CN111698583A - 波长-模式混合复用的片上光交换网络架构及路由算法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种基于波长‑模式混合复用的片上光交换网络架构及路由算法，来解决现有片上光交换网络中交换规模及容量受限的问题。该架构采用片上波长‑模式混合复用技术来提高网络的交换能力。首先，利用微环谐振器设计了片上波长分配模块、模式选择和复用模块以实现任意波长、模式之间的分配与复用。之后，设计了波长模式混合复用的2×2光交换模块，并将这些模块以无阻塞的Benes拓扑进行级联形成一种可扩展的片上光交换网络架构。最后，为保证各处理器核的数据能够在所发明的架构中高效有序的互连，提出适合该架构的路由策略。本发明有望实现大规模的片上光交换网络，以应对即将到来的千核系统的挑战。

Description

波长-模式混合复用的片上光交换网络架构及路由算法

技术领域

本发明属于数据交换领域，具体涉及一种基于波长和模式混合复用的可扩展的片上光交换网络架构技术。

背景技术

大数据时代对海量数据的传输和处理能力提出了巨大的挑战。以并行处理为主的多核处理器架构其作为一种有效地解决方案被广泛应用于许多重要领域来缓解数据的压力，如生物医学、航空航天、天气预报和国防安全。尤其在新冠病毒防控期间，利用高性能计算进行病毒基因测序、感染人员流动监测、疫情实时报告等，以及为疫苗研发和跟踪掌握疫情动态提供了有效技术支撑。然而，目前以多核并行计算为主导的高性能计算系统的发展不仅受到单核处理能力的限制，也受到不同核之间数据交换能力的限制。在向百亿亿次(E级)计算演进过程中，并行处理的核数将大幅度增加。根据许多研究和行业专家的预测，千核及以上的互连系统将在未来2-3年内实现。因此，能够支持千核之间高带宽、低功耗通信的交换网络架构的设计显得尤为重要。

传统的基于铜线电交换网络存在着带宽有限、高时延、高能耗等一系列问题。新兴的硅基光子集成解决方案不仅可以克服商业电子开关设备的瓶颈，而且可以提高开关容量和功耗性能。目前，片上核间光交换网络主要以波长域为主，利用波分复用(Wavelength-Division-Multiplexing,WDM)技术使单波导通道中同时传输多个波长的信号，有效地提升单通道带宽。但这种方法资源维度比较单一，由于通道数量和系统复杂度的限制，难以大规模扩展。因此，只采用波分复用的方法也将难以满足数千个处理器核之间数据交换的需求。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于波长-模式混合复用的片上光交换网络架构。将片上多核交换网络中的复用维度从波长域扩展到空间域，引入模式复用技术(Mode-Division-Multiplexing,MDM)。重点研究基于波长-模式混合复用的片上光交换网络架构。通过对波长分配模块、模式选择/复用模块、基于波长和模式混合复用的基本交换单元，大规模可扩展的网络架构及通信策略等方面的设计来充分挖掘光的并行传输的潜能，有望并实现千核系统中任意处理器核之间的数据交换，有效提升片上交换网络的带宽和规模。

本发明的技术方案如下：

一种波长-模式混合复用的片上光交换网络架构，其包括：发送模块、接收模块和交换模块，所述发送模块包括基于微环谐振器的波长分配模块和模式选择/复用模块，基于微环谐振器的波长分配模块用于实现对每个节点所工作的波长进行分配，模式选择/复用模块用于实现对输入信号进行不同模式的选择及复用，所述光交换模块基于Benes拓扑用于大规模无阻塞交换功能，所述接收模块由模式解复用器和微环滤波器组成，模式解复用器用于将不同的模式解复用为基模信号，和微环滤波器用于实现对不同波长信号的选择。部署支持W个波长、M个模式、和N×N的Benes拓扑，该网络架构就可以支持W×M×N个处理器核的数据通信；所述发送模块不仅用于波长和模式复用用来提升带宽，而且还用于不同模式之间的选择和转换，实现所有的处理器核任意的波长及模式分配，可以根据通信需求，将波长和模式分配给不同的处理器核，提升交换网络规模。

进一步的，所述发送模块中，所有的处理器被分成M×N组，且每一组的输入都是W个波长复用的WDM信号，在每组中包含W个处理器单元，每个单元由一个处理器核、缓存组件和光发射机组成，每个调制器阵列由W个具有不同谐振波长的微环谐振器组成，默认情况下，所有微环谐振器都处于关闭状态，每个组中需要打开的微环谐振器的数量和所需要调制的波长可以由网络中工作的处理器核的数量和每个处理器核所携带的数据来动态调整。

进一步的，当某个处理器核产生的数据量小于设定值时，可以只用一个波长信号携带其产生的信息；当数据量大于设定值时，就需要调制到多个波长上进行同时传输，此外，当网络中一些处理器核处于空载时，其他的处理器核也可以分配更多的波长，而当网络所有处理器都同时工作时，每个核所连接的调制器组中使用一个工作波长来避免整个互连网络中的波长冲突。

进一步的，在所述模式选择/复用模块中，有两个输入端口和一个输出端口，端口之间由微环谐振器组成的开关单元进行连接，两个端口分别输入经过波长分配模块后的携带基模的多波长光信号，经过该模式复用单元，两个输入信号都将会复用到一个端口中输出，实现信号的复用，此外，通过控制相应的微环谐振器的开关状态将信号诱导到模式转换区域，实现两个输入信号中的一组信号进行模式转换，最终，两组携带基模的输入信号将分别以不同的模式同时从端口输出，实现模式的转换和复用。

进一步的，为了实现两个输入端口的光信号都可以进行从高阶模式M₁到高阶模式M₂的转换，需设计两个从单模波导到多模波导转换的相位匹配区域，提出了基于单环和双环的add-drop型光开关阵列。单环型光开关阵列由一组不同波长的微环谐振器组成，用于实现对两个平行波导中的不同光波长信号进行耦合和转向。而双环型光开关采用上下并联型的微环谐振器组来实现对不同波导中的信号的耦合，但保持输出信号的方向与输入信号的相同。

进一步的，在所述光交换模块中，采用将多个2×2基本开关单元进行级联形成Benes拓扑实现无阻塞特性，其核心单元是2×2光波长-模式混合交换模块，输入的模式复用信号经过模式解复用器分解为两个具有单模的信号分别送入到单模的2×2光模块进行数据交换，每个单模的2×2光模块包括两个微环组，每组含W个不同谐振波长微环，控制微环谐振的状态(关闭/打开)对输入的特定模式和波长信号进行选择，使其从期望端口输出，实现不同端口间波长和模式交换，可以实现N组携带W个波长和M个模式的信号的同时交换。

进一步的，每个接收模块含2W个处理器核，其中W个负责接收基模的信号，另外W个负责接收高阶模式的信号，与发送模块不同，每个节点只与一个处于谐振的微环滤波器相连，接收模块内所有处理器核分配的模式和波长均不同，实现数据传输并行化。

一种基于任一项所述架构的路由算法，其包括以下步骤：

步骤1：定义互连网络中处理器核个数为C，每个核编码为C_x(x＝1，2，...，C)，复用的波长个数为W，复用的模式个数为2，Benes拓扑规模为N×N，源处理器核为C_s，目的处理器核为C_d；

步骤2：将C_s和C_d转换为三维坐标的形式：C_s＝(N_s，G_s，W_s)，C_d＝(N_d，M_d，W_d)。并将发送端的不同的模式选择/复用模块用MSM_Ns来表示，其中N_s∈(1，2，...，N)表示在N×N Benes网络中的输入端口，N_d∈(1，2，...，N)表示在N×N Benes网络中的输出端口，G_s∈(1，2)表示模式选择/复用模块MSM_Ns中的输入端口；W_s∈(1，2，...，W)表示源处理器核C_s的工作波长，M_d∈(1，2)表示进入目的处理器核C_d所在的接收端模块之前的工作模式，其中M_d＝1代表高阶模式M2，M_d＝2代表基模M1，W_d∈(1，2，...，W)表示目的核C_d所连接的微环滤波器的工作波长；

步骤3：根据以下公式来计算C_s和C_d的三维坐标：

Ns＝(Cs-1)/2W+1

Gs＝[(Cs-1)％2W]/W+1

Nd＝(Cd-1)/2W+1

Md＝[(Cd-1)％2W]/W+1

Wd＝[(Cd-1)％2W]％W+1

步骤4：按照C_d所连接的微环的工作波长W_d为输入核分配波长λ_Wd，且W_s＝W_d；

步骤5：确定模式选择/复用模块MSM_Ns中的微环谐振器的开关状态：当Gs＝Md时，MSM_Ns中工作波长为λ_Wd的微环谐振器处于关闭状态，当Gs≠Md时处于打开状态；

步骤6：根据Ns和Nd的值作为Benes的输入和输出端口来确定各级开关单元的状态；

步骤7：根据配置好的状态，源处理器核的数据在发送模块中被自动的分配到相应的波长和模式上，经过配置好的Benes网络被动的从输出端口输出并到达目的处理器核，交换过程完成。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明提出一种基于波长和模式混合复用可扩展的片上光交换网络架构。首次将模式选择及复用技术引入到大规模片上光交换网络中，与波分复用技术结合有效的增加了光链路的通道数量及成倍的增加了可支持的交换网络规模，有效提升交换网络的带宽。本发明中的波长分配模块和模式选择/复用模块，不仅可以实现波长及模式的复用，还可以根据不同的通信需求对输入信号的波长和模式进行选择、分配、转换和复用。因此，该架构既可以根据通信需求为每个处理器核分配到不同的波长和模式来提高并行交换的处理器核的规模，也可以使同一个处理器核的数据携带多个波长和模式，提升单通道带宽。而传统的考虑波长和模式混合复用的光交换结构通常是将单个处理器生成的数据分配到不同的波长和模式，然后使用WDM和MDM技术将多通道数据复用到单个波导中，从而增加单通道带宽。虽然可以提高交换容量，但是无法提升交换网络的规模，难以满足数千个核之间的数据交换需求。本发明是所提出的架构致力于实现大规模的光交换网络，以解决E级高性能计算系统和Petabit级交换的数据中心所面临的挑战。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例基于波长-模式混合复用的光交换网络架构示意图。

图2是所提光交换架构中的波长分配模块。

图3是所提光交换架构中的模式选择/复用模块。

图4是所提光交换架构中的2×2光波长-模式混合交换模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

图1显示的是基于波长-模式混合复用的可扩展的片上光交换架构网络示意图。该架构包括基于光电调制单元、波长分配模块和模式选择/复用模块的发送模块，基于无阻塞Benes拓扑实现各层级2×2光开关级联的光交换模块，以及基于微环谐振器进行滤波的、内含模式/波长解复用单元的接收模块。本发明的主要特点是发送部分不仅可以用于波长和模式复用来提升带宽，而且还可以用于不同模式之间的选择和转换，实现所有的处理器核任意的波长及模式分配，可以根据通信需求，将波长和模式分配给不同的处理器核，提升交换网络规模。对于一个可以支持M个模式、W个波长以及N×N的Benes拓扑架构，它可以实现M×W×N个处理器核间的光交换。

在图1中的发送端，所有的处理器被分成M×N组，且每一组的输入都是W个波长复用的WDM信号，参见图2。在每组中包含W个处理器单元，每个单元由一个处理器核、缓存组件和光发射机组成。每个调制器阵列由W个具有不同谐振波长的微环谐振器组成。默认情况下，所有微环谐振器都处于关闭状态。每个组中需要打开的微环谐振器的数量和所需要调制的波长可以由网络中工作的处理器核的数量和每个处理器核所携带的数据来动态调整。当某个处理器核产生的数据量比较少时，可以只用一个波长信号携带其产生的信息。当数据量比较大时，就需要调制到多个波长上进行同时传输。此外，当网络中一些处理器核处于空载时，其他的处理器核也可以分配更多的波长。而当网络所有处理器都同时工作时，每个核所连接的调制器组中使用一个工作波长来避免整个互连网络中的波长冲突。

被调制的光信号从图2所示的波长选择模块输出之后，将会进入模式选择/复用模块，参见图3。其作用是将输入的基模信号分别转换成不同的模式并进行复用后从一个端口输出。在图3(a)中，两个具有不同宽度的波导分别连接到绝缘锥体的两侧。宽度为1的波导只支持基模M₁，而宽度为2的波导可以同时支持高阶模式M₂和M₁。为了实现图3(a)中两个输入端口的光信号都可以进行从M₁到M₂的转换，需设计两个从单模波导到多模波导转换的相位匹配区域。为了实现两个非接触波导之间的信号交换，本发明提出了两中交换单元，即基于单环和双环的add-drop型光开关阵列，参见图3(a)。

单环开关有两个耦合区域，输入直波导和耦合区域1中的微环谐振器具有相同的宽度。耦合区2的输出直波导与微环谐振器的宽度不同。在耦合区2，一旦满足相位匹配条件，窄波导基模信号可以激励宽波导中的高阶模，实现从基模到高阶模的转变。当开关单元2中的所有微环谐振器都打开状态时，从端口1输入的信号将会谐振到微环谐振器中并从多模波导中耦合出去，实现从M₁到M₂的转换，参见图3(c)中虚线。当开关单元2中的所有微环谐振器都处于关闭状态时，从端口1输入的M₁模信号将会从微环谐振器的直通输出之后经过锥形器后进入到多模波导中，保持基模M₁不变，参见图3(b)中虚线。

对于开关单元1的双环型光开关，当所有的微环谐振器都处于关闭状态时，从端口2输入的M₁信号都会直接通过开关单元的直通端，经过两个弯曲波导后到达相位匹配区域，激发多模波导中的M₂模式信号，实现模式M₁到M₂的转变，参见图3(b)中实线。当所有的微环谐振器都处于打开状态时，从输入端口2输入的M₁信号将会耦合到微环谐振器中，并从Drop端口输出谐振出开关单元1，之后经过锥形器后到达输出端口，由于过程中没有经历从单模波导到多模波导的耦合，保持基模M₁不变，参见图3(c)中实线。因此，可以通过控制微环谐振器的开关状态就来完成模式的转换、选择及复用。

经过图3所示的模式复用模块后的光信号进入到交换模块，交换模块按照Benes网络形式进行互连，其核心单元是本发明所提的2×2光波长-模式混合交换模块，参见图4。该模块支持2模式和W个波长混合复用。输入的模式复用信号经过模式解复用器分解为两个具有单模的信号分别送入到单模的2×2光模块进行数据交换。每个单模的2×2光模块包括两个微环组，每组含W个不同谐振波长微环。控制微环状态(关闭/打开)对输入的特定模式信号进行选择，使其从期望端口输出，实现不同端口间波长和模式交换。

交换模块的每个输出端口连接一个接收模块，每个接收模块含2W个处理器核，其中W个负责接收M₁模式的信号，另外W个负责接收M₂的信号。与发送模块不同，每个节点只与一个处于谐振的微环滤波器相连，降低控制复杂度等。接收模块内所有处理器核分配的模式和波长均不同，实现数据传输并行化。

最后，为保证各处理器核的数据能够在所发明的架构中高效有序的通信，提出适合该架构的路由策略，具体流程如下：

步骤1：定义互连网络中处理器核个数为C，每个核编码为C_x(x＝1，2，...，C)，复用的波长个数为W，复用的模式个数为2，Benes拓扑规模为N×N，源处理器核为C_s，目的处理器核为C_d。

步骤2：将C_s和C_d转换为三维坐标的形式：C_s＝(N_s，G_s，W_s)，C_d＝(N_d，M_d，W_d)。并将发送端的不同的模式选择/复用模块用MSM_Ns来表示。其中N_s∈(1，2，...，N)表示在N×N Benes网络中的输入端口，N_d∈(1，2，...，N)表示在N×N Benes网络中的输出端口，G_s∈(1，2)表示模式选择/复用模块MSM_Ns中的输入端口。W_s∈(1，2，...，W)表示源处理器核C_s的工作波长。M_d∈(1，2)表示进入目的处理器核C_d所在的接收端模块之前的工作模式，其中M_d＝1代表高阶模式M2，M_d＝2代表基模M1。W_d∈(1，2，...，W)表示目的核C_d所连接的微环滤波器的工作波长。

步骤3：根据以下公式来计算C_s和C_d的三维坐标：

Ns＝(Cs-1)/2W+1

Gs＝[(Cs-1)％2W]/W+1

Nd＝(Cd-1)/2W+1

Md＝[(Cd-1)％2W]/W+1

Wd＝[(Cd-1)％2W]％W+1

步骤4：按照C_d所连接的微环的工作波长W_d为输入核分配波长λ_Wd，且W_s＝W_d。

步骤5：确定模式选择/复用模块MSM_Ns中的微环谐振器的开关状态：当Gs＝Md时，MSM_Ns中工作波长为λ_Wd的微环谐振器处于关闭状态，当Gs≠Md时处于打开状态。

步骤6：根据Ns和Nd的值作为Benes的输入和输出端口来确定各级开关单元的状态。

步骤7：根据配置好的状态，源处理器核的数据在发送模块中被自动的分配到相应的波长和模式上，经过配置好的Benes网络被动的从输出端口输出并到达目的处理器核，交换过程完成。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

该路由算法可以用计算机存储介质来存储，计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种波长-模式混合复用的片上光交换网络架构，其特征在于，包括：发送模块、接收模块和交换模块，所述发送模块包括基于微环谐振器的波长分配模块和模式选择/复用模块，基于微环谐振器的波长分配模块用于实现对每个节点所工作的波长进行分配，模式选择/复用模块用于实现对输入信号进行不同模式的选择及复用，所述光交换模块基于Benes拓扑用于大规模无阻塞交换功能，所述接收模块由模式解复用器和微环滤波器组成，模式解复用器用于将不同的模式解复用为基模信号，和微环滤波器用于实现对不同波长信号的选择，部署支持W个波长、M个模式、和N×N的Benes拓扑，该网络架构就可以支持W×M×N个处理器核的数据通信；所述发送模块不仅用于波长和模式复用用来提升带宽，而且还用于不同模式之间的选择和转换，实现所有的处理器核任意的波长及模式分配，可以根据通信需求，将波长和模式分配给不同的处理器核，提升交换网络规模。

2.根据权利要求1所述的一种波长-模式混合复用的片上光交换网络架构，其特征在于，所述发送模块中，所有的处理器被分成M×N组，且每一组的输入都是W个波长复用的WDM信号，在每组中包含W个处理器单元，每个单元由一个处理器核、缓存组件和光发射机组成，每个调制器阵列由W个具有不同谐振波长的微环谐振器组成，默认情况下，所有微环谐振器都处于关闭状态，每个组中需要打开的微环谐振器的数量和所需要调制的波长可以由网络中工作的处理器核的数量和每个处理器核所携带的数据来动态调整。

3.根据权利要求2所述的一种波长-模式混合复用的片上光交换网络架构，其特征在于，当某个处理器核产生的数据量小于设定值时，可以只用一个波长信号携带其产生的信息；当数据量大于设定值时，就需要调制到多个波长上进行同时传输，此外，当网络中一些处理器核处于空载时，其他的处理器核也可以分配更多的波长，而当网络所有处理器都同时工作时，每个核所连接的调制器组中使用一个工作波长来避免整个互连网络中的波长冲突。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种波长-模式混合复用的片上光交换网络架构，其特征在于，在所述模式选择/复用模块中，有两个输入端口和一个输出端口，端口之间由微环谐振器组成的开关单元进行连接，两个端口分别输入经过波长分配模块后的携带基模的多波长光信号，经过该模式复用单元，两个输入信号都将会复用到一个端口中输出，实现信号的复用，此外，通过控制相应的微环谐振器的开关状态将信号诱导到模式转换区域，实现两个输入信号中的一组信号进行模式转换，最终，两组携带基模的输入信号将分别以不同的模式同时从端口输出，实现模式的转换和复用。

5.根据权利要求4所述的一种波长-模式混合复用的片上光交换网络架构，其特征在于，为了实现两个输入端口的光信号都可以进行从高阶模式M₁到高阶模式M₂的转换，需设计两个从单模波导到多模波导转换的相位匹配区域，提出了基于单环和双环的add-drop型光开关阵列，单环型光开关阵列由一组不同波长的微环谐振器组成，用于实现对两个平行波导中的不同光波长信号进行耦合和转向。而双环型光开关采用上下并联型的微环谐振器组来实现对不同波导中的信号的耦合，但保持输出信号的方向与输入信号的相同。

6.根据权利要求1-3之一所述的一种波长-模式混合复用的片上光交换网络架构，其特征在于，在所述光交换模块中，采用将多个2×2基本开关单元进行级联形成Benes拓扑实现无阻塞特性，其核心单元是2×2光波长-模式混合交换模块，输入的模式复用信号经过模式解复用器分解为两个具有单模的信号分别送入到单模的2×2光模块进行数据交换，每个单模的2×2光模块包括两个微环组，每组含W个不同谐振波长微环，控制微环谐振的状态(关闭/打开)对输入的特定模式和波长信号进行选择，使其从期望端口输出，实现不同端口间波长和模式交换，可以实现N组携带W个波长和M个模式的信号的同时交换。

7.根据权利要求1-3之一所述的一种波长-模式混合复用的片上光交换网络架构，其特征在于，每个接收模块含2W个处理器核，其中W个负责接收基模的信号，另外W个负责接收高阶模式的信号，与发送模块不同，每个节点只与一个处于谐振的微环滤波器相连，接收模块内所有处理器核分配的模式和波长均不同，实现数据传输并行化。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述架构的路由算法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：定义互连网络中处理器核个数为C，每个核编码为C_x(x＝1，2，...，C)，复用的波长个数为W，复用的模式个数为2，Benes拓扑规模为N×N，源处理器核为C_s，目的处理器核为C_d；

步骤2：将C_s和C_d转换为三维坐标的形式：C_s＝(N_s，G_s，W_s)，C_d＝(N_d，M_d，W_d)。并将发送端的不同的模式选择/复用模块用MSM_Ns来表示，其中N_s∈(1，2，...，N)表示在N×NBenes网络中的输入端口，N_d∈(1，2，...，N)表示在N×NBenes网络中的输出端口，G_s∈(1，2)表示模式选择/复用模块MSM_Ns中的输入端口；W_s∈(1，2，...，W)表示源处理器核C_s的工作波长，M_d∈(1，2)表示进入目的处理器核C_d所在的接收端模块之前的工作模式，其中M_d＝1代表高阶模式M2，M_d＝2代表基模M1，W_d∈(1，2，...，W)表示目的核C_d所连接的微环滤波器的工作波长；

步骤3：根据以下公式来计算C_s和C_d的三维坐标：

Ns＝(Cs-1)/2W+1

Gs＝[(Cs-1)％2W]/W+1

Nd＝(Cd-1)/2W+1

Md＝[(Cd-1)％2W]/W+1

Wd＝[(Cd-1)％2W]％W+1

步骤4：按照C_d所连接的微环的工作波长W_d为输入核分配波长λ_Wd，且W_s＝W_d；

步骤5：确定模式选择/复用模块MSM_Ns中的微环谐振器的开关状态：当GS＝Md时，MSM_Ns中工作波长为λ_Wd的微环谐振器处于关闭状态，当Gs≠Md时处于打开状态；

步骤6：根据Ns和Nd的值作为Benes的输入和输出端口来确定各级开关单元的状态；

步骤7：根据配置好的状态，源处理器核的数据在发送模块中被自动的分配到相应的波长和模式上，经过配置好的Benes网络被动的从输出端口输出并到达目的处理器核，交换过程完成。

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