CN117413473A - 数据中心中具有多点光学器件的优化交换织构 - Google Patents

Abstract

一种光学通信系统，包括轴光学收发器、功率分离器和多个辐收发器。所述轴光学收发器被配置用于接收波长谱。所述功率分离器耦接到所述轴光学收发器并且作为被配置来复制所述波长谱并输出多个复制的波长谱的无源设备来操作，并且每个复制的波长谱具有作为从所述轴光学收发器接收的总功率的一部分的对应功率。所述多个辐收发器耦接到所述功率分离器并且所述多个辐收发器中的每一个被配置来接收所述多个复制的波长谱中的对应一个，其中每个辐收发器可调谐以选择设置所述每个辐收发器的带宽的波长带。

Description

数据中心中具有多点光学器件的优化交换织构

技术领域

本公开涉及互联网协议(IP)交换织构和/或拓扑，并且更具体地涉及递送全IPClos织构的优点并且使用尖端的灵活光学技术提供数据中心的边缘与叶节点之间的快速路径的光学数据中心织构(ODCF)。

背景技术

近年来，在线服务不断推动，允许在云游戏服务器和通过网络连接的客户端之间以流式传输格式进行在线游戏或云游戏。由于游戏作品的按需可得性、执行更复杂游戏的能力、玩家之间联网以进行多玩家游戏的能力、玩家之间的资产共享、玩家和/或观众之间的即时体验共享、允许朋友观看朋友玩视频游戏、让朋友加入朋友正在进行的游戏等，流式格式越来越受欢迎。

遗憾的是，需求也在推高网络连接能力的极限。特别地，提供多级电路交换网络的基于Clos交换拓扑或织构的互联网协议(IP)织构，由于它们通过千篇一律的元素进行扩展的能力和它们高度灵活的路由设计，近年来已在云行业中占据主导地位。然而，随着5级或甚至更大的CLOS交换拓扑成为递送所需主机连接性所必需，专用于“主干”功能并且无用户/主机连接性的设备的数量迅速激增。这些主干专用设备增加交换硬件和收发器的成本，以及附加的操作复杂性和需要管理的活动故障点。

将有利的是降低大型交换拓扑或织构的资本、运营成本和复杂性，以及还减少主机与最终用户服务之间的延迟。本公开的实施方案正是在这种背景下产生。

发明内容

本公开的实施方案涉及递送全互联网协议(IP)多级交换织构的优点并且还提供减少的延迟而无复杂性和成本并且还使用尖端的灵活光学技术提供数据中心的边缘与叶节点之间的快速路径的光学数据中心IP交换织构(ODCF)和/或拓扑。

本公开的实施方案公开一种光学通信系统。所述光学通信系统包括被配置用于接收波长谱的轴光学收发器。所述光学通信系统包括耦接到所述轴光学收发器的功率分离器。所述功率分离器作为被配置来复制所述波长谱并输出多个复制的波长谱的无源设备来操作。所述多个复制的波长谱中的每个复制的波长谱具有作为从所述轴光学收发器接收的总功率的一部分的对应功率。所述光学通信系统包括耦接到所述功率分离器的多个辐收发器。所述多个辐收发器中的每一个被配置来接收所述多个复制的波长谱中的对应一个。每个辐收发器可调谐以选择设置所述每个辐收发器的带宽的波长带。例如，辐收发器可被调谐到一个或多个波长，其中多个调谐波长可以是连续的或不连续的。

本公开的实施方案公开一种光学通信系统。所述光学通信系统包括被配置用于接收波长谱的轴光学收发器。所述光学通信系统包括耦接到所述轴光学收发器的功率分离层。所述功率分离层被配置来输出多个复制的波长谱。所述多个复制的波长谱中的每个复制的波长谱具有作为从所述光学收发器接收的总功率的一部分的对应功率。所述功率分离层包括配置在一个或多个级联层中的多个功率分离器，其中每个功率分离器作为无源设备来操作。所述光学通信系统包括耦接到所述功率分离层的多个辐收发器。所述多个辐收发器中的每一个被配置来接收所述多个复制的波长谱中的对应一个。每个辐收发器可调谐以选择设置所述每个辐收发器的带宽的波长带。例如，辐收发器可被调谐到一个或多个波长，其中多个调谐波长可以是连续的或不连续的。

本公开的实施方案公开一种光学通信系统。所述光学通信系统包括被配置用于接收波长谱的轴光学收发器。所述光学通信系统包括耦接到所述轴光学收发器的第一功率分离器。所述第一功率分离器作为被配置来复制所述波长谱并输出第一多个复制的波长谱的无源设备来操作。所述第一多个复制的波长谱中的每个复制的波长谱具有作为从所述轴光学收发器接收的总功率的一部分的对应功率。所述光学通信系统包括耦接到所述第一功率分离器的辐收发器。所述辐收发器被配置来接收来自所述第一多个复制的波长谱的复制的波长谱。所述光学通信系统包括耦接到所述辐收发器的第二功率分离器。所述第二功率分离器被配置来接收来自所述第一多个复制的波长谱的所述复制的波长谱并输出第二多个复制的波长谱。所述光学通信系统包括耦接到所述第二功率分离器的服务器的相干收发器。所述相干收发器被配置来接收来自所述第二多个复制的波长谱的复制的波长谱。另外，所述相干收发器可调谐以从来自所述第二多个复制的波长谱的所述复制的波长谱中选择对应波长带，其中所述波长带设置所述相干收发器的带宽。例如，所述相干收发器可被调谐到一个或多个波长，其中多个调谐波长可以是连续的或不连续的。

本公开的其他方面将从结合附图进行的以下详细描述中变得显而易见，所述附图以示例的方式示出本公开的原理。

附图说明

通过参考以下结合附图进行的描述，可最好地理解本公开，在附图中：

图1是根据本公开的一个实施方案的用于通过网络在位于一个或多个数据中心处的一个或多个计算节点之间提供游戏的游戏云系统的示意图。

图2A是根据本公开的一个实施方案的游戏云系统的代表性数据中心处的包括多个计算节点的多个机架组件的示意图。

图2B是根据本公开的一个实施方案的包括被配置来接收全波长谱的架顶交换机的机架组件的示意图。

图3A示出根据本公开的一个实施方案的具有多点光学器件并且配置有一个超级主干的光学交换织构。

图3B示出根据本公开的一个实施方案的具有多点光学器件并且配置有一个或多个超级主干的光学交换织构。

图4A示出根据本公开的一个实施方案的配置有点对多点光学器件的光学交换织构。

图4B示出根据本公开的一个实施方案的图4A的光学数据中心交换织构的部件之间的连接。

图5A示出根据本公开的一个实施方案的数据中心的光学交换织构的部件的示例性布局，所述光学交换织构包括单个分离器层。

图5B示出根据本公开的一个实施方案的数据中心的光学交换织构，所述光学交换织构包括多个和级联的分离器层。

图6A是示出根据本公开的一个实施方案的数据中心的交换织构的示意图，所述交换织构包括跨连接到超级主干交换层的三个级联分离器层的一分四(1*4)分离器的使用。

图6B是示出根据本公开的一个实施方案的实现图6A的交换织构的物理数据中心布局的示意图。

图7是示出根据本公开的一个实施方案的数据中心的交换织构的示意图，所述交换织构被配置用于在主机/服务器机架层处执行交换。

具体实施方式

尽管出于说明目的，以下详细描述包含许多具体细节，但本领域普通技术人员将了解，对以下细节的许多变化和更改都在本公开的范围内。因此，在不损失本说明书所附权利要求的一般性并且不对所述权利要求施加任何限制的情况下，阐述以下所述的本公开的各方面。

一般来讲，本公开的实施方案提供递送全互联网协议(IP)多级交换网络的优点并且还提供数据中心的边缘与叶节点之间使用灵活光学技术递送的快速路径的光学数据中心织构(ODCF)和/或拓扑。特别地，中间交换机层可在数据织构中用无源光学功率分离器来替换。优点包括大型光学数据中心织构的资本成本和运营成本降低，以及实现光学数据中心织构的简单性增加。附加优点包括主机和最终用户服务之间的超低延迟路径，因为通过使用无源光学分离器而不是交换机改善了中间层的延迟，因为光学功率分离器是基本上不增加延迟的纯无源光学设备，而传统交换机执行光电光(OEO)转换以及一些路由和/或交换操作(例如，数据包排队等)，这引入延迟。也就是说，本公开的实施方案通过光学数据中心织构显著减少延迟，同时还通过去除一个或多个中间交换机层并用一个或多个中间功率分离层进行替换(例如，在光纤基础设施中用更少数量的具有成本效益的无源光学设备替换昂贵的交换机硬件)以及同时减少操作支出(例如，功率使用减少并且所需的维护更少)来减少资本支出。此外，本公开的实施方案简化联网拓扑，从而导致更容易的扩充(例如，扩展、一个或多个地理位置中的多个建筑物实现等)和故障诊断活动。

借助上述对各种实施方案的大致理解，现在将参考各种附图来描述实施方案的示例性细节。

贯穿本说明书，对“应用程序”或“游戏”或“视频游戏”或“游戏应用程序”或“游戏作品”的引用意在表示通过执行输入命令来引导的任何类型的交互式应用程序。仅出于说明目的，交互式应用程序包括用于游戏、文字处理、视频处理、视频游戏处理等的应用程序。此外，上面介绍的术语是可互换的。

本公开的实施方案在支持许多个计算系统的数据中心内实现。所述计算系统中的每一个可被配置来根据在对应计算系统上执行的应用程序来执行一个或多个功能性。特定数据中心内的计算系统可被配置来总体上主要向客户端提供服务(例如，云游戏、云存储等)，或者可各自被单独配置来向客户端提供独特服务。例如，数据中心可被配置来通常向许多客户端(例如，各自与对应用户相关联的远程计算设备)提供云游戏服务。在另一个示例中，数据中心可被配置来通常向许多客户端提供金融服务平台，诸如促进金融证券(例如，股票等)的高频交易的那些客户端。本公开的实施方案所提供的具有低延迟、降低的基础设施成本、扩展简单以及多建筑物实现方式的特征的这些数据中心对于提供这些各种服务是期望的。例如，对于云游戏服务，这些数据中心非常适合为玩复杂游戏的玩家提供最佳用户体验，因为存在很少或没有处理和/或显示中断，并且任何游戏作品的真实点播游戏。另外，对于金融服务，这些数据中心非常适合提供相比更传统配置的数据中心更高的交易频率和速度(即，提交交易订单时的快速响应时间等)。为了简单和易于说明，本公开的实施方案在提供云游戏的数据中心的背景下描述，但应当理解，所述数据中心可被配置来提供其他服务和/或功能性，诸如金融服务等。

图1是根据本公开的一个实施方案的用于通过网络150在位于一个或多个数据中心处的一个或多个计算节点之间提供游戏的系统100的示意图，其中数据中心各自使用光学数据中心IP交换织构来配置，所述光学数据中心IP交换织构使用无源光学功率分离器设备，所述光学数据中心IP交换织构提供数据中心的边缘与叶节点之间的快速路径，延迟减少、实现方式简单并且成本降低。根据本公开的一个实施方案，所述系统被配置来通过网络在一个或多个云游戏服务器之间提供游戏，并且更具体地，被配置用于从计算节点对(诸如机架组件内的)网络存储的高速访问。云游戏包括在服务器处执行视频游戏以生成游戏渲染的视频帧，然后将所述游戏渲染的视频帧发送到客户端以供显示。在其他实施方案中，包括一个或多个数据中心的系统100可被配置来提供其他服务，诸如金融服务等。

还应当理解，在各种实施方案中(例如，在云游戏环境中或在独立系统内)，可使用物理机(例如，中央处理单元CPU和图形处理单元GPU)或虚拟机或两者的组合来执行云游戏。例如，虚拟机(例如，实例)可使用(例如，位于数据中心处的)主机硬件的管理程序利用硬件层的一个或多个部件(诸如多个CPU、存储器模块、GPU、网络接口、通信部件等)创建。这些物理资源可布置在机架(诸如CPU机架、GPU机架、存储器机架等)中，其中机架中的物理资源可使用架顶交换机访问，所述架顶交换机促成用于组装和访问用于实例的部件(例如，在构建实例的虚拟化部件时)的织构。通常，管理程序可以呈现配置有虚拟资源的多个实例的多个客户操作系统。即，每个操作系统可以配置有由一个或多个硬件资源(例如，位于对应的数据中心)支持的对应的一组虚拟化资源。例如，每个操作系统可利用一个虚拟CPU、多个虚拟GPU、虚拟存储器、虚拟化通信部件等来支持。此外，实例的配置可从一个数据中心传输到另一个数据中心以减少延迟。当保存用户的游戏会话时，可利用针对用户或游戏限定的即时利用。即时利用可包括本文描述的任何数量的用于优化游戏会话的视频帧的快速渲染的配置。在一个实施方案中，针对游戏或用户限定的即时利用可作为可配置设置在数据中心之间传输。传输即时利用设置的能力实现在用户从不同地理位置连接来玩游戏的情况下游戏进行从数据中心到数据中心的高效迁移。

系统100包括如通过一个或多个数据中心(例如，数据中心1至N)实现的游戏云系统190。如图所示，游戏云系统190的实例可位于提供管理功能性的数据中心N中，其中游戏云系统190的管理功能性可通过游戏云系统190在每个数据中心处的多个实例来分布。在一些实现方式中，游戏云系统管理功能性可位于任何数据中心之外。

此游戏云系统190包括分配器191，所述分配器被配置来将客户端设备(例如，1-N)中的每一个分配到对应数据中心中的对应资源。特别地，当客户端设备110登录游戏云系统190时，客户端设备110可与游戏云系统109在数据中心N处的实例连接，其中数据中心N可在地理上最靠近客户端设备110。分配器191能够执行诊断测试以确定客户端设备110的可用发射和接收带宽。基于测试，分配器191能够非常特异性地将资源分配到客户端设备110。例如，分配器191能够将特定数据中心分配到客户端设备110。此外，分配器191能够将特定机架组件的、特定流式阵列的、特定计算托架的特定计算节点分配到客户端设备110。分配可基于在计算节点处可用的资产(例如，游戏)的知识来执行。先前，客户端设备被总体上分配到数据中心，而没有进一步分配到机架组件。以此方式，分配器191能够将请求执行计算密集型的特定游戏应用程序的客户端设备分配到可未在运行计算密集型的应用程序的计算节点。此外，可在分配器191处执行对如客户端请求的计算密集型游戏应用程序的分配的负载管理。例如，在短时间段内请求的同一计算密集型游戏应用程序可跨一个机架组件或不同机架组件中的不同计算托架的不同计算节点分布，以减少特定计算节点、计算托架和/或机架组件上的负载。

在一些实施方案中，分配可基于机器学习来执行。特别地，可针对特定数据中心及其对应资源预测资源需求。例如，如果可预测数据中心不久将会处置许多运行计算密集型游戏应用程序的客户端，那么分配器191可用此知识分配客户端设备110，并且分配当前可未在利用其所有资源能力的资源。在另一种情况下，预料到数据中心N处的负载增加，分配器191可将客户端设备110从数据中心N中的游戏云系统190切换到数据中心3中的可用资源。此外，未来客户端可以分布式方式分配到资源，使得资源的负载和需求可遍及游戏云系统、跨多个数据中心、跨多个机架组件、跨多个计算托架和/或跨多个计算节点分布。例如，客户端设备110可被分配来自数据中心N(例如，通过路径1)和数据中心3(例如，通过路径2)上的游戏云系统两者的资源。

一旦客户端设备110被分配到对应流式阵列的、对应计算托架的特定计算节点，客户端设备110就通过网络连接到对应数据中心。也就是说，客户端设备110可与跟执行分配的数据中心不同的数据中心(诸如数据中心3)通信。

根据本公开的一个实施方案，系统100借由游戏云系统190提供游戏，其中游戏远离正在玩游戏的对应用户的客户端设备(例如，瘦客户端)执行。系统100可在单玩家模式或多玩家模式下通过云游戏网络或游戏云系统190借由网络150向玩一个或多个游戏的一个或多个用户提供游戏控制。在一些实施方案中，云游戏网络或游戏云系统190可包括在主机的管理程序上运行的多个虚拟机(VM)，其中一个或多个虚拟机被配置来利用主机的管理程序可用的硬件资源来执行游戏处理器模块。在一些实现方式中，游戏处理器模块可包括处理仿真器，以执行被配置用于一个处理器或操作系统在可配置有不同处理器和/或操作系统的处理仿真器上运行的软件应用程序，其中所述处理仿真器可或可不被虚拟化。网络150可包括一种或多种通信技术。在一些实施方案中，网络150可以包括具有先进无线通信系统的第五代(5G)网络技术。

在一些实施方案中，可使用无线技术来促进通信。此类技术可以包括例如5G无线通信技术。5G是第五代蜂窝网络技术。5G网络是数字蜂窝网络，其中提供商覆盖的服务区域被划分为称为小区的小地理区域。表示声音和图像的模拟信号在电话中数字化，由模数转换器转换并且作为比特流发射。通过由收发器从其他小区中再用的频率池中分配的频率信道，小区中的所有5G无线装置通过无线电波与小区中的本地天线阵列和小功率自动收发器(发射器和接收器)通信。本地天线通过高带宽光纤或无线回程连接与电话网络和互联网连接。与在其他小区网络中一样，从一个小区跨到另一小区的移动装置自动转到新的小区。应当理解，5G网络只是通信网络的示例性类型，并且本公开的实施方案可利用更早一代的无线或有线通信，以及5G之后的更新一代的有线或无线技术。

如图所示，包括游戏云系统190的系统100可提供对多个游戏应用程序的访问。特别地，客户端设备中的每一个可正在从云游戏网络请求对不同游戏应用程序的访问。例如，游戏云系统190可提供一个或多个游戏服务器，所述一个或多个游戏服务器可被配置为在一个或多个主机上执行以执行对应游戏应用程序的一个或多个虚拟机。例如，游戏服务器可管理支持为用户实例化游戏应用程序的实例的游戏处理器的虚拟机。因此，与多个虚拟机相关联的一个或多个游戏服务器的多个游戏处理器被配置来执行与多个用户的游戏相关联的一个或多个游戏应用程序的多个实例。以这种方式，后端服务器支持提供多个游戏应用程序的游戏进行的媒体(例如，视频、音频等)到多个对应用户的流式传输。也就是说，游戏云系统190的游戏服务器被配置来通过网络150将数据(例如，对应游戏进行的渲染图像和/或帧)流式传输回对应客户端设备。以这种方式，计算上复杂的游戏应用程序可响应于由客户端设备接收和转发的控制器输入而在后端服务器处执行。每个服务器能够渲染图像和/或帧，然后将其编码(例如，压缩)并流式传输到对应的客户端设备以供显示。

在一个实施方案中，云游戏网络或游戏云系统190是分布式游戏服务器系统和/或架构。特别地，执行游戏逻辑的分布式游戏引擎被配置为对应游戏应用程序的对应实例。总体上，分布式游戏引擎采用游戏引擎的功能中的每一种并分布这些功能以供众多处理实体执行。单独的功能可以进一步分布在一个或多个处理实体上。处理实体可被配置为不同的配置，包括物理硬件，和/或配置为虚拟部件或虚拟机，和/或配置为虚拟容器，其中容器与虚拟机不同，因为它虚拟化在虚拟化操作系统上运行的游戏应用程序的实例。处理实体可利用和/或依赖于服务器及其在云游戏网络或游戏云系统190的一个或多个服务器(计算节点)上的底层硬件，其中所述服务器可位于一个或多个机架上。这些功能的执行到各种处理实体的协调、分配和管理由分布同步层执行。这样，这些功能的执行由分布同步层控制，以响应于玩家的控制器输入为游戏应用生成媒体(例如，视频帧、音频等)。分布同步层能够跨分布式处理实体高效地执行(例如，通过负载平衡)这些功能，使得关键的游戏引擎部件/功能被分布和重新组装以进行更有效的处理。

图2A是根据本公开的一个实施方案的游戏云系统的代表性数据中心200A处的包括多个计算节点的多个机架组件210的示意图。例如，多个数据中心可遍布全世界，诸如北美、欧洲和日本。在一个实施方案中，(例如，被配置用于游戏流式传输的)机架组件以运行游戏应用程序、视频游戏和/或将游戏会话的音频/视频流式传输到一个或多个客户端的计算节点为中心。

数据中心200A包括多个机架组件220(例如，机架组件220A至220N)。机架组件中的每一个包括对应的架顶(TOR)交换机和多个计算托架。例如，代表性机架组件220N包括架顶交换机240N和多个计算托架230(例如，托架230A至230N)。其他机架组件可类似地配置，无论修改与否。特别地，计算托架中的每一个包括提供硬件资源(例如，处理器、CPU、GPU等)的一个或多个计算节点。例如，机架组件220N的多个计算托架230中的计算托架230N被示出为包括四个计算节点，但应当理解，机架组件可包括一个或多个计算节点。每个机架组件耦接到架顶交换机，所述架顶交换机被配置来提供与被配置用于管理对应数据中心的管理服务器210的通信。架顶交换机可耦接到被配置来遍及数据中心递送数据的光学数据中心织构。例如，机架组件220N耦接到架顶交换机240N。架顶交换机还提供到外部通信网络(例如，互联网等)的通信。

如图所示，数据中心200A的管理服务器210与(图1所示的)分配器191通信以将资源分配到客户端设备110。特别地，管理服务器210可与游戏云系统的实例190’一起工作并且与(例如，图1的)游戏云系统的初始实例190结合工作以将资源分配到客户端设备110。在实施方案中，分配基于资产感知来执行，诸如知道需要什么资源和带宽以及数据中心处存在什么资源和带宽。因此，为了说明，本公开的实施方案被配置来将客户端设备110分配到对应机架组件220B的对应计算托架231的特定计算节点232。

此外，数据中心200A的管理服务器210包括与多个架顶(TOR)交换机240中的每一个通信的交换机控制器215。如先前所述，每个机架组件可配置有对应集群或架顶交换机。例如，机架组件220A包括架顶交换机240A，机架组件220B包括架顶交换机240B，机架组件220C包括架顶交换机240C，……，并且机架组件220N包括架顶交换机240N。特别地，交换机控制器215可将每个架顶交换机配置为调谐到可选波长带，其中所述带设置对应机架组件的辐收发器的带宽。以这种方式，每个机架组件可根据将如何利用对应机架组件中的计算节点而在各个时间点被重新配置。例如，在高峰游戏时段期间，机架组件可被调谐以接收足以支持游戏的波长带。在非高峰游戏时段(例如，暗时段)期间，同一机架组件可被调谐以接收不同的波长带。例如，在非高峰时段期间，机架组件可被调谐以接收足以维持用于游戏的最小连接量的更少带宽(即，当与高峰时段期间接收的带宽相比时)。以这种方式，可将额外的带宽(即，机架组件未使用)动态地分配到当前正在经历更多需求的其他机架组件，诸如具有执行数据备份或维护、运行深度学习算法等的计算节点的机架组件。

图2B是根据本公开的一个实施方案的包括被配置来接收全波长谱的架顶交换机250作为光学数据中心织构的一部分的机架组件的示意图，其中架顶交换机250被进一步调谐以在全波长谱的离散部分(例如，设置机架组件的带宽的选定波长带)上进行接收和通信。以这种方式，光学数据中心织构使用一个或多个无源光学功率分离器设备来提供数据中心的边缘(例如，超级主干交换机)与叶节点(例如，架顶交换机)之间的快速路径。

特别地，机架组件220X可被配置用于使用执行一个或多个游戏应用程序的计算节点来提供游戏流式传输能力。在其他实现方式中，计算节点可用于执行其他类型的应用程序。机架组件220X可包括网络存储装置(未示出)，所述网络存储装置被配置来存储游戏内容(例如，游戏逻辑、游戏应用程序、游戏数据、用户数据等)以供一个或多个计算节点和/或服务器(280A至280N)高速访问。一个或多个计算节点和/或服务器可被配置为流式阵列。在其他实施方案中，网络存储装置远离机架组件220X，诸如在被配置用于存储多个游戏应用程序(例如，用于游戏云系统的游戏作品包的完整补充)的分布式存储装置内。如图所示，图2B的示意图示出机架组件220X的高级机架设计，所述机架组件可代表图2A的多个机架组件220中的一个或多个。例如，机架组件220X可代表机架组件220N。

此外，机架组件220X包括架顶交换机250，所述架顶交换机也可称为叶节点或叶节点交换机。架顶交换机250被配置来接收在用于遍及数据中心进行数据联网的光学数据中心织构内提供的全波长谱，并且被进一步调谐以在全波长谱的离散部分上进行接收和通信。例如，架顶交换机250从一个或多个无源光学功率分离层接收全波长谱。特别地，架顶交换机250可通过光学数据中心织构通信地耦接到同一机架组件或不同机架组件的其他计算节点和/或服务器。例如，架顶交换机可通信地耦接到通信网络(例如，互联网)以提供机架组件和/或数据中心外部的网络通信。

如图所示，架顶交换机250包括网络接口卡或控制器(NIC)260，所述NIC被配置用于提供机架组件220X与光学数据中心织构之间的通信(例如，借由全波长谱)。在一个实施方案中，NIC 260包括相干接收器275X，所述相干接收器被配置用于调谐机架组件220X以从架顶交换机处所接收的全波长谱中选择波长带(例如，选择设置架顶交换机250的带宽的波长带)。在一个实施方案中，相干接收器275X配置在可热插拔设备270内。例如，可热插拔设备可以是包括提供对光学数据中心织构的访问的收发器的小形状因数可插拔(SFP)可热插拔网络接口模块270，其中架顶交换机被配置为辐收发器。在另一个实施方案中，可热插拔设备270是包括提供对光学数据中心织构的访问的收发器、从而提供更高速数据访问和更大带宽的四通道小形状因数可插拔(QSFP)可热插拔网络接口模块，其中架顶交换机被配置为辐收发器。

在另一个实施方案中，计算节点和/或服务器280A-280N中的每一个可任选地包括对应相干接收器。例如，服务器280A可包括相干接收器275A，服务器280B可包括相干接收器275B，……，并且服务器280N可包括相干接收器275N。以这种方式，调谐到波长带可在计算节点和/或服务器中的每一个处而不是在对应机架组件220X的架顶交换机250处执行。图7中提供对在计算节点和/或服务器处提供调谐的更详细的讨论。

如先前所述，架顶交换机250可由管理服务器通过控制路径(未示出)来控制。例如，架顶交换机250可被动态地调谐以接收设置架顶交换机的带宽的特定波长带。

图3A示出根据本公开的一个实施方案的具有配置在超级主干轴光学收发器(例如，交换设备)301A与多个叶节点320(例如，辐收发器)之间的点对多点光学器件的光学数据中心交换织构300A。叶节点可以是数据中心中的多个机架组件的架顶交换机。如图所示，超级主干轴光学收发器301A通信地耦接到多个叶节点320(例如，叶交换机或架顶交换机)中的每一个，使得光学数据中心交换织构300A有效地提供数据中心的边缘(即，轴光学收发器301A)与叶节点之间使用灵活光学技术(例如，无源光学功率分离器)递送的快速路径。

特别地，光学数据中心交换织构300A使用全波长谱将数据发射到叶节点，而不是按频率分离全波长谱。这可通过在一个或多个中间层(未示出)中使用无源光学器件诸如光学功率分离器而不是使用交换设备来实现，如下面将诸如关于图4A至4B进一步描述。例如，超级主干轴光学收发器301A可配置有用于发射和接收数据的多个端口(例如，大于2个通道)。根据叶节点的数量，可在超级主干轴光学收发器301A与多个叶节点320之间插入一个或多个中间层。也就是说，随着叶交换机数量的增加，来自超级主干轴光学收发器301A的一个通道可耦接到用于将由超级主干轴光学收发器301A输出的全波长谱发射到多于一个叶节点的一层或多层无源光学功率分离器。

在一些实施方案中，可在超级主干轴光学收发器301A与多个叶节点320之间实现放大器，以提高所发射信号的信噪比，尽管考虑到数据中心内通常遇到的数据长度路径，预计不需要放大。也就是说，在数据中心实现方式中，来自光学数据中心交换织构300A内的光学器件的现有功率应该足够高，使得不需要放大器，但是在需要的情况下或者在一些其他用例(诸如在轴端提供放大)中，可实现放大级。

如图所示，可在超级主干轴光学收发器301A内配置交换机控制器215A。交换机控制器215A可通过控制路径350通信地耦接到多个叶节点320中的每一个。以这种方式，交换机控制器215A可调谐叶节点中的每一个以接收和/或处理来自从光学数据中心交换织构300A内的超级主干轴光学收发器301A发射的全波长谱的波长带。在一些情况下，交换机控制器215A可在管理服务器210内实现，如图2A所示，其中管理服务器210可配置在超级主干轴光学收发器301A内，或者远离轴光学收发器301A定位，如先前所述。例如，对应叶节点处的相干接收器可被调谐以接收和/或处理设置所述叶节点的带宽的波长带。

光学数据中心交换织构300A包括充当一轴和多辐配置中的轴的单个超级主干轴光学收发器301A，其中辐是叶节点。超级主干轴光学收发器301A可通过全波长谱提供数据。纯粹为了说明，全谱可以承载特定数据速率(例如，每秒16或32或64千兆比特等)的可选波长以每秒400千兆比特(400G)发射。全波长谱可通过各种复用技术进一步分隔成子载波(例如，25G或任何其他数量的子载波波长)。在一个实施方案中，全波长谱被分隔成25G子载波波长。以这种方式，辐收发器中的每一个可被调谐以接收一个或多个25G子载波波长。例如，辐收发器可被调谐以接收25G子载波波长、或50G子载波波长、或75G子载波波长、或100G子载波波长、或25G子载波波长的任何增量或倍数。

图3B示出根据本公开的一个实施方案的具有多点光学器件并且配置有一个或多个超级主干的光学数据中心交换织构300B。每个超级主干通信地耦接到多个叶节点(例如，辐收发器或架顶交换机)320。例如，超级主干轴光学收发器(例如，交换设备)301A和301B中的每一个通信地耦接到多个叶节点320。叶节点可以是数据中心中的多个机架组件的架顶交换机。以这种方式，光学数据中心交换织构300B有效地提供数据中心的边缘(即，轴光学收发器301A和301B)与叶节点之间使用灵活光学技术(例如，无源光学功率分离器)递送的快速路径。

光学数据中心交换织构300B中超级主干轴光学收发器301A和301B中的每一个与多个叶节点320之间的耦接类似于图3A所述的超级主干轴光学收发器301A与多个叶节点320之间的耦接。以这种方式，在使用超级主干光学收发器301A和301B两者来发射数据的情况下，图3B的光学数据中心交换织构300B可提供大约两倍于图3A的光学数据中心交换织构300A的操作容量(例如，吞吐量、带宽等)。纯粹为了说明，如果图3A的光学数据中心交换织构300A使用超级主干轴光学收发器301A来提供以每秒400千兆比特(即，400G)发射的全波长谱，则图3B的光学数据中心交换织构300B可被配置来使用超级主干轴光学收发器301A和301B来提供以每秒800千兆比特(即，800G)发射的全波长谱。另外，图3B的光学数据中心交换织构300B可提供与图3的光学数据中心交换织构300A相同的操作容量，但还提供备份或故障转移服务。也就是说，当超级主干轴光学收发器301A上的一个或多个端口之上的数据递送路径发生故障时，可使用超级主干轴光学收发器301B的一个或多个端口来恢复那些数据路径。

如图所示，可在超级主干轴光学收发器301B内配置交换机控制器215B。交换机控制器215B可通过控制路径355通信地耦接到多个叶节点320中的每一个。以这种方式，交换机控制器215B可调谐叶节点中的每一个以接收和/或处理来自从光学数据中心交换织构300B内的超级主干轴光学收发器301B发射的全波长谱的波长带。在一些情况下，交换机控制器215B可在管理服务器210内实现，如图2A所示，其中管理服务器210可配置在超级主干轴光学收发器301B内，或者远离轴光学收发器301B定位，如先前所述。例如，对应叶节点处的相干接收器可被调谐以接收和/或处理设置所述叶节点的带宽的波长带。叶节点的调谐在超级主干轴局部收发器301A的交换机控制器215A与和超级主干轴局部收发器301B的交换机控制器215B之间协作执行。

图4A示出根据本公开的一个实施方案的配置有点对多点光学器件的光学数据中心交换织构400。特别地，光学数据中心交换织构使用点对多点光学器件来通过包括一个或多个无源光学设备的一个或多个中间层将轴光学收发器410直接通信地耦接到多个辐光学收发器430(例如，叶交换机)。

如图所示，光学数据中心交换织构400包括被配置用于接收波长谱的轴光学收发器410(例如，超级主干交换机)，所述波长谱也称为通过数据中心处理的全波长谱。全波长谱420递送用于光学数据中心交换织构400内的数据递送的总带宽。纯粹为了说明，全谱可以可选数据速率以每秒400千兆比特(例如，400G)或每秒800千兆比特(800G)聚合来发射。光学数据中心交换织构400中的光学设备可使用各种复用技术进一步分隔成子载波，诸如多个25G波长和/或信道，如先前所述。例如，如图4A所示，全波长谱420可被分成32个不同的25G波长或波长带。

轴光学收发器410可通信地耦接到光学功率分离器460。也就是说，可使用光学功率分离器来分解光学数据中心交换织构400的点对多点光学器件，所述光学功率分离器通过消除包括传统交换机的一个或多个交换层来提供整个数据中心的延迟的减少。由于光学功率分离器是基本上不增加延迟的纯无源光学设备，因此可减少延迟，而传统交换机执行光电光(OEO)转换以及一些路由和/或交换操作(例如，数据包排队等)，从而引入延迟。此外，与传统交换织构中在中间层处使用的交换机相比，光学功率分离器可较不复杂且成本较低。例如，在一些实现方式中，可在光学数据中心交换织构400内使用任何标准光学功率分离器。功率分离器460作为被配置来复制波长谱420并输出多个复制的波长谱420’的无源设备来操作。例如，多个复制的波长谱420'包括复制的波长谱420A、复制的波长谱420B、……、以及复制的波长谱420N。

在实施方案中，每个复制的波长谱包括由轴光学收发器410发射的全波长谱420(例如，800G波长)，但处于较低功率。也就是说，多个复制的波长谱420’中的每个复制的波长谱具有作为由光学功率分离器460从轴光学收发器410接收的总功率的一部分的对应功率。在一个实施方案中，功率分离器均匀地或不均匀地划分总功率或用全波长谱或复制的全波长谱接收的功率。例如，功率分离器可在多个复制的波长谱内均匀或不均匀地划分全波长谱的总功率。

光学数据中心交换织构400包括耦接到功率分离器的多个辐收发器430。例如，每个辐收发器通过单独的连接(例如，光纤布线)耦接到功率分离器460。在一种实现方式中，每个辐收发器是叶交换机或叶节点，诸如对应数据中心的每个机架组件处的架顶交换机。更特别地，多个辐收发器中的每一个被配置来接收多个复制的波长谱中的对应一个。也就是说，每个辐收发器接收全波长谱，使得光学数据中心交换织构400使用全波长谱将数据发射到辐收发器，而不是按频率分离全波长谱。因此，轴光学收发器410与辐光学收发器中的每一个之间使用的点对多点光学器件分离或分解功率，但仍然传送全波长谱。例如，辐光学收发器430A被配置来接收复制的波长谱420A，辐光学收发器430B被配置来接收复制的波长谱420B，……，并且辐光学收发器430N被配置来接收复制的波长谱420N。

多个辐光学收发器430可调谐以基于全波长谱420所提供的总带宽来设置多个带宽。更特别地，每个辐收发器可调谐以选择设置对应辐收发器的带宽的波长带(即，选择被复制的对应全波长谱的离散部分)。例如，每个辐收发器可包括部署在服务多个主机和/或服务器的对应机架组件内的叶交换机或架顶交换机。这可由于在辐光学收发器中使用可调谐相干接收器而实现。特别地，每个辐收发器包括光学相干接收器，所述光学相干接收器被配置来将复制的波长谱(例如，全波长谱)分成可选波长带，使得每个辐收发器可动态地调谐以接收限定对应辐收发器的带宽的可选波长带。例如，每个辐收发器包括被配置用于从辐收发器所接收的多个复制的波长谱中的对应一个中选择波长带的相干接收器。

特别地，每个辐收发器可被调谐到至少一个子载波波长(例如，25G波长)，但可被调谐到多个子载波以增加单个连接上诸如到对应辐收发器(例如，架顶交换机)的带宽。例如，辐光学收发器430A包括针对其带宽被调谐以接收总共50G波长的两个25G子载波波长的相干接收器440A，辐光学收发器430B包括针对其带宽被调谐以接收总共25G波长的一个25G子载波波长的相干接收器440B，……，并且辐光学收发器430N包括针对其带宽被调谐以接收总共100G波长的四个25G子载波波长的相干接收器440N。此外，另一个辐光学收发器可包括被调谐以接收25G子载波波长的任何倍数(例如，25G、50G、75G、100G、125G等)或者可被调谐以接收子载波波长的大于或小于25G的任何倍数的相干接收器。也就是说，虽然一些部件可被调谐用于选择25G增量的倍数，但其他部件可被调谐用于基于当前技术或数据中心内通信的代数来选择更大或更小的增量。

光学数据中心交换织构400通过借助于去除一个或多个中间交换机层来减少轴光学收发器410与多个辐光学收发器430中的每一个之间的延迟来实现增强的性能。一个或多个中间交换机层中的一个或多个交换机用作为不需要输入功率来操作的无源设备的点对多点光学器件来替换。在一个实施方案中，点对多点光学器件包括无源光学功率分离器。根据数据中心内需要的辐光学收发器的数量，可实现一个或多个中间无源光学功率分离器层，其中每一层包括一个或多个功率分离器。在一个实施方案中，多个层可包括功率分离器的级联层。

在一个实施方案中，轴光学收发器410、光学功率分离器460中的每一者以及多个辐光学收发器430中的每一个可以是可热插拔的。例如，如先前所述，每个设备可包括在QSFP形状因数内。在一种实现方式中，一个或多个轴光学收发器和一个或多个光学功率分离器(即，配置成一个或多个层或多个级联层)可安装在机架组件内。如先前所述，辐光学收发器中的每一个可作为对应架顶交换机安装在对应机架组件中。

在一个实施方案中，控制系统耦接到多个辐收发器的多个相干接收器，其中控制系统被配置来调谐每个辐收发器的相干接收器以选择对应波长带。例如，控制系统可包括配置在轴光学收发器410内的交换机控制器215C。交换机控制器215C可通过控制路径450通信地耦接到多个辐光学收发器430中的每一个。以这种方式，交换机控制器215C可调谐辐光学收发器中的每一个以接收和/或处理来自从光学数据中心交换织构400内的轴光学收发器410发射的全波长谱的波长带。在一些情况下，交换机控制器215C可在管理服务器210内实现，如图2A所示，其中管理服务器210可配置在轴光学收发器410内，或者远离轴光学收发器410定位，如先前所述。例如，对应辐光学收发器处的相干接收器可被调谐以接收和/或处理设置所述辐光学收发器的带宽的波长带。

在一个实施方案中，光学数据中心交换织构400还允许将带宽动态地分配到辐光学收发器。当流量需求随时间变化时，光学数据中心交换织构400可被配置来根据需要增加和/或减少容量。例如，用于大型业务系统的光学数据中心交换织构400可在业务时间期间被重度使用，并且因此可在业务时间或高峰时间期间将更多带宽分配到选定机架组件及其对应主机/服务器。在非高峰时间或暗时间期间，可动态地调谐分配到每个机架组件的带宽以允许在执行可较繁重或较不繁重的操作的机架组件之间动态地分配带宽。例如，可调谐带宽以便分配和/或重新分配到各种机架组件的各种服务器/网络段，以用于执行数据备份、管理操作，执行机器学习算法或其他非高峰应用程序。此外，软件定义网络(SDN)可被配置来自动化带宽分配，使得可根据需求来动态且自动地分配带宽。

在一些实施方案中，可在轴光学收发器410与多个辐光学收发器430之间实现放大器，以提高所发射信号的信噪比，尽管考虑到数据中心内通常遇到的数据长度路径，预计不需要放大。也就是说，放大器可耦接在辐收发器与功率分离器460之间，其中放大器被配置来放大辐收发器所接收的复制的波长谱的功率。另外，放大器可耦接在轴光学收发器410与功率分离器460之间，其中放大器被配置来放大功率分离器460所接收的全波长谱的功率。

图4B示出根据本公开的一个实施方案的图4A中介绍的配置有点对多点光学器件的光学数据中心交换织构400。图4A和图4B所示的交换织构400相同地配置。也就是说，光学数据中心交换织构400使用点对多点光学器件来通过包括一个或多个无源光学设备的一个或多个中间层将轴光学收发器410直接通信地耦接到多个辐光学收发器430(例如，叶交换机)。

更特别地，图4B所示的光学数据中心交换织构400示出部件之间的连接。如图所示，轴光学收发器410与光学功率分离器460之间的连接以及功率分离器460与多个辐光学收发器430中的每一个之间的连接可通过光纤布线来实现，所述光纤布线可以是单工光纤布线或双工光纤布线。在单工光纤布线中，信号在一个方向上流动(即，向上游或向下游)。在双工光纤布线中，信号可在两个方向上流动(即，向上游和向下游)。

在一个实施方案中，轴光学收发器410与光学功率分离器460之间的连接是单工光纤布线，使得上游数据流量和下游数据流量需要单独布线。在另一个实施方案中，轴光学收发器410与光学功率分离器460之间的连接是用于处理上游数据流量和下游数据流量两者的双工光纤布线。

在一个实施方案中，光学功率分离器460与对应辐光学收发器之间的连接是单工光纤布线，使得上游数据流量和下游数据流量需要单独布线。在另一个实施方案中，光学功率分离器460与对应辐光学收发器之间的连接是用于处理上游数据流量和下游数据流量两者的双工光纤布线。

图5A至图5B示出数据中心环境中的光学分离的示例。根据数据中心的目的、容量以及每个机架组件的带宽预配的可变性，在各种实施方案中可使用多种物理光纤基础设施拓扑。仅出于说明的目的，图5A至图5B中提供了一些示例，但应当理解，拓扑不限于这些示例。无论实现何种拓扑，本公开的实施方案的光学数据中心交换织构的拓扑都允许用最少的光纤计数实现最大的灵活性，这意味着对于数据中心内的相同机架组件计数，当与传统交换织构设计(例如，使用一个或多个中间交换层)相比时，所使用的光纤显著减少并且有源交换基础设施显著减少(即，与一个或多个中间层处的有源交换机的数量相比，所使用的无源光学设备更少)。

特别地，图5A示出根据本公开的一个实施方案的数据中心的光学交换织构500A，所述光学交换织构包括单个功率分离器层。光学数据中心交换织构500A使用点对多点光学器件来将超级主干直接通信地耦接到位于多个机架组件530中的多个辐光学收发器550。如图所示，光学交换织构500A包括轴光学收发器、功率分离器层和多个辐光学收发器550。

特别地，光学交换织构500A包括超级主干交换设备(例如，交换机、轴光学收发器等)，所述超级主干交换设备被配置用于接收递送用于数据递送的总带宽的波长谱(例如，全波长谱)420，其中全波长谱420具有总功率。超级主干交换设备可配置在超级主干机架组件501A内，所述超级主干机架组件还包括无源光学设备。

此外，光学交换织构500A包括耦接到机架组件501A中的超级主干(例如，轴光学收发器)的功率分离层。功率分离层被配置来输出多个复制的波长谱，其中每个复制的波长谱具有作为从超级主干501A接收的总功率的一部分的对应功率。在一个实施方案中，功率分离层包括配置在一个或多个级联层中的多个功率分离器，其中每个功率分离器作为无源设备来操作，并且被配置来以降低的功率复制所接收的波长谱。功率分离层也可包括在机架组件501A内。

如图5A所示，功率分离层包括一个层，并且更具体地包括被配置为一分十六(1*16)功率分离器的一个功率分离器460A。也就是说，全波长谱被分成十六个复制的波长谱。每个复制的波长谱具有作为从超级主干交换设备接收的总功率的一部分的对应功率，如先前所述。在一个实施方案中，与复制的波长谱相关联的部分是均匀分布的。在另一个实施方案中，与复制的波长谱相关联的部分是不均匀分布的。

如图所示，功率分离器460具有多个输出(例如，信道)540A至540P，诸如16个信道。每个输出具有对应的复制的波长谱。输出耦接到多个机架组件530中的多个架顶交换机550。例如，来自功率分离器460A的信道540A输出耦接到机架组件530A的架顶交换机550A，信道540B耦接到机架组件530B的架顶交换机550B，信道540C耦接到机架组件530C的架顶交换机550C，信道540D耦接到机架组件530D的架顶交换机550D，信道540E耦接到机架组件530E的架顶交换机550E，信道540F耦接到机架组件530F的架顶交换机550F，信道540G耦接到机架组件530G的架顶交换机550G，信道540H耦接到机架组件530H的架顶交换机550H，信道540I耦接到机架组件530I的架顶交换机550I，信道540J耦接到机架组件530J的架顶交换机550J，信道540K耦接到机架组件530K的架顶交换机550K，信道540L耦接到机架组件530L的架顶交换机550L，信道540M耦接到机架组件530M的架顶交换机550M，信道540O耦接到机架组件530O的架顶交换机550O，并且信道540P耦接到机架组件530P的架顶交换机550P。以这种方式，一个超级主干交换机端口可连接到16个叶交换机或架顶交换机。应当理解，一个交换机端口可根据所实现的功率分离层的数量而连接到任何数量的架顶交换机。

特别地，光学数据中心交换织构500A包括耦接到功率分离层的多个辐收发器(例如，架顶交换机)。多个辐收发器中的每一个被配置来接收多个复制的波长谱中的对应一个，其中每个辐收发器可调谐以选择设置每个辐收发器的带宽的波长带。如图5A所示，多个架顶交换机530耦接到功率分离层或功率分离器460A。如先前所述，每个架顶交换机接收复制的波长谱，并且可被进一步调谐以选择设置对应架顶交换机的带宽的波长带。这是通过在每个架顶交换机处使用对应相干光学接收器来实现的，所述相干光学接收器被配置来将复制的波长谱分成可选波长带，所述可选波长带限定对应架顶交换机的带宽。

如先前所述，控制系统耦接到多个架顶交换机530的相干接收器，其中控制系统被配置用于调谐每个架顶交换机以选择对应波长带。尽管控制系统未在图5A中示出，但控制系统可包括交换机控制器，所述交换机控制器通信地耦接到每个相干接收器，以便调谐每个架顶交换机以接收来自全波长谱420的对应波长带。

图5B示出根据本公开的一个实施方案的数据中心的光学交换织构500B，所述光学交换织构包括多个和级联的分离器层。光学数据中心交换织构500B使用点对多点光学器件来将超级主干直接通信地耦接到位于多个机架组件530中的多个辐光学收发器560。如图所示，光学交换织构500B包括轴光学收发器、级联功率分离器层和多个辐光学收发器550。

特别地，光学交换织构500B包括超级主干交换设备(例如，交换机、轴光学收发器等)，所述超级主干交换设备被配置用于接收递送用于数据递送的总带宽的波长谱(例如，全波长谱)420，其中全波长谱420具有总功率。超级主干交换设备可配置在超级主干机架组件501B内，所述超级主干机架组件还包括级联功率分离层中的无源光学设备。

特别地，光学交换织构500A包括被配置来输出多个复制的波长谱的级联功率分离层，其中每个复制的波长谱具有作为从机架组件501B中的超级主干接收的总功率的一部分的对应功率。在一个实施方案中，级联功率分离层包括配置在一个或多个级联层中的多个功率分离器，其中每个功率分离器作为无源设备来操作，并且被配置来以降低的功率复制所接收的波长谱。级联功率分离层也可包括在机架组件501B内。

如图所示，级联功率分离层包括第一层，所述第一层包括被配置为一分四(1*4)功率分离器的一个功率分离器460B。也就是说，全波长谱被分成四个复制的波长谱。例如，功率分离器460通过信道560提供复制的波长谱作为输出，并且通过信道561提供复制的波长谱作为另一个输出，并且通过信道562提供复制的波长谱作为另一个输出，并且通过信道563提供复制的波长谱作为另一个输出。作为来自功率分离器460B的输出提供的每个复制的波长谱具有作为从超级主干交换设备接收的总功率的一部分的对应功率，如先前所述。在一个实施方案中，与复制的波长谱相关联的部分是均匀分布的。在另一个实施方案中，与复制的波长谱相关联的部分是不均匀分布的。

特别地，光学数据中心交换织构500B包括耦接到级联功率分离层的多个辐收发器(例如，架顶交换机)。多个辐收发器中的每一个被配置来接收多个复制的波长谱中的对应一个，其中每个辐收发器可调谐以选择设置每个辐收发器的带宽的波长带。如图5B所示，多个架顶交换机530耦接到级联功率分离层。如先前所述，每个架顶交换机接收复制的波长谱，并且可被进一步调谐以选择设置对应架顶交换机的带宽的波长带。这是通过在每个架顶交换机处使用对应相干光学接收器来实现的，所述相干光学接收器被配置来将复制的波长谱分成可选波长带，所述可选波长带限定对应架顶交换机的带宽。

如图所示，级联功率分离层耦接到多个机架组件530中的多个架顶交换机550。特别地，来自功率分离器460B的每个输出通过对应功率分离器耦接到对应架顶交换机。例如，信道560上的输出耦接到被配置为一分四(1*4)功率分离器的功率分离器460C，信道561上的输出耦接到被配置为一分四(1*4)功率分离器460D，信道562上的输出耦接到被配置为一分四(1*4)功率分离器的功率分离器460E，并且信道563上的输出耦接到被配置为一分四(1*4)功率分离器的功率分离器460F。每个输出提供复制的波长谱。

此外，功率分离器460C、460D、460E和460F中的每一者耦接到对应机架组件的多个架顶交换机。如图所示，功率分离器460C、460D、460E和460F可安装在对应机架组件中，但功率分离器可位于其他地方，诸如位于另一个机架组件中。特别地，功率分离器460C通过信道560A、560B、560C和560D提供四个输出。每个信道进一步通信地耦接到对应架顶交换机。例如，从功率分离器460C，信道560A耦接到机架组件530A的架顶交换机550A，信道560B耦接到机架组件530B的架顶交换机550B，信道560C耦接到机架组件530C的架顶交换机550C，并且信道560D耦接到机架组件530D的架顶交换机550D。另外，从功率分离器460D，信道561A耦接到机架组件530E的架顶交换机550E，信道561B耦接到机架组件530F的架顶交换机550F，信道561C耦接到机架组件530G的架顶交换机550G，并且信道561D耦接到机架组件530H的架顶交换机550H。另外，从功率分离器460E，信道562A耦接到机架组件530I的架顶交换机550I，信道562B耦接到机架组件530J的架顶交换机550J，信道562C耦接到机架组件530K的架顶交换机550K，并且信道562D耦接到机架组件530L的架顶交换机550L。另外，从功率分离器460F，信道563A耦接到机架组件530M的架顶交换机550M，信道563B耦接到机架组件530N的架顶交换机550N，信道563C耦接到机架组件530O的机架交换机550O，并且信道563D耦接到机架组件530P的架顶交换机550P。

如先前所述，控制系统耦接到多个架顶交换机530的相干接收器，其中控制系统被配置用于调谐每个架顶交换机以选择对应波长带。尽管控制系统未在图5B中示出，但控制系统可包括交换机控制器，所述交换机控制器通信地耦接到每个相干接收器，以便调谐每个架顶交换机以接收来自全波长谱420的对应波长带。

图6A是示出根据本公开的一个实施方案的数据中心的交换织构600A的示意图，所述交换织构包括跨连接到超级主干交换层610的三个级联功率分离器层的一分四(1*4)分离器的使用。特别地，光学数据中心交换织构600A使用点对多点光学器件来通过包括一个或多个无源光学设备的一个或多个中间层将超级主干交换层(例如，轴光学收发器)直接通信地耦接到多个辐光学收发器(例如，叶交换机，即架顶交换机)。

如图所示，光学数据中心交换织构600A包括被配置用于接收波长谱的超级主干交换层610，所述波长谱也称为通过数据中心处理的全波长谱。全波长谱递送用于光学数据中心交换织构600A内的数据递送的总带宽。纯粹为了说明，全谱可以可选数据速率以每秒400千兆比特(例如，400G)或每秒800千兆比特(800G)聚合来发射。光学数据中心交换织构400中的光学设备可使用各种复用技术进一步分隔成子载波，诸如多个25G波长，如先前所述。例如，全波长谱可被分成32个不同的25G波长或波长带。

光学交换织构600A包括耦接到超级主干交换层610的三个级联功率分离器层。例如，级联功率分离器层和超级主干交换层可位于数据中心的一个机架组件内。三个级联分离器层包括功率分离器的第一级联级、功率分离器的第二级联级和功率分离器的第三级联级。三个级联功率分离层被配置来输出多个复制的波长谱，其中每个复制的波长谱具有作为从超级主干交换层610接收的总功率的一部分的对应功率。在一个实施方案中，级联功率分离器层包括配置在一个或多个级联层中的多个功率分离器，其中每个功率分离器作为无源设备来操作，并且被配置来以降低的功率复制所接收的波长谱。

特别地，第一级联级包括单个一分四(1*4)功率分离器460G，所述一分四功率分离器通过信道提供四个输出。每个输出提供具有作为超级主干交换层610所提供的全波长谱的总功率的一部分的功率的复制的波长谱。

第二级联级包括四个功率分离器，其中每个功率分离器是一分四(1*4)功率分离器，并且每个功率分离器耦接到第一级联中的功率分离器460G。例如，功率分离器460H通过信道从第一级联级中的功率分离器460G接收复制的波长谱，并且通过信道提供四个附加输出，每个输出提供复制的波长谱。另外，功率分离器460I通过信道从第一级联级中的功率分离器460G接收复制的波长谱，并且通过信道提供四个附加输出，每个输出提供复制的波长谱。另外，功率分离器460J通过信道从第一级联级中的功率分离器460G接收复制的波长谱，并且通过信道提供四个附加输出，每个输出提供复制的波长谱。此外，功率分离器460K通过信道从第一级联级中的功率分离器460G接收复制的波长谱，并且通过信道提供四个附加输出，每个输出提供复制的波长谱。

第三级联级包括十六个功率分离器460L、460M、460N、460O、……、和460X。每个功率分离器类似地配置，其中每个功率分离器耦接到来自第三级联级的功率分离器中的一个功率分离器的输出。作为代表性示例，来自第二级联级的功率分离器460H提供耦接到功率分离器460L、460M、460N和460O的四个输出。例如，功率分离器460L至460O中的每一者通过对应信道从功率分离器460H接收对应的复制的波长谱。

三个级联功率分离器层耦接到多个辐光学收发器，诸如多个机架组件的架顶交换机。多个辐收发器中的每一个被配置来接收对应的复制的波长谱，其中每个辐收发器接收全波长谱，但以与提供全波长谱的超级主干交换层610所输出的总功率相比降低的功率接收，如先前所述。因此，每个辐收发器被配置来使用对应光学相干接收器将复制的波长谱(例如，全波长谱)分成可选波长带。也就是说，每个辐收发器可动态地调谐以接收限定对应辐收发器的带宽的可选波长带。

图6B是示出根据本公开的一个实施方案的实现包括多个和级联的功率分离器层的图6A的光学数据中心交换织构600A的物理数据中心布局的示意图。光学数据中心交换织构600B使用点对多点光学器件来将超级主干交换层直接通信地耦接到位于多个机架组件530中的多个辐光学收发器550。如图所示，光学交换织构600B包括超级主干交换层690(例如，主干交换机、轴光学收发器等)、级联功率分离层和多个辐光学收发器550。

超级主干交换层(例如，交换机、轴光学收发器等)被配置用于接收递送用于数据递送的总带宽的波长谱(例如，全波长谱)，其中全波长谱具有总功率。

光学交换织构600B包括被配置来输出多个复制的波长谱的级联功率分离层，其中每个复制的波长谱具有作为从超级主干交换层接收的总功率的一部分的对应功率。在一个实施方案中，级联功率分离层包括配置在一个或多个级联层中的多个功率分离器，其中每个功率分离器作为无源设备来操作，并且被配置来以降低的功率复制所接收的波长谱。

第一级联级631包括被配置为一分四(1*4)功率分离器的一个功率分离器460P。也就是说，全波长谱被分成四个复制的波长谱。例如，功率分离器460P通过四个信道提供输出，其中每个信道承载复制的波长谱。作为来自功率分离器460P的输出提供的每个复制的波长谱具有作为从超级主干交换层接收的总功率的一部分的对应功率，如先前所述。

功率分离器的第二级联级632包括四个功率分离器，每个功率分离器被配置为一分四(1*4)功率分离器。例如，第二级联级632包括功率分离器460R、460S、460T和460U，每个功率分离器耦接到第一级联级631中的功率分离器460P。每个功率分离器耦接到对应排机架组件中的架顶交换机。

例如，功率分离器460R通过对应信道从功率分离器460P接收波长谱，并且进一步通过四个对应信道向第一排机架组件551中的架顶交换机550A、550B、550C和550D中的每一者提供具有更小功率的附加波长谱。另外，功率分离器460S通过对应信道从功率分离器460P接收波长谱，并且进一步通过四个对应信道向第二排机架组件552中的架顶交换机550E、550F、550G和550H中的每一者提供具有更小功率的附加波长谱。另外，功率分离器460T通过对应信道从功率分离器460P接收波长谱，并且进一步通过四个对应信道向第三排机架组件553中的架顶交换机550I、550J、550K和550L中的每一者提供具有更小功率的附加波长谱。此外，功率分离器460U通过对应信道从功率分离器460P接收波长谱，并且进一步通过四个对应信道向第四排机架组件554中的架顶交换机550M、550N、550O和550P中的每一者提供具有更小功率的附加波长谱。

如先前所述，多个辐收发器530(例如，架顶交换机)中的每一个被配置来接收多个复制的波长谱中的对应一个，其中每个辐收发器可调谐以选择设置每个辐收发器的带宽的波长带。如图6B所示，多个架顶交换机530耦接到级联功率分离层。如先前所述，每个架顶交换机接收复制的波长谱，并且可被进一步调谐以选择设置对应架顶交换机的带宽的波长带。这是通过在每个架顶交换机处使用对应相干光学接收器来实现的，所述相干光学接收器被配置来将复制的波长谱分成可选波长带，所述可选波长带限定对应架顶交换机的带宽。

如图6B所示，光学数据中心交换织构可使用可重复步骤来实现。具体地，每个机架组件的物理连接性保持相同，诸如功率连接(hookup)和用于连接到光学数据中心交换织构的光缆。因此，所预配的带宽可在每种机架类型添加到光学数据中心织构时动态地调谐以适应每种机架类型。这将简化数据中心架构，并且简化物理预配和布线过程，所需的光学连接的数量减少。

在一个实施方案中，一个或多个功率分离器的第一级联级631和第二级联级632可位于架空或地板下电缆托架620内。将两个级联级631和632耦接到机架组件排551至554中的每排中的架顶交换机的光纤电缆可被引导通过电缆托架620。特别地，可在安装时为机架组件排551至554中的每个机架组件提供一个一致的光缆引入线。如先前所述，对每个机架组件的控制提供对每个对应机架组件处接收的带宽的动态调谐，使得每个机架组件可被动态地配置来在任何时间点接收可选带宽。

图7是示出根据本公开的一个实施方案的数据中心的交换织构的示意图，所述交换织构被配置用于在主机/服务器机架层处执行交换。光学数据中心交换织构使用点对多点光学器件来将超级主干交换层直接通信地耦接到位于多个机架组件中的多个辐光学收发器。特别地，数据递送在机架组件700处示出，其中代替在对应机架组件的架顶交换机处提供相干接收器，可将相干接收器从向机架组件提供数据的交换织构沿分配栈进一步向下移动到在一个或多个机架组件内生成流量的主机/服务器。随着带宽需求变得更大并且低延迟路径变得更加重要，网络中端点之间的步骤数量的减少可向端点(例如，主机和/或服务器)提供更高的带宽。

例如，架顶交换机550'(例如，辐光学收发器)可光学地配置有相干接收器，如先前所述。然而，相干接收器所执行的操作可被进一步推送到机架组件的每个计算节点，如下面将进一步描述。

特别地，架顶交换机550'可被配置来从功率分离器接收复制的波长谱。如先前所述，轴光学收发器被配置用于接收递送用于数据递送的总带宽的波长谱(例如，全波长谱)，其中全波长谱具有总功率。级联功率分离层包括各自被配置来输出对应的复制的波长谱一个或多个功率分离器，其中每个复制的波长谱具有作为与轴光学收发器所提供的全波长谱相关联的总功率的一部分的对应功率。例如，功率分离器可被配置来复制波长谱并提供多个复制的波长谱。

如图所示，架顶交换机550'可通过端口0向另一个功率分离器460X提供输出，所述功率分离器可被配置为一分八(1*8)功率分离器。功率分离器460X通过对应信道711A、711B、……和711H向组701中的八个服务器和/或计算节点(例如，服务器0至服务器7)中的每一者提供对应的复制的波长谱作为输出。另外，架顶交换机550'可通过端口1向另一个功率分离器460Y提供输出，所述功率分离器可被配置为一分八(1*8)功率分离器。功率分离器460Y通过对应信道712A、712B、……和712H向组702中的八个服务器(例如，服务器0至服务器7)中的每一者提供对应的复制的波长谱作为输出。另外，架顶交换机550'可通过端口2向另一个功率分离器460Z提供输出，所述功率分离器可被配置为一分八(1*8)功率分离器。功率分离器460Z通过对应信道713A、713B、……和713H向组703中的八个服务器(例如，服务器0到服务器7)中的每一者提供对应的复制的波长谱作为输出。架顶交换机550'的端口3至7可被类似地配置来向另外的八个服务器的组(未示出)提供对应的复制的波长谱的输出。

此外，每个服务器可配置有对应相干收发器。因此，耦接到功率分离器的服务器的相干收发器可被配置来接收复制的波长谱。此外，相干接收器可调谐以从复制的波长谱中选择设置相干收发器及相应地对应服务器的带宽的对应波长带。也就是说，服务器的相干接收器被配置来将复制的波长谱分成限定对应服务器的带宽的可选波长带。

因此，本公开描述递送全互联网协议(IP)多级交换网络的优点并且还提供数据中心的边缘与叶节点之间使用灵活光学技术递送的快速路径的光学数据中心织构(ODCF)和/或拓扑。

应当理解，可使用本文所公开的各种特征将本文所限定的各种实施方案组合或组装成具体实现方式。因此，提供的示例只是一些可能的示例，而不限于可通过组合各种元件来限定更多实施方式的各种实施方式。在一些示例中，在不脱离所公开或等效实施方式的精神的情况下，一些实施方式可以包括更少的元件。

本公开的实施方案可以用包括手持式装置、微处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费型电子产品、小型计算机、大型计算机等的各种计算机系统配置来实践。还可以在分布式计算环境中实践本公开的实施方案，在所述分布式计算环境中，通过基于有线或无线网络链接的远程处理装置执行任务。

考虑到上述实施方案，应当理解，本公开的实施方案可采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实现的操作。这些操作是需要对物理量的物理操纵的那些操作。本文描述的形成本公开的实施方案的一部分的任何操作都是有用的机器操作。本公开的实施方案还涉及用于执行这些操作的设备或装置。所述装置可出于所需目的专门构造而成，或者所述装置可以是由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或配置的通用计算机。特别地，各种通用机器可与根据本文的教导内容编写的计算机程序一起使用，或者构造更专门的设备来执行所需操作可能更方便。

本公开还可以实施为计算机可读介质上的计算机可读代码。计算机可读介质是可以存储数据的任何数据存储装置，该数据随后可以由计算机系统读取。计算机可读介质的示例包括硬盘驱动器、网络附接存储装置(NAS)、只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁带以及其他光学和非光学数据存储装置。计算机可读介质可包括分布在网络耦合的计算机系统上的计算机可读有形介质，使得以分布式方式存储和执行计算机可读代码。

尽管以具体的顺序描述了方法操作，但应理解，可在操作之间执行其他内务操作，或者可以调整操作，使得它们在略微不同的时间发生，或者可以分布在允许以与处理相关联的各种间隔发生处理操作的系统中，只要覆盖操作的处理以期望的方式执行即可。

虽然出于清楚理解的目的相当详细地描述了前述公开内容，但显而易见的是，可在所附权利要求的范围内实践某些改变和修改。因此，本发明的实施方案被认为是说明性的而非限制性的，并且本公开的实施方案不限于本文给出的细节，而可以在所附权利要求的范围和等效物内进行修改。

Claims (20)

1.一种光学通信系统，其包括：

轴光学收发器，所述轴光学收发器被配置用于接收波长谱；

功率分离器，所述功率分离器耦接到所述轴光学收发器，所述功率分离器作为被配置来复制所述波长谱并输出多个复制的波长谱的无源设备来操作，并且所述多个复制的波长谱中的每个复制的波长谱具有作为从所述轴光学收发器接收的总功率的一部分的对应功率；

多个辐收发器，所述多个辐收发器耦接到所述功率分离器并且所述多个辐收发器中的每一个被配置来接收所述多个复制的波长谱中的对应一个，其中每个辐收发器能调谐以选择设置所述每个辐收发器的带宽的波长带。

2.如权利要求1所述的光学通信系统，

其中所述多个辐收发器中的辐收发器包括部署在服务多个服务器的机架内的架顶交换机。

3.如权利要求2所述的光学通信系统，其还包括：

服务器，所述服务器耦接到所述辐收发器并且被配置来接收第一波长带；以及

所述服务器的相干接收器，所述相干接收器能调谐以从所述第一波长带中选择一个或多个波长以用于发送和接收数据。

4.如权利要求1所述的光学通信系统，

其中所述功率分离器在所述多个复制的波长谱内均匀地或不均匀地划分所述总功率。

5.如权利要求1所述的光学通信系统，

其中所述每个辐收发器包括被配置用于从所接收的所述多个复制的波长谱中的所述对应一个中选择所述波长带的相干接收器。

6.如权利要求5所述的光学通信系统，其还包括：

控制系统，所述控制系统耦接到所述多个辐收发器的多个相干接收器，所述控制系统调谐所述每个辐收发器的所述相干接收器以选择所述波长带。

7.如权利要求1所述的光学通信系统，

其中所述每个辐收发器的所述带宽是每秒25千兆比特的倍数。

8.如权利要求1所述的光学通信系统，其还包括：

放大器，所述放大器耦接在辐收发器与所述功率分离器之间，其中所述放大器被配置来放大所述辐收发器所接收的复制的波长谱的功率。

9.如权利要求1所述的光学通信系统，其中所述光学通信系统在数据中心的一部分内实现。

10.如权利要求1所述的光学通信系统，

其中所述波长谱递送用于数据递送的总带宽，

其中所述多个辐收发器能调谐以基于所述总带宽来设置多个带宽。

11.一种光学通信系统，其包括：

轴光学收发器，所述轴光学收发器被配置用于接收波长谱；

功率分离层，所述功率分离层耦接到所述轴光学收发器并且被配置来输出多个复制的波长谱，并且每个复制的波长谱具有作为从所述光学收发器接收的总功率的一部分的对应功率，其中所述功率分离层包括配置在一个或多个级联层中的多个功率分离器，每个功率分离器作为无源设备来操作；以及

多个辐收发器，所述多个辐收发器耦接到所述功率分离层并且所述多个辐收发器中的每一个被配置来接收所述多个复制的波长谱中的对应一个，其中每个辐收发器能调谐以选择设置所述每个辐收发器的带宽的波长带。

12.如权利要求11所述的光学通信系统，

其中每个功率分离器被配置来以降低的功率复制所接收的波长谱。

13.如权利要求11所述的光学通信网络，其中所述功率分离层包括：

第一功率分离器，所述第一功率分离器耦接到所述轴光学收发器并且被配置来复制所述波长谱并输出多个第一复制的波长谱；以及

第二功率分离器，所述第二功率分离器耦接到所述第一功率分离器并且被配置来复制所述多个第一复制的波长谱并输出递送到耦接到所述第二功率分离器的辐收发器的所述多个复制的波长谱。

14.如权利要求11所述的光学通信系统，

其中所述多个辐收发器中的辐收发器包括部署在服务多个服务器的机架内的架顶交换机。

15.如权利要求14所述的光学通信系统，其还包括：

服务器，所述服务器耦接到所述辐收发器并且被配置来接收第一波长带；以及

所述服务器的相干接收器，所述相干接收器能调谐以从所述第一波长带中选择一个或多个波长以用于发送和接收数据。

16.如权利要求11所述的光学通信系统，

其中所述每个辐收发器包括被配置用于从所接收的所述多个复制的波长谱中的所述对应一个中选择对应波长带的对应相干接收器。

17.如权利要求16所述的光学通信系统，其还包括：

控制系统，所述控制系统耦接到所述多个辐收发器的相干接收器并且被配置用于调谐所述每个辐收发器以选择所述对应波长带。

18.如权利要求11所述的光学通信系统，

其中所述光学通信系统在数据中心的一部分内实现。

19.一种光学通信系统，其包括：

轴光学收发器，所述轴光学收发器被配置用于接收波长谱；

第一功率分离器，所述第一功率分离器耦接到所述轴光学收发器，所述第一功率分离器作为被配置来复制所述波长谱并输出第一多个复制的波长谱的无源设备来操作，并且所述第一多个复制的波长谱中的每个复制的波长谱波长具有作为从所述轴光学收发器接收的总功率的一部分的对应功率；

辐收发器，所述辐收发器耦接到所述第一功率分离器并且被配置来接收来自所述第一多个复制的波长谱的复制的波长谱；

第二功率分离器，所述第二功率分离器耦接到所述辐收发器并且被配置来接收来自所述第一多个复制的波长谱的所述复制的波长谱并输出第二多个复制的波长谱；以及

服务器的相干收发器，所述相干收发器耦接到所述第二功率分离器并且被配置来接收来自所述第二多个复制的波长谱的复制的波长谱，其中所述相干收发器能调谐以从来自所述第二多个复制的波长谱的所述复制的波长谱中选择设置所述相干收发器的带宽的对应波长带。

20.如权利要求19所述的光学通信系统，

其中所述辐收发器包括部署在服务多个服务器的机架内的架顶交换机，

其中所述光学通信系统在数据中心内实现。