210b。通过设定该路由路径沿途中所有的光元件，系统便能并建置如图30所示的路由路径。

表五为群组间路由路径表(Inter-Pod Routing Path Table)，表中记录的群组间路由路径共有四种；分别是Type 11、Type 12、Type 21、及Type 22。Type 11是使用第一传输环Ring1从来源光塞取子系统OADS上到第二层的光交换连结子系统OSIS，并使用第一传输环Ring1下到目的光塞取子系统OADS的路由路径。Type 12对应使用第一传输环Ring1从来源光塞取子系统OADS上到第二层的光交换连结子系统OSIS，并使用第二传输环Ring2下到目的光塞取子系统OADS的路由路径。Type 21、Type 22依上述规则，可以类推。而群组间路由路径函数(inter-Pod routing path function)的使用方式与群组内路由路径函数的使用方式一样，系统只要输入来源群组SP、来源机柜SR、目的群组DP、目的机柜DR以及路由路径种类，便能够动态的计算出该路由路径。图31是以Type 11的路由路径函数演算法为例，此演算法根据使用者输入的来源光塞取子系统OADS(SP，SR)中的来源群组SP、来源机柜SR，目的光塞取子系统OADS(DP，DR)中的目的群组DP、目的机柜DR、路由路径种类(Type 11、Type 12、Type 21、或Type 22)及系统中拓扑的信息，找出从来源光塞取子系统OADS(SP，SR)的传输模块210上到来源光交换连结子系统OSIS(source OSIS)，并以最短路径走到目的光塞取子系统OADS(DP，DR)的传输模块210所连接的目的光交换连结子系统OSIS(destination OSIS)，再从目的光交换连结子系统OSIS下到目的光塞取子系统OADS(DP，DR)的群组间路由路径。其中，函数输出共有四个栏位：OADS_Sender、OSIS_EW、OSIS_South、OADS_Rcver。OADS_Sender代表来源光塞取子系统OADS的编码以及属于哪一个传输模块(210或220)。OSIS_EW代表来源光交换连结子系统OSIS的编码及第二层路由方向(往东或往西)。OSIS_South代表目的光交换连结子系统OSIS的编码及属于哪个传输模块。OADS_Rcver代表目的光塞取子系统OADS的编码以及属于哪个传输模块。根据函数输出便能找出这条路由路径会经过哪些光节点以及需要设定哪些对应的光元件。

路由路径类型	路由路径函数
		Type 11	Inter_Pod_Rpath_Type_11(SP,SR,DP,DR)
Type 12	Inter_Pod_Rpath_Type_12(SP,SR,DP,DR)
		Type 21	Inter_Pod_Rpath_Type_21(SP,SR,DP,DR)
Type 22	Inter_Pod_Rpath_Type_22(SP,SR,DP,DR)

表五

如图32的例子，来源光塞取子系统OADS(SP，SR)与目的光塞取子系统OADS(DP，DR)处在不同的群组内，因此两者之间的路由路径属于群组间路由路径。当系统决定要在来源光塞取子系统OADS(SP，SR)与目的光塞取子系统OADS(DP，DR)之间建立Type 11的路由路径，便会将来源光塞取子系统OADS(SP，SR)中的来源群组SP、来源机柜SR，目的光塞取子系统OADS(DP，DR)中的目的群组DP、目的机柜DR做为输入参数并呼叫Type 11的路由路径函数Inter_Pod_Rpath_Type_11(SP,SR,DP,DR)进行运算。根据图31的演算法，可得函数输出参数为OADS_Sender:(Ring_1，SP，SR)、OSIS_EW:(To_East，SP)、OSIS_South:(Ring_1，DP)、OADS_Rcver:(Ring_1，DP，DR)。因此，可以得知根据路由路径函数所找到的该路由路径为：以来源光塞取子系统OADS(SP，SR)中的传输模块210c为起点，沿着第一传输环Ring1上到第二层的来源光交换连结子系统OSIS(SP)并往东到达目的光交换连结子系统OSIS(DP)，再从目的光交换连结子系统OSIS(DP)沿着第一传输环Ring1下到目的光交换连结子系统OADS(DP，DR)中的传输模块210d。只要通过设定该条路由路径沿途中所有的光元件，系统便能建置如图32所示的路由路径。

如此一来，通过拓扑转换模块580根据拓扑数据计算路由路径表T_Rout，并将路由路径表T_Rout存储至共用数据库590，能够确保路由路径表T_Rout随智能定义光隧道网络系统100的架构变化。

综上所述，在本公开的各个实施例中提出的软件定义网络控制器500，通过不断实时监控智能定义光隧道网络系统100中网络环境状态，包含网络拓墣结构、波长分配状况、网络路由分配状况、波长频宽使用状况、以及数据流流量，然后根据所设计的智能演算法作最佳的光隧道配置及数据流导引。软件定义网络控制器500会在避免路由及波长冲突的条件下，快速的决定最佳的路径路由及波长选择交换器设定，以达到系统最高吞吐率，并进而使得数据流的传输延迟降到最低。

虽然本公开内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开内容，任何本领域技术人员，在不脱离本公开内容的精神和范围内，当可作各种变动与润饰，因此本公开内容的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (7)

1.一种网络系统控制方法，包含：

由一光隧道排程模块根据一路由路径表规划一光隧道网络并根据该光隧道网络的一光隧道网络数据传送一控制命令，其中该光隧道网络包含多个光隧道，所述多个光隧道各自包含一路由路径和一波长；

由一设定管理模块根据该控制命令输出一控制信号至多个光交换机或多个置顶交换机；

由一频宽使用率监控模块自所述多个置顶交换机接收所述多个光隧道的多个数据流的一数据流统计数据，根据该数据流统计数据计算一数据流数据流量和一光隧道频宽使用率，并当该光隧道频宽使用率超出一预设区间时，传送一频宽负载通知；

由该光隧道排程模块根据该频宽负载通知重新规划该光隧道网络。

2.如权利要求1所述的网络系统控制方法，还包含：

由一拓扑转换模块根据一拓扑数据计算该路由路径表，并将该路由路径表和该拓扑数据存储至一共用数据库，其中该拓扑数据包含一光节点数量和一光节点连结，其中该路由路径表包含所述多个光交换机中任一者至任另一者的多个路由路径。

3.如权利要求1所述的网络系统控制方法，还包含：

由该光隧道排程模块的一预先分配子模块根据该路由路径表规划该光隧道网络；

由该预先分配子模块根据该光隧道网络数据传送一光节点控制命令和一交换机控制命令至该设定管理模块；以及

由该预先分配子模块存储该光隧道网络数据至一共用数据库，其中该光隧道网络数据包含所述多个光隧道的所述多个路由路径和所述多个波长，该光隧道网络数据用于设置所述多个数据流所经过的所述多个光隧道。

4.如权利要求3所述的网络系统控制方法，还包含：

由该设定管理模块的一光节点子模块接收该光节点控制命令；

由该光节点子模块根据该光节点控制命令输出一波长选择交换器控制信号至所述多个光交换机；

由该设定管理模块的一交换机子模块接收该交换机控制命令；以及

由该交换机子模块将该交换机控制命令转换成一交换机控制信号输出至所述多个置顶交换机。

5.如权利要求3所述的网络系统控制方法，还包含：

由该频宽使用率监控模块的一统计处理器自所述多个置顶交换机接收该数据流统计数据，并根据该数据流统计数据计算一数据流数据流量；

由该频宽使用率监控模块的一波长使用处理器根据该数据流数据流量计算一光隧道频宽使用率；以及

由该波长使用处理器根据该光隧道频宽使用率传送该频宽负载通知。

6.如权利要求5所述的网络系统控制方法，还包含：

由该光隧道排程模块的一动态分配子模块接收该频宽负载通知；

由该动态分配子模块根据该频宽负载通知重新规划该光隧道网络；

由该动态分配子模块根据重新规划后的该光隧道网络的相应该光隧道网络数据以调整并传送该光节点控制命令和该交换机控制命令；以及

由该动态分配子模块存储重新规划后的该光隧道网络数据至一共用数据库。

7.一种网络系统控制器，用以控制多个光交换机以及多个置顶交换机以布建光隧道，该网络系统控制器包含：

一共用数据库；

一拓扑转换模块，耦接该共用数据库，用以根据一拓扑数据计算一路由路径表，并将该路由路径表存储至该共用数据库；

一光隧道排程模块，耦接该共用数据库，用以根据该路由路径表建置一光隧道网络，并根据该光隧道网络的一光隧道网络数据传送一控制命令；

一设定管理模块，耦接该光隧道排程模块，用以根据该控制命令转换成一控制信号并输出至所述多个光交换机及所述多个置顶交换机；以及

一频宽使用率监控模块，耦接该共用数据库和该光隧道排程模块，用以自所述多个置顶交换机接收一数据流统计数据，根据该数据流统计数据计算一数据流数据流量和一光隧道频宽使用率，并根据该光隧道频宽使用率传送一光隧道频宽负载通知至该光隧道排程模块，该光隧道排程模块还用以根据该光隧道频宽使用率和该光隧道网络数据重新规划该光隧道网络。