TW202002542A

TW202002542A - 智慧定義光隧道網路系統與網路系統控制方法

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Publication number: TW202002542A
Application number: TW108106742A
Authority: TW
Inventors: 田伯隆; 楊啟瑞; 陳慶年; 林天健
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-01-01
Also published as: JP7048005B2; CN110582032A; JP7099667B2; TWI712276B; CN110582033A; TW202002582A; TW202002583A; TWI698093B; TW202002541A; ES2905681T3; JP2019216418A; CN110582033B; TWI690175B; JP2019216419A; EP3582508B1; JP2019216420A; JP6879472B2; CN110582032B; CN110582031A; CN110581735A

Abstract

一種智慧定義光隧道網路系統，包含複數個群組。群組任一者包含複數個光塞取子系統，分別用以透過複數個置頂交換器與相應的複數個伺服器進行資料傳輸。光塞取子系統任一者包含第一傳輸模組以及第二傳輸模組。第一傳輸模組配置以第一頻帶以進行資料傳輸，光塞取子系統任一者中的第一傳輸模組與相鄰之光塞取子系統中的第一傳輸模組彼此連接，以形成第一傳輸環。第二傳輸模組配置以相異於第一頻帶之第二頻帶以進行資料傳輸。光塞取子系統任一者中的第二傳輸模組與相鄰之光塞取子系統中的第二傳輸模組彼此連接，以形成第二傳輸環。

Description

智慧定義光隧道網路系統與網路系統控制方法

本案係關於一種邊緣資料中心網路系統，且特別係關於一種應用於邊緣資料中心的光隧道網路系統。

資料中心網路（Data Center Networks，DCNs）被設計用來在雲端/邊緣資料中心提供可靠以及有效率的網路架構以支援各式各樣雲端/邊緣或企業的應用和服務，例如，雲端計算（cloud computing）、邊緣運算(edge computing)、資料儲存（data storage）、資料挖掘（data mining）或社群網路（social networking）等。

現有使用電交換機作為資料交換的DCNs架構中，傳輸速率仍受限於電交換機的交換能力。此外，資料的傳遞過程中大量的光電、電光轉換，造成龐大的電能消耗。電交換機本身亦需要作大量的運算來決定封包路由，不僅耗電、增加傳輸延遲，並提高散熱成本。此外，當電交換機的系統架構固定後，便難以升級以支援更多機櫃或更高性能伺服器，提升系統傳輸速率時亦需要汰換原有的電交換機而造成佈建成本提高。

本案的一態樣為一種智慧定義光隧道網路系統，包含複數個群組，群組任一者包含複數個光塞取子系統，該些光塞取子系統分別用以透過複數個置頂交換器與相應的複數個伺服器進行資料傳輸。光塞取子系統任一者包含一第一傳輸模組以及一第二傳輸模組。第一傳輸模組配置以一第一頻帶以進行資料傳輸，該些光塞取子系統任一者中的該第一傳輸模組與相鄰之該些光塞取子系統中的該第一傳輸模組彼此連接，以形成一第一傳輸環。第二傳輸模組配置以相異於該第一頻帶之一第二頻帶以進行資料傳輸，該些光塞取子系統任一者中的該第二傳輸模組與相鄰之該些光塞取子系統中的該第二傳輸模組彼此連接，以形成一第二傳輸環。

本案的一態樣為一種網路系統控制方法，包含：由複數個群組中的複數個光塞取子系統，透過複數個置頂交換器與相應的複數個伺服器進行資料傳輸；由該些光塞取子系統中的一第一傳輸模組，配置以一第一頻帶以進行資料傳輸，其中該些光塞取子系統任一者中的該第一傳輸模組與相鄰之該些光塞取子系統中的該第一傳輸模組彼此連接，以形成一第一傳輸環；以及由該些光塞取子系統中的一第二傳輸模組，配置以相異於該第一頻帶之一第二頻帶以進行資料傳輸，其中該些光塞取子系統任一者中的該第二傳輸模組與相鄰之該些光塞取子系統中的該第二傳輸模組彼此連接，以形成一第二傳輸環。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本案的態樣，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。此外，根據業界的標準及慣常做法，圖式僅以輔助說明為目的，並未依照原尺寸作圖，實際上各種特徵的尺寸可任意地增加或減少以便於說明。下述說明中相同元件將以相同之符號標示來進行說明以便於理解。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

此外，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。此外，本文中所使用之『及／或』，包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。

於本文中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』、『以光纖連接』或『耦接』。『連接』或『耦接』亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本發明。本揭露文件中，有提到1x1、1x2、1x3、2x1、2x2、5x1、6x4及NxM等文字描述分別形容1進1出、1進2出、1進3出、2進1出、2進2出、5進1出、6進4出及N進M出的輸入端數量與輸出端數量。

請參考第1圖。第1圖為根據本案部分實施例所繪示的智慧定義光隧道網路系統100的示意圖。在部分實施例中，智慧定義光隧道網路系統100為可應用於邊緣資料中心(Edge Data Center)內的智慧定義光隧道網路系統(Intelligence-defined Optical Tunnel Network System，OPTUNS)，用以取代現存資料中心複雜、多層、且用電交換的網路系統。

如第1圖所示，在部分實施例中，智慧定義光隧道網路系統100包含第一層網路T1以及第二層網路T2。第一層網路T1以及第二層網路T2之間可由單模光纖互相連結。於部分實施例中，第一層網路T1以及第二層網路T2分別為光交換網路。

如第1圖所示，在部分實施例中，第一層網路T1包含複數個群組，如圖中所繪示的群組P1~P4，於此實施例中，群組P1~P4分別是光節點群組。為方便理解並簡化說明，第一層網路T1中的部分群組未繪示於第1圖中。

第一層網路T1中的群組P1~P4任一者包含複數個光塞取子系統(Optical Add-Drop Subsystem, OADS)200a~200e作為光節點。光塞取子系統200a~200e分別用以透過複數個置頂(Top of Rack, ToR)交換器ToRa、ToRb與相應的複數個機架900a、900b中的伺服器進行資料傳輸。如第1圖所示，在部分實施例中，每一群組P1~P4分別包含五個光塞取子系統。為便於說明起見，於示意圖中僅繪示兩組置頂交換器ToRa、ToRb與機架900a、900b。

在實作上，其餘光塞取子系統亦透過相應的置頂交換器與其對應的伺服器連接以進行資料傳輸。此外，每一群組P1~P4所包含的光塞取子系統之數量亦可依據實際需求調整，第1圖僅為示例之用，並非用以限制本案。

以光塞取子系統200a為例，群組P1中的光塞取子系統任一者包含第一傳輸模組210與第二傳輸模組220。第一傳輸模組210配置以第一頻帶以進行資料傳輸。第二傳輸模組220配置以相異於第一頻帶之第二頻帶以進行資料傳輸。於部分實施例中，第一傳輸模組210與第二傳輸模組220分別為光傳輸模組，第一頻帶為特定波長範圍內的一波長頻帶，第二頻帶為另一特定波長範圍內的另一波長頻帶。如第1圖所示，在同一群組P1中，光塞取子系統任一者(如：光塞取子系統200a)中的第一傳輸模組210與相鄰之光塞取子系統(如：光塞取子系統200b)中的第一傳輸模組210彼此連接，以形成第一傳輸環。相似地，光塞取子系統任一者(如：光塞取子系統200a)中的第二傳輸模組220與相鄰之光塞取子系統(如：光塞取子系統200b)中的第二傳輸模組220彼此連接，以形成第二傳輸環。於部分實施例中，上述第一傳輸環中的第一傳輸模組210彼此可透過光纖連接，上述第二傳輸環中的第二傳輸模組220彼此可透過光纖連接。

值得注意的是，在部分實施例中，在同一群組P1的各個光塞取子系統200a~200e中的第一傳輸模組210配置之第一頻帶彼此相異，各個光塞取子系統200a~200e中的第二傳輸模組220配置之第二頻帶亦彼此相異。關於光塞取子系統200a~200e的細部模組、頻帶配置及具體操作將於後續段落中搭配對應圖式進行說明。

如第1圖所示，在部分實施例中，第二層網路T2包含複數個光交換連結子系統(Optical Switch Interconnect Subsystem, OSIS)400a~400e作為光節點。在結構上，光交換連結子系統400a~400e之任意二者之間透過相應的第一線路傳輸相應的橫向傳送光訊號，以實現各個光交換連結子系統400a~400e之間的通訊。換言之，光交換連結子系統400a~400e彼此間以類似網狀網路(Mesh Network)的結構以光纖互連，使得任一對光交換連結子系統400a~400e之間的光纖網路與任一另一對光交換連結子系統400a~400e之間的光纖網路是相互獨立運作的。在部分實施例中，光交換連結子系統400a~400e之間的光纖網路可由帶狀光纖(Ribbon Fiber)實現。因此，光交換連結子系統400a~400e之間的連結在外觀看起來也為一個環形網格結構R2。

光交換連結子系統400a~400e分別用以接收來自第一層網路T1中的光塞取子系統(Optical Add-Drop Subsystem, OADS)的光訊號，並進行路由交換以及光波長交換後下傳到第一層網路T1中的另一個光塞取子系統。

軟體定義網路控制器(Software-Defined Networking Controller，SDN控制器)500用以輸出相應的控制訊號至各個置頂交換器ToRa、ToRb、光塞取子系統200a~200e、光交換連結子系統400a~400e以建立光隧道網路並對光隧道進行調度。如此一來，各個伺服器之間便可利用光訊號，透過第一層網路T1和第二層網路T2中的光纖網路實現系統中的資料傳輸。

值得注意的是，第1圖中所繪示的光交換連結子系統與光塞取子系統的數量僅為示例，並非用以限制本案。在不同實施例中，智慧定義光隧道網路系統100中光交換連結子系統400a~400e與光塞取子系統200a~200e的個數皆可根據實際需求漸進式的增加及/或減少，並維持網路系統100的正常運作。因此，智慧定義光隧道網路系統100具備高度的佈建彈性。

如此一來，在智慧定義光隧道網路系統100中，透過選擇特定的光交換連結子系統400a~400e與光塞取子系統200a~200e及光訊號的波長組合，便可建立機櫃至機櫃間資料交換的光隧道（即：光路徑加光波長組合），以實現資料傳輸的超低延遲。

此外，於一些實施例中，智慧定義光隧道網路系統100中可運用密度分波多工光(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)技術，利用密度分波多工光收發模組(DWDM transceiver)使多種光波長可以同時在智慧定義光隧道網路系統100中傳輸資料，但本揭示文件中智慧定義光隧道網路系統100並不以密度分波多工光技術為限，智慧定義光隧道網路系統100亦可採用其他波長分波多工（Wavelength Division Multiplexing，WDM）或是其他具相等性的多工光傳輸技術。藉此，智慧定義光隧道網路系統100便可實現低延遲、高頻寬、低能耗，相較於現有傳統資料中心內所採用的電交換網路系統，具有更好的效能表現。

為便於說明起見，以下段落中將分別針對第一層網路T1中的光塞取子系統200a~200e及其網路架構設計、第二層網路T2中的光交換連結子系統400a~400e及其網路架構設計、第一層網路T1與第二層網路T2之間的互連架構設計、第一層網路T1的保護路徑設計，以及第二層網路T2的保護路徑設計依序搭配相關圖式進行說明。

請參考第2圖。第2圖為根據本案部分實施例所繪示的光塞取子系統200的示意圖。光塞取子系統200為建構第一層網路T1的機櫃間資料傳輸光隧道的核心交換節點。如第2圖所示，光塞取子系統200包含二或多個彼此獨立的傳輸模組，如第一傳輸模組210及第二傳輸模組220。第一傳輸模組210及第二傳輸模組220之間依序使用不同的波長頻帶(wavelength band)。在部分實施例中，第一傳輸模組210及第二傳輸模組220所使用的波長頻帶彼此相鄰。具體來說，波長頻帶為是特定的複數個依照其頻率(即：頻率=光速/波長)由小到大排列的波長組合。

如第2圖所示，第一及第二傳輸模組210、220分別包含多工器212、222作為輸入子模組，此外，第一及第二傳輸模組210、220分別包含交換子模組214、224以及解多工器216、226作為輸出子模組。具體來說，第一傳輸模組210中的交換子模組214包含第一分光器SP11、第二分光器SP12、光訊號放大器EFDA1、第一波長選擇交換器WSS11以及第二波長選擇交換器WSS12。相似地，第二傳輸模組220的交換子模組224亦包含第三分光器SP21、第四分光器SP22、光訊號放大器EFDA2、第三波長選擇交換器WSS21以及第四波長選擇交換器WSS22。第二傳輸模組220的多工器222(其功能與操作可以參照後續實施例中第一傳輸模組210的多工器212)連接該些置頂交換器TOR中相應之一者用以透過複數個加入埠自置頂交換器TOR接收複數個第二上傳光訊號(UL9~UL16)，並將該些第二上傳光訊號(UL9~UL16)合併為一第二合成光訊號Sig21。第三分光器SP21(其功能與操作可以參照後續實施例中交換子模組214的第一分光器SP11)設置於第二傳輸環Ring2上用以接收並複製該第二合成光訊號Sig21為第五橫向傳送光訊號TSh5與第三上行傳送光訊號TSu3，並透過第二傳輸環Ring2傳送第五橫向傳送光訊號TSh5，並透過一第二縱向埠221傳送該第三上行傳送光訊號TSu3至相同群組中的另一光塞取子系統之第二傳輸模組220。光訊號放大器EFDA2(其功能與操作後續實施例中可以參照交換子模組214的光訊號放大器EFDA1)設置於第二傳輸環Ring2上並耦接第三分光器SP21，用以放大第五橫向傳送光訊號TSh5並將放大後的第五橫向傳送光訊號TSh5’輸出至相同群組中的另一光塞取子系統之第二傳輸模組220。第四分光器SP22(其功能與操作可以參照後續實施例中交換子模組214的第二分光器SP12)設置於第二傳輸環Ring2上，用以接收並複製自相同群組中的另一光塞取子系統之該第二傳輸模組220之該第五橫向傳送光訊號TSh5’為第三下行傳送光訊號TSd3與第六橫向傳送光訊號TSh6，並透過該第二傳輸環Ring2傳送該第六橫向傳送光訊號TSh6。第三波長選擇交換器WSS21(其功能與操作可以參照後續實施例中交換子模組214的第一波長選擇交換器WSS11)耦接第二傳輸環Ring2，用以自第四分光器SP22接收該第三下行傳送光訊號TSd3或自該光交換連結子系統400e接收一第四下行傳送光訊號TSd4，並選擇性地輸出該第三下行傳送光訊號TSd3或第四下行傳送光訊號TSd4。第四波長選擇交換器WSS22(其功能與操作可以參照後續實施例中交換子模組214的第二波長選擇交換器WSS12)設置於該第二傳輸環Ring2上，用以接收第六橫向傳送光訊號TSh6並輸出第七橫向傳送光訊號TSh7至該第三分光器SP21。第三分光器SP21更用以接收並複製第七橫向傳送光訊號TSh7為第八橫向傳送光訊號TSh7d與第四上行傳送光訊號TSu4，並透過第二傳輸環Ring2傳送第八橫向傳送光訊號TSh7d，並透過第二縱向埠221傳送第四上行傳送光訊號TSu4至光交換連結子系統400e。當第一傳輸環Ring1上光塞取子系統200a至光塞取子系統200b的光路徑發生斷線時，軟體定義網路控制器500相應設置置頂交換器ToR與第二傳輸模組220中第三波長選擇交換器WSS21以及第四波長選擇交換器WSS22以建立第二傳輸環Ring2上光塞取子系統200a至光塞取子系統200b的光隧道。

多工器212作為第一傳輸模組210的輸入子模組。相似地，多工器222作為第二傳輸模組220的輸入子模組。在結構上，多工器212、222分別連接於置頂交換器中相應於光塞取子系統200之一者(即：置頂交換器ToR)，多工器212、222具有複數個加入埠(add-port)用以由置頂交換器ToR接收複數個第一上傳光訊號UL1~UL8、第二上傳光訊號UL9~UL16，並將第一上傳光訊號UL1~UL8、第二上傳光訊號UL9~UL16合併為第一合成光訊號Sig11及第二合成光訊號Sig21。

具體來說，多工器212、222的各個加入埠(add-port)以光纖連結至機櫃中置頂交換器ToR出入埠上對應其波長頻帶的不同光波密度分波多工光收發模組(DWDM transceiver)之傳送端。在部分實施例中，多工器212、222中的每一個加入埠所能接收的波長訊號是固定的，一個加入埠接收一種波長訊號。

如第2圖所示，第一上傳光訊號UL1~UL8分別具有第一頻帶中的複數個波長λ1~λ8。相似地，第二上傳光訊號UL9~UL16分別具有第二頻帶中的複數個波長λ9~λ16。藉此，多工器212、222便可自置頂交換器ToR接收第一傳輸模組210及第二傳輸模組220所配置的波長頻帶(即：波長λ1~λ8與波長λ9~λ16)的光訊號，並將不同的光波長訊號整合至一條光纖中，以第一合成光訊號Sig11及第二合成光訊號Sig21進行傳輸。

第一傳輸模組210的交換子模組214包含第一分光器SP11、光訊號放大器EDFA1、第二分光器SP12、第一波長選擇交換器(Wavelength Selective Switch，WSS)WSS11以及第二波長選擇交換器WSS12。相似地，第二傳輸模組220的交換子模組224亦包含第三分光器SP21、光訊號放大器EDFA2、第四分光器SP22、第三波長選擇交換器WSS21以及第四波長選擇交換器WSS22。

交換子模組214、224主要的功能是讓從輸入子模組(即：多工器212、222)傳輸上來的第一合成光訊號Sig11及第二合成光訊號Sig21接續上傳到第二層網路中的光交換連結子系統400a、400e或者往東向或西向傳輸到同一個群組中的其它光塞取子系統200，並從光交換連結子系統400a、400e或同一個群組中的其它光塞取子系統200傳過來的光訊號交換至接收子模組216、226。例如，第1圖中群組P1中的光塞取子系統200a的交換子模組214、224可以傳送到同為群組P1中當中其他四個光塞取子系統200。此外，第1圖中群組P2中的光塞取子系統則可以傳送/接收到同為群組P2中當中其他四個光塞取子系統的光訊號，同理可知，第1圖中任一群組當中光塞取子系統則可以傳送/接收到相同群組當中其它四個光塞取子系統的光訊號。

為便於說明起見，以下段落中將以第一傳輸模組210為例對各個元件操作進行說明。第二傳輸模組220的內部元件、操作與第一傳輸模組210相似，故於此不再贅述。

如第2圖所示，在結構上，第一分光器SP11設置於第一傳輸環Ring1上，用以接收並複製第一合成光訊號Sig11為第一橫向傳送光訊號TSh1與第一上行傳送光訊號TSu1，並透過第一傳輸環Ring1傳送第一橫向傳送光訊號TSh1，並透過第一縱向埠211傳送第一上行傳送光訊號TSu1至光交換連結子系統400a。

在部分實施例中，光訊號放大器EDFA1可由摻鉺光纖放大器(Erbium doped fiber amplifier，EDFA)實現。光訊號放大器EDFA1設置於第一傳輸環Ring1上並耦接第一分光器SP11，用以放大第一橫向傳送光訊號TSh1並將放大後的第一橫向傳送光訊號TSh1’輸出至同一個群組中的其它光塞取子系統200之第一傳輸模組210。藉此，於第2圖所示的實施例中，光訊號放大器EDFA1便可放大往西向傳輸的光信號功率，確保其有足夠的功率可以傳輸至目的地，但本揭示文件並不以往西的傳輸方向為限，實際應用中傳輸方向可以依照網路配置調整。

如第2圖所示，在結構上，第二分光器SP12設置於第一傳輸環上Ring1，用以接收並將來自同一個光節點群組中的其它光塞取子系統200之第一傳輸模組210之第一橫向傳送光訊號TSh1’複製為第一下行傳送光訊號TSd1與第二橫向傳送光訊號TSh2，並透過第一傳輸環Ring1傳送第二橫向傳送光訊號TSh2。

第一波長選擇交換器WSS11，耦接第一傳輸環Ring1，用以自第二分光器SP12接收第一下行傳送光訊號TSd1或自光交換連結子系統400a接收第二下行傳送光訊號TSd2，並選擇性地輸出第一下行傳送光訊號TSd1或第二下行傳送光訊號TSd2作為合成光訊號Sig12至解多工器216。

具體來說，第一波長選擇交換器WSS11為一個2x1(2進1出)的波長選擇交換器，用以選擇特定光波長訊號通過以輸出相應的光訊號至解多工器216。在部分實施例中，此2x1的波長選擇交換器可包含兩個1x1的波長選擇交換器加上一個2x1的合光器(Combiner)來實現，並透過合光器將兩道經由兩個1x1(1進1出)的波長選擇交換器所篩選過的光訊號做整合，並將整合後的合成光訊號Sig12輸出至接收子模組之解多工器216。

第二波長選擇交換器WSS12設置於第一傳輸環Ring1上，用以自第二分光器SP12接收第二橫向傳送光訊號TSh2並輸出第三橫向傳送光訊號TSh3至第一分光器SP11。第一分光器SP11更用以接收並複製第三橫向傳送光訊號TSh3為第四橫向傳送光訊號TSh3d與第二上行傳送光訊號TSu2，並透過第一傳輸環Ring1傳送第四橫向傳送光訊號TSh3d，並透過第一縱向埠211傳送第二上行傳送光訊號TSu2至光交換連結子系統400a。

換言之，第一分光器SP11為2x2(2進2出)的分光器，包含兩個輸入端(Input Port)與兩個輸出端(Output Port)，其中一個輸入端用以接收第一合成光訊號Sig11，第一分光器SP11用以將接收的第一合成光訊號Sig11複製至兩個輸出端，另一個輸入端用以接收第三橫向傳送光訊號TSh3，第一分光器SP11用以將第三橫向傳送光訊號TSh3複製至兩個輸出端。第一分光器SP11的一個輸出端用以輸出第一橫向傳送光訊號TSh1或者第四橫向傳送光訊號TSh3d，另一個輸出端用以輸出第一上行傳送光訊號TSu1或者第二上行傳送光訊號TSu2。第二分光器SP12為1x2(1進2出)的分光器，將接收自同一個光節點群組中的其它光塞取子系統200之第一傳輸模組210之第一橫向傳送光訊號TSh1’複製並分光成兩道。於第2圖所示的實施例中，其中一道作為第二橫向傳送光訊號TSh2往西邊繼續傳輸至同一個群組P1的其它光塞取子系統，而另一道則作為第一下行傳送光訊號TSd1往下傳輸至光接收子模組(即：解多工器216)，但本揭示文件並不以往西的傳輸方向為限，實際應用中傳輸方向可以依照網路配置調整。

第二橫向傳送光訊號TSh2會經過1x1的第二波長選擇交換器WSS12，由第二波長選擇交換器WSS12選擇第二橫向傳送光訊號TSh2的特定光波長訊號通過作為第三橫向傳送光訊號TSh3，再經由前述的第一分光器SP11進行複製分光，於第2圖所示的實施例中，其中一道光訊號作為第四橫向傳送光訊號TSh3d繼續往西邊傳輸至同一個光節點群組中的其他光塞取子系統，另一道光訊號作為第二上行傳送光訊號TSu2輸出至相應的光交換連結子系統400a，但本揭示文件並不以往西的傳輸方向為限，實際應用中傳輸方向可以依照網路配置調整。

請一併參考第3A圖。第3A圖為同一個群組P1中各個光塞取子系統200a~200e中的第一傳輸模組210與第二傳輸模組220的連接關係示意圖。

值得注意的是，如第3A圖所示，在部分實施例中，各個光塞取子系統200a~200e中的第一傳輸模組210與第二傳輸模組220分別透過第一傳輸環Ring1、第二傳輸環Ring2傳遞橫向傳送光訊號TSh1~TSh3及TSh3d。於第一傳輸環Ring1以及第二傳輸環Ring2的光傳遞方向彼此相反。舉例來說，各個第一傳輸模組210以第一傳輸環Ring1往西向(即：順時針方向)傳遞訊號，各個第二傳輸模組220以第二傳輸環Ring2往東向(即：逆時針方向)傳遞訊號，但本揭示內容不以此為限。在其他實施例中，第一傳輸環Ring1、第二傳輸環Ring2亦可以相同的光傳遞方向傳遞橫向傳送光訊號TSh1~TSh3及TSh3d。

此外，如第3A圖所示，光塞取子系統200a~200e中的第一傳輸模組210分別透過複數個相應的第一縱向埠(如圖中實線箭頭處所示)耦接至光交換連結子系統400a，光塞取子系統200a~200e中的第二傳輸模組220分別透過複數個相應的第二縱向埠(如圖中虛線箭頭處所示)耦接至相鄰於光交換連結子系統400a之光交換連結子系統400e。

請再次回到第2圖。如第2圖中所示，解多工器216、226作為光塞取子系統200的輸出子模組。在結構上，解多工器216、226分別耦接第一波長選擇交換器WSS11、WSS21，並連接至置頂交換器中相應之一者(如：置頂交換器ToR)，用以接收並解多工第一下行傳送光訊號TSd1或第二下行傳送光訊號TSd2為複數個下載光訊號DL1~DL8、DL9~DL16，並將下載光訊號DL1~DL8、DL9~DL16傳送至置頂交換器ToR。

具體來說，解多工器216、226各自包含週期性解多工器(cyclic DEMUX)，用以接收來自波長選擇交換器WSS11及WSS21傳來之包含各波長的合成光訊號Sig12及Sig22，並選擇性地過濾特定波長頻帶的光訊號通過並進入對應的取下埠(drop-port)。舉例來說，假設智慧定義光隧道網路系統共使用40種波長，其頻率由小到大排列為λ1~λ40），而每個波長頻帶各有8個波長，每個獨立的第一傳輸模組210、第二傳輸模組220各有8個取下埠。則一個具有8個通道(Channel)的週期性解多工器會將進入的最多40個波長按照週期順序排列，並且由波長選擇交換器WSS11及WSS21挑選波長訊號進入解多工器216及226，波長選擇交換器WSS11及WSS21挑選後的8個波長訊號各自進入第一傳輸模組210的解多工器216(或者第二傳輸模組220的解多工器226)相應的8個取下埠，其中每個取下埠在同一次選擇中僅會有一個對應的波長訊號進入。舉例來說，在一例中，週期性解多工器的波長配置如以下表一所示。

(表一：週期性解多工器的波長配置)

如表一所示，在本例中，各個波長頻帶中的第一個波長(λ1、λ9、λ17、λ25、λ33)進入第1個取下埠，第二個波長(λ2、λ10、λ18、λ26、λ34) 進入第2個取下埠，依此類推。而每個取下埠會以光纖連結至置頂交換機出入埠上對應其模組頻帶波長的DWDM光收發模組之接收端。舉例來說，第1個取下埠會連接至置頂交換機出入埠上頻帶中第1個波長λ1的DWDM光收發模組之接收端。如此一來，解多工器216、226的各個取下埠便可接收多個波長循環編號的光訊號。

值得注意的是，若有相同波長的光訊號同時經由第一及第二傳輸模組210、220的相同的光纖進行傳輸時，便可能會產生信號干擾而發生衝突(conflict)。請一併參考第3B圖和第3C圖。第3B圖和第3C圖分別為合光器引起的衝突示意圖以及解多工器引起的衝突示意圖。如第3B圖中所示，當第一波長選擇交換器WSS11自第二分光器SP12接收之第一下行傳送光訊號TSd1，並自光交換連結子系統400a接收之第二下行傳送光訊號TSd2中包含相同波長(如：λ1)的光訊號時，若2x1的第一波長選擇交換器WSS11中的兩個1x1波長選擇交換器都選擇λ1通過，則會經由2x1 合光器同時將兩個波長為λ1的光訊號整合至一條光纖中輸出至解多工器216而發生衝突。

如第3C圖中所示，第二種衝突是經由解多工器216所引起的衝突。由於週期性解多工器的設計，每個取下埠可以接收5種按照波長循環順序排列(如前述表一所示)的波長。假設第一波長選擇交換器WSS11自第二分光器SP12接收之第一下行傳送光訊號TSd1，並自光交換連結子系統400a接收之第二下行傳送光訊號TSd2，並選擇分別讓第一下行傳送光訊號TSd1中波長為λ1的光訊號與第二下行傳送光訊號TSd2中波長為λ9的光訊號通過，雖然兩個不同波長的光可以成功整合至一條光纖做為合成光訊號Sig12並傳輸至解多工器216，但是接下來經由解多工器216後，波長λ1與波長λ9的光訊號會被導入相同的取下埠(如：第1個取下埠)。最後，波長λ1與波長λ9的光訊號會到達同一個DWDM光收發模組的接收端。由於同一個DWDM光收發模組的接收端一次只能接收一個波長訊號，否則會發生干擾。此時便會產生衝突。因此，在部分實施例中，由於解多工器216的接收設計，即使兩條光隧道使用不同波長λ1、λ9也可能會造成衝突。因此，需透過軟體定義網路控制器(Software-Defined Networking Controller，SDN Controller)500進行光隧道網路的排程控制，以避免衝突的條件發生，並讓光隧道網路的使用率達到最佳化。

以上為針對光塞取子系統200的內部模組及操作之說明。接著，以下段落中將針對光塞取子系統200a~200e彼此互連以形成群組P1的網路架構設計進行說明。請再次參考第3A圖。如第3A圖所示，光塞取子系統200a~200e以光纖串連會形成一個群組(Pod)P1。如前所述，一個群組中可串聯的光塞取子系統200a~200e之數目取決於每個獨立的第一傳輸模組210、第二傳輸模組220所配置的波長數以及智慧定義光隧道網路系統100所支援的總波長種類數。每個光塞取子系統200a~200e中的第一傳輸模組210、第二傳輸模組220會和相鄰的光塞取子系統200a~200e中相對應的第一傳輸模組210、第二傳輸模組220串連，構成一個環狀(Ring)網路。因此，一個群組會包含複數個獨立的環狀網路。屬於相同傳輸環(如：第一傳輸環Ring1)上的各個傳輸模組(如：第一傳輸模組210)所用的頻帶波長彼此不可重複，且按照其波長頻率由小到大往逆時針方向排列。此外，由於傳輸環之間彼此獨立，因此不同環上可重複使用相同的波長。換言之，在部分實施例中，第一傳輸環Ring1、第二傳輸環Ring2上所使用的波長種類及數目皆相同。

以第3A圖的群組P1架構為例，兩條光纖分別串連每個光塞取子系統200a~200e中對應的第一傳輸模組210、第二傳輸模組220，形成2個獨立的第一傳輸環Ring1與第二傳輸環Ring2。其中第一傳輸環Ring1往西(即：順時針方向)傳遞光訊號，第二傳輸環Ring2往東(即：逆時針方向)傳遞光訊號。在第一傳輸環Ring1中的第一個光塞取子系統200a的第一傳輸模組210使用包含波長λ1-λ8之頻帶，而東邊的下一個的光塞取子系統200e中的第一傳輸模組210則使用λ9-λ16，東邊的再下一個的光塞取子系統200d中的第一傳輸模組210則使用λ17-λ24，依此類推。

特別注意的是，第二傳輸環Ring2中的每個第二傳輸模組220所使用的波長頻帶會和第一傳輸模組210錯開且相鄰，例如第一個光塞取子系統200a中的第二傳輸模組220用λ9-λ16(與光塞取子系統200a的第一傳輸模組210使用包含波長λ1-λ8之頻帶錯開且相鄰)，東邊的下一個光塞取子系統200e的第二傳輸模組220使用λ17-λ24(與光塞取子系統200e的第一傳輸模組210使用包含波長λ9-λ16之頻帶錯開且相鄰)，東邊的再下一個光塞取子系統200d的第二傳輸模組220使用λ25-λ32，依此類推。換言之，同一群組P1中，光塞取子系統200a中的第一傳輸模組210配置的第一頻帶與光塞取子系統200b中的第二傳輸模組220配置的第二頻帶包含相同的波長組合。

如此的配置，使得每一個光塞取子系統200a~200e可支援16個波長頻寬。一個群組P1所能串連的最多光塞取子系統200數目取決於系統使用的波長種類。以第1圖的架構為例，假設智慧定義光隧道網路系統100總共支援40種波長，則在一個獨立環上可串連5個不同波長頻帶的獨立模組，相當於在一個群組P1中可串連5個光塞取子系統200a~200e(如第3A圖所示)。

此外，在各個傳輸環Ring1、Ring2中使用的傳輸波長種類及數目皆相同，所以在第一傳輸環Ring1內使用了40種波長(λ1~λ40)，而第二傳輸環Ring2也同樣使用了λ1~λ40。在此環狀設計架構下，一個光塞取子系統200a~200e可以同時往東或西邊傳輸及接收同一個群組P1的其它光塞取子系統之光訊號。

另外，在群組環狀網路架構中包含兩個設計特點，分別為漸進式(incremental)架構設計與波長可重複利用(wavelength reuse)特性，其具體內容將於以下段落中分別進行詳細說明。

漸進式架構設計之其精神表現在兩種佈建方式，第一種是在一個群組中可依照所需機櫃數目來逐步增添並串接所需的光塞取子系統200a~200e之節點。第二種是在一個群組P1中可逐步增加獨立傳輸環Ring1、Ring2的數目。

舉例來說，由於光塞取子系統採取模組化設計，且第一層網路T1的各個群組採取環狀設計架構，使得在一個群組中可以有彈性的串接不同數目的光塞取子系統200a~200e。換言之，隨著需求提高，可以在一個群組中可依照所需機櫃數目來逐步增添並串接所需的光塞取子系統200a~200e。例如，在所需機櫃數目較少(如：三個機櫃)時，群組P1中可僅包含三個光塞取子系統200a~200c以環狀串聯。當所需機櫃數目增加(如：五個機櫃)時，群組P1中可擴充為包含五個光塞取子系統200a~200e以環狀串聯。

此外，亦可在同一群組內增添獨立傳輸環Ring1、Ring2的數量。舉例來說，當機櫃中的伺服器數量增加或頻寬升級時，代表整個機櫃所產生的網路流量也相對上升。此時可由兩種方法解決。第一種方法是當光塞取子系統200a~200e所使用的波長數目不變時，基於智慧定義光隧道網路系統具備傳輸率通透(data rate transparency)的特性，可以更換更高速的DWDM光收發模組以支持伺服器數量增加或頻寬升級所產生的網路流量。例如，每個波長的傳輸速度可由10 Gbit/s升級至100 Gbit/s，以增加系統傳輸率的彈性應用，並節省大量的硬體設備升級成本。

第二種方法是當波長傳輸速率不變時，可逐步增加光塞取子系統200中傳輸模組的數量，以增加機櫃可選擇使用的波長數量。由於傳輸模組彼此獨立，相當於在一個群組中逐步增加傳輸環的數量，以支持機櫃內伺服器數量增加或頻寬升級所產生的網路流量。同一個群組中可形成的獨立傳輸環數量取決於獨立傳輸模組使用的波長數目以及系統所使用的波長種類。舉例來說，當智慧定義光隧道網路系統100使用40種波長時，一個光塞取子系統200最多可包含5個不同波長頻帶的獨立模組，分別使用λ1-λ8、λ9-λ16、λ17-λ24、λ25-λ32以及λ33-λ40的頻帶。相應的，一個群組最多可形成5個傳輸環。

換言之，在部分實施例中，光塞取子系統200任一者可包含N個彼此獨立的傳輸模組，使得同一群組中的光塞取子系統200透過相應的N個傳輸環彼此連接。一個光塞取子系統200當中的N個傳輸模組透過相應的光路徑耦接於第二層網路T2中其中兩個相鄰的光交換連結子系統，一個光塞取子系統200當中的N個傳輸模組其中一者會透過相應的光路徑耦接於第一層網路T1中同一光節點群組內的兩個相鄰的光塞取子系統中對應的傳輸模組，其中N為大於或等於二的正整數。

綜合上述，第一層網路T1中的群組漸進式架構設計的兩種佈建方式，只需透過光纖串接所需光塞取子系統200節點中對應的獨立傳輸模組即可形成環狀網路架構，因此可大幅降低系統架構升級的佈線複雜度。

此外，如先前段落中所述，第一層網路T1中可重複利用相同的波長組合，此為第一層網路T1中的波長可重複利用特性。具體來說，波長可重複利用特性表現在網路架構的兩個地方。第一點，各個Pod中複數個獨立傳輸環Ring1、Ring2可以重複利用相同的波長組合。第二點，不同群組的群組內(intra-Pod)光訊號可以重複利用相同的波長組合。

在同一個群組中的每一個傳輸環皆可重複使用相同波長(如：λ1)的光訊號進行傳輸。在相異的群組中，亦可重複利用相同波長(如：λ1)的光訊號傳輸而不會發生衝突。透過以上網路架構的設計，可以僅用少數的波長種類即可支援大量的機櫃間資料傳輸，並克服智慧定義光隧道網路系統100中每條光纖中每一種波長僅能用以傳輸一道相應的光訊號通過，以及整個網路系統中可使用的波長種類上限(如：40種波長)的限制。

請參考第3D圖。第3D圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的群組內(intra-Pod)光隧道及光訊號流向的示意圖。以下段落將根據第3D圖說明建立群組內光隧道所需要對光塞取子系統200a~200e內波長選擇交換器的設定，以及光訊號的流向。

如第3D圖及第2圖所示，對應於光塞取子系統200a之機組欲使用第一傳輸模組210傳輸資料至同一個群組P1中對應於光塞取子系統200b之機組與對應於光塞取子系統200c之機組。為分別傳輸兩份資料，軟體定義網路控制器500可用以建立兩條群組內光隧道，其中一條使用光塞取子系統200a到光塞取子系統200b的路徑RT1，並選擇使用波長λ1，另一條使用光塞取子系統200a到光塞取子系統200c的路徑RT2並選擇使用波長λ2。為了建立光隧道，需要設定路徑上所有會經過的波長選擇交換器以選擇特定波長通過。因此，路徑RT1只需設定目的地光塞取子系統200b中第一傳輸模組210中的2x1的第一波長選擇交換器(如第2圖中的第一波長選擇交換器WSS11)即可建立光隧道，而路徑RT2則需設定光塞取子系統200b中第一傳輸模組210在東西向的一個1x1的第二波長選擇交換器(如第2圖中的第二波長選擇交換器WSS12)以及目的地光塞取子系統200c中第一傳輸模組210中的2x1的第一波長選擇交換器(如第2圖中的第一波長選擇交換器WSS11)。

在光訊號傳輸的過程中，首先，波長λ1與波長λ2的光訊號會經由對應機櫃(Rack)中的置頂交換機出入埠上對應的DWDM光收發模組傳輸至光塞取子系統200a中第一傳輸模組210a對應的加入埠，並以多工器212整合至一條光纖中，再經由2x2第一分光器SP11將其複製並分光往西邊傳輸，此時光訊號會經由光訊號放大器EDFA1放大光功率並由第一傳輸環Ring1傳輸至光塞取子系統200b中的第一傳輸模組210b。當光訊號傳輸至第一傳輸模組210b後，波長λ1與波長λ2的光訊號會經由第二分光器SP12複製並分光成兩道光訊號，一道光訊號往下邊傳輸，另一道光訊號往西邊傳輸至光塞取子系統200c。其中往下邊傳輸的光訊號會經由2x1的第一波長選擇交換器WSS11選擇波長λ1的光訊號通過並傳輸至解多工器216，最後由解多工器216的第1個取下埠傳輸至對應機櫃中置頂交換機出入埠上對應DWDM 光收發模組的接收端，完成機櫃至機櫃的光訊號傳輸。

另一方面，而往西邊傳輸的光訊號會經由1x1的第二波長選擇交換器WSS12選擇波長λ2的光訊號通過，並經由2x2第一分光器SP11將其複製並分光往西邊傳輸，此時光訊號會經由光訊號放大器EDFA1放大光功率並由第一傳輸環Ring1傳輸至光塞取子系統200c中第一傳輸模組210c。當光訊號傳輸至第一傳輸模組210c後，波長λ2的光訊號會經由1x2第二分光器SP12複製並分光成兩道，一道光訊號往下邊傳輸，另一道光訊號繼續往西邊傳輸。往下邊傳輸的光訊號會經由2x1的第一波長選擇交換器WSS11選擇λ2通過並傳輸至解多工器216，然後由解多工器216的第2個取下埠傳輸至對應機櫃中置頂交換機出入埠上對應DWDM 光收發模組的接收端，完成機櫃至機櫃的光訊號傳輸。

此外，軟體定義網路控制器500可用以設定第一傳輸模組210c中1x1的第二波長選擇交換器(請參考第2圖中的第二波長選擇交換器WSS12)，以過濾並檔下往西邊傳輸的波長λ2的光訊號，避免波長λ2的光訊號繼續傳輸至下一個光塞取子系統200d。

藉此，便可實現利用不同波長在同一條傳輸環Ring1上建立不同的光隧道，以分別傳輸資料至不同的光節點。如此一來，便可實現第一層網路T1中，相同群組內各個光塞取子系統200a~200e所對應不同機架上的伺服器之間的資料傳輸。

請再次參考第1圖。如先前第1圖中所繪示，第一層網路T1中包含多個群組P1~P4，而群組P1~P4經由與第二層網路T2互連可形成一個規模較大的網路架構。以下將分別說明第一層網路T1與第二層網路T2互連架構設計、第二層網路T2的內部架構，以及群組間的光訊號傳輸操作。

在結構上，第二層網路T2中任一個光交換連結子系統(如：光交換連結子系統400a)會同時連結第一層網路T1中兩個相鄰的群組(如：群組P1、群組P2)。藉此，透過第二層網路T2中的光交換連結子系統400a~400e，便可實現不同群組所對應的伺服器之間的資料傳輸。

具體來說，群組P1中的光塞取子系統200a~200e中的第一傳輸模組210分別透過複數個相應的第一縱向埠耦接至光交換連結子系統400a，光塞取子系統200a~200e中的第二傳輸模組220分別透過複數個相應的第二縱向埠耦接至相鄰於光交換連結子系統400a之光交換連結子系統400e。此外，群組P2中的第二傳輸模組220分別透過複數個相應的第二縱向埠耦接至光交換連結子系統400a。

換言之，任一個第二層網路T2的光交換連結子系統400a~400e耦接於兩個相鄰群組中的光塞取子系統200a~200e中對應於不同傳輸環的第一傳輸模組210、第二傳輸模組220。任一個第一層網路T1的同一群組中的光塞取子系統200a~200e亦分別透過相異的第一傳輸模組210、第二傳輸模組220同時耦接於第二層網路T2中的光交換連結子系統400a~400e中相鄰之兩者。

如此一來，再配合上光交換連結子系統400a~400e之間的互連網路，第一層網路T1的各個群組之間便可以建構任意光塞取子系統200a~200e透過一或多個光交換連結子系統400a~400e，再連結到其他光塞取子系統200a~200e之間傳輸的端到端(end-to-end)光隧道。

為便於說明，以下段落將搭配圖式說明光交換連結子系統400a的內部具體結構和實現光訊號傳輸的相應操作。請參考第4圖。第4圖為根據本揭示內容部分實施例中所繪示的光交換連結子系統400a的示意圖。值得注意的是，雖然第4圖係以光交換連結子系統400a為例說明其結構和操作，其餘的光交換連結子系統400b~400e的結構和操作亦相似，故不再贅述。

光交換連結子系統400a主要作為建立不同群組之間光隧道的中繼節點。如第4圖所示，光交換連結子系統400a的內部設計可分為接收子模組420、輸出子模組440、光路交換子模組460以及互聯線路模組480。互聯線路模組480中還包含故障轉移子模組490。

光交換連結子系統400a包含多個加入埠與取下埠，兩者數目相等，並對應於第一層網路T1中每一群組當中的光塞取子系統200的數量。舉例來說，當每一群組分別包含5個光塞取子系統200a~200e時，光交換連結子系統400a需連結相鄰兩個群組P1、P2中一共10個光塞取子系統，因此需要10個加入埠與10個取下埠。

如圖中所示，接收子模組420耦接於各個加入埠，用以分別自相應於光交換連結子系統400a之對應於第一群組P1的複數個第一光塞取子系統200a~200e接收複數個第一上行傳送光訊號TSu1a~TSu1e，並且與對應於第二群組P2的複數個第二光塞取子系統200a~200e接收複數個第三上行傳送光訊號TSu3a~TSu3e。

由於光交換連結子系統400a以光纖分別連結第一層網路T1中兩個相鄰的群組P1、P2內所有的光塞取子系統200a~200e。為了整合並過濾來自光塞取子系統200a~200e上傳的光訊號，在部分實施例中，接收子模組420包含兩個波長頻帶多工器(band MUX)BMUX1、BMUX2，用以分別接收來自群組P1、P2中的光塞取子系統200a~200e所傳輸上來具有不同波長頻帶的第一上行傳送光訊號TSu1a~TSu1e、第三上行傳送光訊號TSu3a~TSu3e，並將其整合為合成光訊號SigU1、SigU2至一條光纖內進入至光路交換子模組460。

在部分實施例中，兩個波長頻帶多工器BMUX1、BMUX2所連結不同群組P1、P2的光塞取子系統之相異傳輸環。舉例來說，搭配第1圖與第4圖所示，波長頻帶多工器BMUX1會向下連結群組P1內各個光塞取子系統200a~200e的第一傳輸模組210，而波長頻帶多工器BMUX2會向下連結群組P2內各個光塞取子系統200a~200e的第二傳輸模組220。為便於理解，第一層網路T1和第二層網路T2之間的連結會在後續段落再做詳細說明。

因此，在第1圖所示實施例中，如果一個群組P1包含最多5個光塞取子系統200a~200e，每個傳輸環上對應的光塞取子系統200a~200e中的第一傳輸模組210及第二傳輸模組220皆使用不同的波長頻帶，則光交換連結子系統400a配置的波長頻帶多工器BMUX1、BMUX2各自為5頻帶(5-band)的多工器，以讓5個不同波長頻帶的光訊號分別經由5個加入埠通過。舉例來說，由第1個加入埠進到波長頻帶多工器BMUX1的光訊號，只有波長為λ1~λ8的光訊號會通過，其餘波長的光訊號會被波長頻帶多工器BMUX1濾掉，而由第2個加入埠進到波長頻帶多工器BMUX1的光訊號，只有波長為λ9-λ16的光訊號會通過，依此類推。

輸出子模組440耦接於各個取下埠，用以將自光路交換子模組460傳輸過來的合成光訊號SigD1、SigD2往第一層網路T1中的群組P1、P2傳輸。具體來說，輸出子模組440主要包含分光器SPLT1、SPLT2。在結構上，分光器SPLT1連接群組P1中的光塞取子系統200a~200e，分光器SPLT2連接群組P2中的光塞取子系統200a~200e。分光器SPLT1、SPLT2用以分別將光路交換子模組460下傳的合成光訊號SigD1、SigD2複製並分光為第二下行傳送光訊號TSd2a~TSd2e以及第四下行傳送光訊號TSd4a~TSd4e傳至第一層網路T1中的群組P1、P2的各個光塞取子系統200a~200e。

因此，在第1圖所示實施例中，如果一個群組P1包含最多5個光塞取子系統200a~200e，則1x5的分光器SPLT1會將合成光訊號SigD1複製分成5道第二下行傳送光訊號TSd2a~TSd2e分別輸出至群組P1中的5個光塞取子系統200a~200e的第一傳輸模組210。而另一個1x5的分光器SPLT2會將合成光訊號SigD2複製分成5道第四下行傳送光訊號TSd4a~TSd4e分別輸出至群組P2中的5個光塞取子系統200a~200e的第二傳輸模組220。

在結構上，光路交換子模組460耦接於接收子模組420、輸出子模組440以及互連線路模組480，用以於接收子模組420、輸出子模組440以及互連線路模組480之間傳輸光訊號。

在部分實施例中，光路交換子模組460包含一個NxM的波長選擇交換器來做波長選擇，使得光交換連結子系統400a可以將第一層網路T1傳上來的光訊號轉往東、西向其它的光交換連結子系統(如：光交換連結子系統400b~400e)或往下邊傳輸至第一層網路T1中其他的群組，也可以接收來自東、西向其它的光交換連結子系統400b~400e的光訊號並將其轉往第一層網路T1中的群組P1、P2。N和M為大於或等於二的任意正整數，取決於一個光塞取子系統200包含的傳輸模組的數量以及第二層網路T2中所包含的彼此相連之光交換連結子系統400a~400e的數量。

以第1圖所示實施例為例，因為一個光塞取子系統200包含2個獨立第一傳輸模組210、第二傳輸模組220，所以光交換連結子系統400a配置有2組多工器BMUX1、BMUX2。相應地，光路交換子模組460包含第一上行輸入端與第二上行輸入端，分別耦接至多工器BMUX1與多工器BMUX2，用以分別接收合成光訊號SigU1與合成光訊號SigU2。

另外，因為第二層網路T2中共有5個光交換連結子系統400a~400e相連，每一個光交換連結子系統(如：光交換連結子系統400a)會有來自其他4個光交換連結子系統400b~400e連接過來的線路。因此，光路交換子模組460包含相應的複數個下行輸入端，耦接至互連線路模組480，並分別用以接收由其餘光交換連結子系統400b~400e傳輸的橫向傳送光訊號。因此，在本例中，光路交換子模組460的輸入端個數為2個上行輸入端加上4個下行輸入端，N的值為6。

另一方面，因為光交換連結子系統400a用以往下傳輸資料給2個群組P1、P2，因此光交換連結子系統400a配置2個分光器SPLT1、SPLT2。相應地，光路交換子模組460包含第一下行輸出端與第二下行輸出端，分別耦接至分光器SPLT1與分光器SPLT2，分光器SPLT1用以輸出第二下行傳送光訊號TSd2a~TSd2e，分光器SPLT2用以輸出第四下行傳送光訊號TSd4a~TSd4e。

此外，光交換連結子系統400a更用以往東、往西雙向輸出訊號給其餘的光交換連結子系統400b~400e。因此，光路交換子模組460包含第一上行輸出端與第二上行輸出端，分別耦接至互連線路模組480，並用以輸出橫向傳送光訊號至其餘的光交換連結子系統400b~400e。因此，在本例中總共需要4個輸出端，M的值為4。

在此架構中，相較於現有的光交換子模組，6x4(6進4出)的光路交換子模組460簡化了線路設計，不僅使用較少的線路，更可用以搭配偵測光訊號強度的故障轉移子模組490(請參見第6圖)。

請參考第5圖。第5圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的光路交換子模組460的內部設計示意圖。如第5圖所示，6x4的光路交換子模組460包含複數個輸入分光器462a~462f、波長選擇交換器陣列464、複數個輸出合光器466a~466d、以及複數個光訊號放大器468a~468d。具體來說，光路交換子模組460中，輸入分光器462a~462f的數量對應於輸入端的數量N，輸出合光器466a~466d、以及光訊號放大器468a~468d的數量對應於輸出端的數量M。在本例中，6x4的光路交換子模組460包含6個輸入分光器462a~462f、及4個輸出合光器466a~466d、4個光訊號放大器468a~468d。波長選擇交換器陣列464係由14個1x1波長選擇交換器464a~464n組成的陣列。於此實施例中，6個輸入分光器462a~462f包含4個下行傳輸的輸入分光器462a~462d以及2個上行傳輸的輸入分光器462e~462f。14個波長選擇交換器464a~464n當中包含了4個橫向傳輸的波長選擇交換器464a~462d、第一部分下行傳輸的波長選擇交換器464e~464i、第二部分下行傳輸的波長選擇交換器464j~464n。4個輸出合光器466a~466d包含2個橫向傳輸的輸出合光器466a~466b以及2個下行傳輸的輸出合光器466c~466d。

在操作上，輸入分光器462a~462f分別耦接於下行輸入端、第一上行輸入端或第二上行輸入端，用以複製並相應地輸出複數個第一光訊號至波長選擇交換器陣列464中的複數個波長選擇交換器464a~464n。波長選擇交換器464a~464n分別用以接收並根據軟體定義網路控制器500輸出的控制訊號CS選擇第一光訊號之相應波長輸出為第二光訊號至相應的輸出合光器466a~466d。輸出合光器466a~466d分別用以接收並合成第二光訊號中相應之二或多者，以輸出複數個第三光訊號至光訊號放大器468a~468d。藉此，光訊號放大器468a~468d便可放大第三光訊號，並將放大後的第三光訊號分別透過第一下行輸出端、第二下行輸出端、第一上行輸出端或第二上行輸出端作為合成光訊號SigD1、SigD2、SigE0、SigW0輸出。以下段落將分別說明各個器件單元的操作。

具體來說，上行傳輸的輸入分光器462e耦接於第一上行輸入端，上行傳輸的輸入分光器462f耦接於第二上行輸入端，用以自多工器BMUX1與多工器BMUX2接收合成光訊號SigU1與合成光訊號SigU2。上行傳輸的輸入分光器462e、462f分別用以複製合成光訊號SigU1、SigU2並分光成3道，然後再分別連結往波長選擇交換器陣列464中3個不同的1x1 波長選擇交換器464a~464n。如圖所示，上行傳輸的輸入分光器462e連結至波長選擇交換器464a、464c、464n，並相應輸出第一橫向傳輸訊號H1E、第二橫向傳輸訊號H1W以及第三下行傳輸訊號U1D2。上行傳輸的輸入分光器462f連結至波長選擇交換器464b、464d、464i，並相應輸出第一橫向傳輸訊號H2E、第二橫向傳輸訊號H2W以及第三下行傳輸訊號U2D1。

光路交換子模組460的下行輸入端分別用以接收東、西邊各2個光交換連結子系統傳來的光信號。舉例來說，對於光交換連結子系統400a中的光路交換子模組460，下行輸入端分別用以接收東邊的光路交換子模組460b、460c傳過來的橫向光信號SigE1、SigE2，以及與西邊的光路交換子模組460e、460d傳過來的橫向光信號SigW1、SigW2。光信號SigE1、SigE2、SigW1、SigW2分別由下行輸入端透過光纖連結至1x2的下行輸入分光器462a、462b、462c、462d，以將光訊號複製並分光成兩道，然後再分別連接1x1波長選擇交換器464a~464n中相應之一者。

具體來說，下行傳輸的輸入分光器462a~462d任一者耦接於下行輸入端中相應之一者，並用以複製自相應的光交換連結子系統400b~400e接收的橫向光訊號SigE1、SigE2、SigW1、SigW2，並輸出相應的第一下行傳輸訊號E1D1、E2D1、W1D1、W2D1與第二下行傳輸訊號E1D2、E2D2、W1D2、W2D2至波長選擇交換器陣列464中的波長選擇交換器464a~464n相應之一者。

如圖中所示，在一例中，下行傳輸的輸入分光器462a連接並輸出第一下行傳輸訊號E1D1、第二下行傳輸訊號E1D2至相應之波長選擇交換器464e、464j。下行傳輸的輸入分光器462b連接並輸出第一下行傳輸訊號E2D1、第二下行傳輸訊號E2D2至相應之波長選擇交換器464f、464k。下行傳輸的輸入分光器462c連接並輸出第一下行傳輸訊號W1D1、第二下行傳輸訊號W1D2至相應之波長選擇交換器464g、464l。下行傳輸的輸入分光器462d連接並輸出第一下行傳輸訊號W2D1、第二下行傳輸訊號W2D2至相應之波長選擇交換器464h、464m。

在波長選擇交換器陣列464的14個波長選擇交換器464a~464n當中，其中4個橫向傳輸的波長選擇交換器464a、464b、464c、464d分別用以對傳輸至第二層網路T2中東、西向其它光路交換子模組460之橫向傳輸訊號H1E、H2E、H1W、H2W進行波長挑選，選擇其相應波長輸出為相應的第三光訊號。第一部分下行傳輸的波長選擇交換器464e~464i以及第二部分下行傳輸的波長選擇交換器464j~464n則用以對往下邊傳輸至第一層網路T1中兩個相鄰的群組之下行傳輸訊號進行波長挑選。

具體來說，第一部分下行傳輸的波長選擇交換器464e~464i分別用以選擇下行傳輸訊號E1D1、E2D1、W1D1、W2D1與下行傳輸訊號U2D1之相應波長輸出為相應的第三光訊號。第二部分下行傳輸的波長選擇交換器464j~464n分別用以選擇下行傳輸訊號E1D2、E2D2、W1D2、W2D2與下行傳輸訊號U1D2之相應波長輸出為相應的第三光訊號。如此一來，第一部分下行傳輸的波長選擇交換器464e~464i便可對往下邊群組P1傳輸的光訊號進行波長選擇。第二部分下行傳輸的波長選擇交換器464j~464n便可對往下邊群組P2傳輸的光訊號進行波長選擇。

綜合上述，波長選擇交換器陣列464當中的14個波長選擇交換器464a~464n完成波長選擇的動作後，波長選擇交換器陣列464輸出的第三光訊號共有4個傳輸方向，分別為往東、往西、往群組P1以及往群組P2。傳輸方向相同的各個波長選擇交換器464a~464n會再連結至輸出合光器466a~466d中相應之一者，以將光訊號整合至一條光路徑中。

如第5圖的實施例中所示，橫向傳輸的輸出合光器466a用以合成橫向傳輸的波長選擇交換器464a、464b輸出之第三光訊號。另一個橫向傳輸的輸出合光器466b用以合成橫向傳輸的波長選擇交換器464c、464d輸出之第三光訊號。下行傳輸的輸出合光器466c用以合成第一部分下行傳輸的波長選擇交換器464e~464i輸出之第三光訊號。另一個下行傳輸的輸出合光器466d用以合成第二部分下行傳輸的波長選擇交換器464j~464n輸出之第三光訊號。

最後，輸出合光器466a~466d分別連結光訊號放大器468a~468d中相應之一者以加強光訊號強度，確保最終輸出的合成光訊號SigD1、SigD2、SigE0、SigW0有足夠的功率可以傳輸至目的地。

值得注意的是，和第一層網路T1中的光通訊相似，當複數道相同波長的光訊號同時進入光路交換子模組460時，可能會因為相同波長的光訊號經由同一個輸出合光器466a~466d引起衝突。

舉例來說，當來自群組P1、群組P2的光訊號SigU1、SigU2都往東邊傳輸時，若兩者訊號波長皆為λ5，則會經由輸出合光器466a將兩個λ5光訊號整合至一條光纖中而發生衝突。相似地，光訊號SigU1、SigU2若往西邊傳輸時也可能會經由輸出合光器466b引起衝突。另外，當來自東、西邊第一個光交換連結子系統400b、400e的兩道光訊號SigE1、SigW1兩者訊號波長皆為λ6，則經由5x1的輸出合光器466c往群組P1後，其整合的光訊號便會發生衝突。相似地，光訊號若往群組P2傳輸時，也可能會經由5x1(5進1出)的輸出合光器466d引起衝突。

請參考第6圖。第6圖為根據本揭示內容部分實施例繪示的互連線路模組480的示意圖。互連線路模組480用以連接光交換連結子系統400a~400e。光交換連結子系統400a~400e之任意二者之間透過相應的第一線路(即：正常線路)傳輸相應的橫向傳送光訊號。在部分實施例中，光交換連結子系統400a~400e之任意二者之間更以相異於第一線路之第二線路(即：保護線路)連接。互連線路模組480當中包含了故障轉移子模組(failover module)490。

具體來說，互連線路模組480包含上傳端In1、In2、東向輸出端E1~E2、東向保護輸出端E3~E6、東向輸入端E7~E8、東向保護輸入端E9~E12、西向輸入端W1~W2、西向保護輸入端W3~W6、西向輸出端W7~W8、西向保護輸出端W9~W12、互連分光器481~486以及故障轉移子模組(failover module)490。

互連線路模組480包含光交換連結子系統400a為了和東西向其他光交換連結子系統400b~400e互連的內部線路。如圖中所示，互連線路包含正常線路和保護線路。正常線路（如圖中實線所示），用以在系統正常狀況下傳輸光訊號。保護路線（如圖中虛線所示），用以在正常線路斷線的情況下，以反向傳輸來接手傳輸光訊號。互連線路的數目取決於系統連接的光交換連結子系統400a~400e總數。舉例來說，本實施例係繪示以5個光交換連結子系統400b~400e互連情況所形成的線路圖。事實上，第二層網路T2中的光交換連結子系統400a~400e之間互連結構本質上為一個網狀(Mesh)結構。因此，基本上會有1條往東邊的輸出線路NLE0，1條往西邊的輸出線路NLW0，2條從東邊的光交換連結子系統(如：400b、400c)過來的輸入線路NLE1、NLE2以及2條從西邊的光交換連結子系統(如：400e、400d)過來的輸入線路NLW1、NLW2，總共有2條正常實線連接至光路交換子模組460，以及總共有4條正常實線連接至故障轉移子模組490。

另一方面，保護輸出線路PLW0、PLE0和保護輸入線路PLE1、PLE2、PLW1、PLW2（虛線）因為與正常線路一對一對應，也至少會有6條。其餘線路則是過境線路，部分線路是利用互連分光器481~486將光訊號複製並分光，同時往光交換連結子系統及下一個光交換連結子系統傳送，另一部分是直接過境本光交換連結子系統往東西向連接至下一個光交換連結子系統。

輸入線路NLE1、NLE2、NLW1、NLW2和保護線路PLE1、PLE2、PLW1、PLW2連結到故障轉移子模組490。如第6圖所示的實施例中，輸入線路NLE1、NLE2、NLW1、NLW2和保護線路PLE1、PLE2、PLW1、PLW2直接連結到故障轉移子模組490，但本揭示文件並不以此為限，於其他實施例中，輸入線路NLE1、NLE2、NLW1、NLW2和保護線路PLE1、PLE2、PLW1、PLW2可能間接連接至故障轉移子模組490。另一方面，輸出線路NLE0、NLW0直接連結到光路交換子模組460。

對於要從群組P1或群組P2輸出往其他光交換連結子系統400b~400e的訊號，首先，從光路交換子模組460出來，欲往東、西邊傳輸的兩條光纖會分別連結至互連線路模組480的第一上傳端In1與第二上傳端In2。

第一上傳端In1與第二上傳端In2分別連結一個1x2的互連分光器485、486。互連分光器485用以複製自光路交換子模組460接收之合成光訊號SigW0，並分別透過第一西向輸出端W7(即：線路NLW0)輸出作為橫向傳送光訊號SigW7與第一東向保護輸出端E3(即：線路PLE0)。相似地，互連分光器486用以複製自光路交換子模組460接收之合成光訊號SigE0，並分別透過第一東向輸出端E1(即：線路NLE0) 輸出作為橫向傳送光訊號SigE1，透過第一西向保護輸出端W9(即：線路PLW0)輸出作為橫向傳送光訊號SigW9。

換言之，互連分光器485、486分別用以將光訊號複製並分光成兩道，一道往正常方向(即：正常線路NLW0、NLE0)傳輸至光交換連結子系統400e及400d、光交換連結子系統400b及400c，而另一道往反方向（即：保護線路PLE0、PLW0）傳輸。

如圖中所示，互連線路模組480以第一方向(如：往東)傳輸相應的橫向傳送光訊號SigE1至光交換連結子系統400b及400c，並以相異於第一方向之第二方向(如：往西)傳輸相應的橫向傳送光訊號SigW7至光交換連結子系統400e及400d。換言之，在正常路徑中，互連線路模組480將以兩個相異的方向傳輸光訊號至其餘的光交換連結子系統400b~400e。

相似地，對於從其他光交換連結子系統400b~400e接收並輸出往群組P1或群組P2的訊號，也分成正常線路及保護線路。在正常線路方面，正常線路NLE1、NLW1是從第一東向輸入端PiE1、第一西向輸入端PiW1兩個輸入埠連進來，用以接收東邊第1個光交換連結子系統400b及西邊第1個光交換連結子系統400e傳來的訊號。

第一東向輸入端E7、第一西向輸入端W1分別自相鄰的光交換連結子系統400b、400e之互連線路模組480中的第一西向輸出端W7與第一東向輸出端E1接收橫向傳送光訊號SigW7’、SigE1’。在正常線路上，NLE1、NLW1會分別接上一個互連分光器482、481，以將橫向傳送光訊號SigW7’、SigE1’複製並分光成2道，一道繼續往西、東向傳輸，另一道往本地的故障轉移子模組490傳輸。

如圖中所示，往東西向的兩條線路最後會連接至下移一個的輸出埠位置。換言之，互連分光器481用以複製自第一西向輸入端W1接收的橫向傳送光訊號SigE1’，並透過第二東向輸出端E2輸出作為橫向傳送光訊號SigE2。互連分光器482用以複製自第一東向輸入端E7接收的橫向傳送光訊號SigW7’，並透過第二西向輸出端W8輸出作為橫向傳送光訊號SigW8。此外，往本地故障轉移子模組490傳輸的兩條線路則會分別接上輸出埠O4、O8。

第二組正常線路NLE2、NLW2則分別是從第二東向輸入端E8及第二西向輸入端W2連進來的線路，用以接收東邊第2個光交換連結子系統400c及西邊第2個光交換連結子系統400d傳過來的橫向傳送光訊號SigW8’、SigE2’，並分別接上輸出埠O3、O7並直接連結至本地的故障轉移子模組490。

在保護線路方面，基本設計原理就是配置與正常線路對應但反方向傳輸的線路，以連接至與正常(實線)路徑相同目的地之光交換連結子系統節點。

不同於正常線路，在5個光交換連結子系統400a~400e互連情形下，保護路徑需往正常路徑之反方向先經過2個光交換連結子系統節點後才會到達與正常路徑相同目的地之光交換連結子系統節點。

例如，假設本光交換連結子系統東邊的線路斷掉，則到東邊2個光交換連結子系統的光訊號必須轉而向西邊經保護路徑來傳輸（到西邊2個光交換連結子系統不受影響，仍舊用正常路徑）。而這光訊號必須先繞過2個光交換連結子系統才會到東邊2個光交換連結子系統。在光訊號過境西邊2個光交換連結子系統時並不需要讓它們接收下來。

因此，光交換連結子系統400a在往東、西邊的保護路徑上會各有2條光纖沒有放置分光器。如圖中所示，第一東向保護輸入端E9與第一西向保護輸入端W3，分別用以自相鄰的光交換連結子系統400b、400e之互連線路模組480中的第一西向保護輸出端W9與第一東向保護輸出端E3接收橫向傳送光訊號，並透過第二西向保護輸出端W10與第二東向保護輸出端E4輸出橫向傳送光訊號。

相似地，第二東向保護輸入端E10與第二西向保護輸入端W4，分別用以自相鄰的光交換連結子系統400b、400e之互連線路模組480中的第二西向保護輸出端W10與第二東向保護輸出端E4接收橫向傳送光訊號，並透過第三西向保護輸出端W11與第三東向保護輸出端E5輸出橫向傳送光訊號。

第三東向保護輸入端E11與第三西向保護輸入端W5分別用以自相鄰的光交換連結子系統400b、400e之互連線路模組480中的第三西向保護輸出端W11與第三東向保護輸出端E5接收橫向傳送光訊號。

互連分光器484、483分別耦接於第三東向保護輸入端E11與第三西向保護輸入端W5，用以複製所接收的橫向傳送光訊號，並連接至下移一個輸出埠位置，透過第四西向保護輸出端W12與第四東向保護輸出端E6輸出橫向傳送光訊號，並透過輸出端O2、O6輸出橫向傳送光訊號至故障轉移子模組490。

最後，第四東向保護輸入端E12與第四西向保護輸入端W6分別用以自相鄰的光交換連結子系統400b、400e之互連線路模組480中的第四西向保護輸出端W12與第四東向保護輸出端E6接收橫向傳送光訊號，並透過輸出端O1、O5輸出橫向傳送光訊號至故障轉移子模組490。

如圖所示，故障轉移子模組490耦接於互連分光器483、484、第四東向保護輸入端E12以及第四西向保護輸入端W6。此外，故障轉移子模組490也耦接至正常路徑上的互連分光器481及482、第二東向輸入端E8以及第二西向輸入端W2。藉此，故障轉移子模組490便可用以選擇接收正常路徑或是保護路徑傳過來的橫向傳送光訊號，故障轉移子模組490便可以從正常路徑上經由互連分光器481及482、第二東向輸入端E8以及第二西向輸入端W2輸出橫向傳送光訊號至光路交換子模組460，或者是選擇性地自在保護路徑上經由互連分光器483、484、第四東向保護輸入端E12以及第四西向保護輸入端W6輸出橫向傳送光訊號至光路交換子模組460。

如圖所示，故障轉移子模組490包含複數個光交換器492、494、496、498，光交換器492、494、496、498分別透過第一線路(即：正常線路)與第二線路(即：保護線路)自其餘的光交換連結子系統400b~400e中相應之一者接收第一橫向傳送光訊號(透過正常線路傳送)與第二橫向傳送光訊號(透過保護線路傳送)，此處的第一橫向傳送光訊號與第二橫向傳送光訊號是指在環形網格結構R2當中不同的光交換連結子系統400a~400e之間彼此之間傳遞的橫向傳送光訊號，並相應於微控制器(MCU)410輸出的選擇訊號SS輸出第一橫向傳送光訊號與第二橫向傳送光訊號其中之一者至光路交換子模組460，關於環形網格結構R2當中的橫向傳送光訊號將在後續實施例中有進一步說明。

請參考第7A圖、第7B圖。第7A圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的第二層網路T2中的光交換連結子系統400a~400e間的互連網路示意圖。第7B圖為第7A圖的局部放大示意圖。

互連網路主要是用以建構光交換連結子系統400a~400e之間傳輸的光隧道，使得各個光交換連結子系統400a~400e所連結的第一層網路T1中的各個群組之間可以互相傳輸光訊號。如先前所述，光交換連結子系統400a~400e之間的互連網本質上為一個網狀結構。透過帶狀光纖(Ribbon Fiber)中的多條光纖，使得每個光交換連結子系統400a~400e到其他光交換連結子系統的連線是彼此獨立的，舉例來說，光交換連結子系統400a至其他光交換連結子系統400b~400e的連線，與光交換連結子系統400b至其他光交換連結子系統400a, 400c, 400d, 400e的連線是彼此獨立的。

由於採用了帶狀光纖的關係，在外觀上所有的光交換連結子系統400a~400e像是以一條環狀的結構相連，可以簡化了佈線複雜度。另外，也因為此網狀網路架構，在不同的光交換連結子系統400a~400e配對間的資料傳輸可以同時使用相同波長組合傳輸而不會發生衝突，凸顯了波長可重複使用的特性。

請搭配第4圖與第6圖，以更好理解第7A圖、第7B圖所繪示的光交換連結子系統400a~400e之間的互連網路。

如第7A圖所示，在正常情況下，光交換連結子系統400a會由正常路徑傳輸及接收光訊號至/來自東邊兩個節點的光交換連結子系統400b、400c以及至/來自西邊兩個節點的光交換連結子系統400d、400e。配合第6圖所繪示的內部互連線路模組480的設計，當光交換連結子系統400a~400e間經由光纖互連時，光交換連結子系統400a互連線路中東向輸出端E1~E6、東向輸入端E7~E12的光路徑會分別以光纖連結並對應至下一個光交換連結子系統400b互連線路中西向輸入端W1~W6、西向輸出端W7~W12的光路徑，依此類推。

此外，由於光交換連結子系統400a~400e間互聯結構的因素，它們可利用相同的波長組合(λ5、λ6、λ7、λ8)互相傳輸光訊號而不會發生衝突，具有波長可重複利用的特性。如圖中所示，光交換連結子系統400a可以波長組合λ5、λ6、λ7、λ8分別傳輸光訊號至光交換連結子系統400b~400e。光交換連結子系統400b亦可以波長組合λ5、λ6、λ7、λ8分別傳輸光訊號至光交換連結子系統400c~400e、400a而不會導致衝突。相似地，相同的波長組合λ5、λ6、λ7、λ8也可以重複利用在其他的光交換連結子系統400c~400e對其他光交換連結子系統互傳光訊號之用，其內容不再於此贅述。

在第7A圖所示的例子中，路徑RTa代表來自第一層網路T1中群組P2的光訊號SigA以波長λ5由光交換連結子系統400a透過正常路徑傳輸至東邊第一個節點(光交換連結子系統400b)。在傳輸的過程中，光交換連結子系統400a的6x4波長選擇交換器(即：光路交換子模組460)會選擇來自群組P2的光訊號SigA往東邊傳輸並經由內部互連線路中的1x2互連分光器486將其複製並分光往正常方向(即：東邊)傳輸至下一個節點(光交換連結子系統400b)。當光訊號SigA進入目的地光交換連結子系統400b的內部互連線路時，會經由1x2互連分光器481將其複製並分光傳輸至光交換連結子系統400b的故障轉移子模組490，此時故障轉移子模組490會使正常路徑上的光訊號通過並傳輸至光交換連結子系統400b的6x4波長選擇交換器(即：光路交換子模組460)來進行波長選擇並接收。光訊號的具體傳輸細節如第7B圖所示，於此不再贅述。

另一方面，路徑RTb代表來自第一層網路T1中群組P1的光訊號SigB以波長λ7由光交換連結子系統400a透過正常路徑傳輸至西邊第二個節點(光交換連結子系統400d)。在傳輸的過程中，光交換連結子系統400a的6x4波長選擇交換器(即：光路交換子模組460)會選擇來自群組P1的光訊號SigB往西邊傳輸並經由其內部互連線路中的1x2互連分光器485將其複製並分光往正常方向(西邊)傳輸至下一個節點(光交換連結子系統400e)。

當光訊號SigB進入光交換連結子系統400e的內部互連線路時，會經由1x2互連分光器482將其複製並分光往西邊繼續傳輸至下一個節點(光交換連結子系統400d)。而當光訊號SigB進入目的地光交換連結子系統400d內部的互連線路時，則會直接傳輸至光交換連結子系統400d的故障轉移子模組490，此時故障轉移子模組490會使正常路徑上的光訊號通過並傳輸至光交換連結子系統400d的6x4波長選擇交換器(即：光路交換子模組460)來進行波長選擇並接收。

請參考第8A圖。第8A圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的保護線路操作示意圖。如第8A圖所示，假設光交換連結子系統400a和光交換連結子系統400e間的帶狀光纖發生斷線，因此造成光交換連結子系統400a無法透過正常路徑往西邊傳輸光訊號SigC至光交換連結子系統400e，也無法傳輸光訊號至光交換連結子系統400d。此時光交換連結子系統400e的故障轉移子模組490偵測到來自東邊第一個光交換連結子系統400a的光強度突然變弱，便將連線自動切換到保護路徑RTc。

事實上，光交換連結子系統400a、400e間的帶狀光纖若發生斷線，也會同時影響到其他的光交換連結子系統的訊號傳輸。

以本例來說，每個光交換連結子系統400a~400e接收來自東/西邊其它兩個光交換連結子系統之光訊號的狀態如下表二所示。

表二.OSIS光訊號接收狀態

在表二中，標示O代表可透過正常路徑接收光訊號，而標示X則代表無法透過正常路徑接收光訊號，必須透過故障轉移子模組490將連線切換至保護路徑以接收光訊號。因此，只有光交換連結子系統400c不受帶狀光纖斷線影響，而其它光交換連結子系統的部分接收路徑會受到帶狀光纖斷線影響，而需透過故障轉移子模組490將連線切換至保護路徑。

事實上，在正常情況下，光訊號SigC會經由光交換連結子系統400a內的互連分光器485複製分成兩道光並同時送往正常路徑(即：第一橫向傳送光訊號往西)及保護路徑(即：第二橫向傳送光訊號往東的路徑RTc)。當光信號SigC經由保護路徑往東邊傳輸時，其會過境兩個節點(光交換連結子系統400b、400c) 而不會經過其內部的互連分光器，然後再傳輸至光交換連結子系統400d。當光訊號SigC進入光交換連結子系統400d的內部互連線路時，會經由1x2互連分光器483將其複製並分光往東邊繼續傳輸至下一個節點(光交換連結子系統400e)。

最後，當光訊號SigC進入目的地光交換連結子系統400e的內部互連線路時，則會直接傳輸至光交換連結子系統400e的故障轉移子模組490。此時，故障轉移子模組490已經切換到保護路徑，因此光訊號SigC會通過並傳輸至光交換連結子系統400e的6x4波長選擇交換器(即：光路交換子模組460)來進行波長選擇並接收。

藉此，光交換連結子系統400a中的故障轉移子模組490中的光交換器492、494、496、498便可自其餘的光交換連結子系統400b~400e中相應之一者分別透過正常線路接收第一橫向傳送光訊號，透過保護線路接收第二橫向傳送光訊號，並相應於選擇訊號SS輸出第一橫向傳送光訊號與第二橫向傳送光訊號其中之一者至光路交換子模組460。如此一來，當正常線路發生斷線或其他故障導致第一橫向傳送光訊號消失或訊號強度降低時，相應的光交換器492、494、496、498便可執行切換至保護路徑，藉由第二橫向傳送光訊號進行訊號傳輸。

請再次參考第6圖。如第6圖所示，故障轉移子模組490中除了光交換器492、494、496、498之外，更配置有4個分光檢測器(tap photodetector，tap PD)491、493、495、497。如先前段落所述，2x1光交換器492、494、496、498分別用以接收來自東邊及西邊各自2個光交換連結子系統的正常路徑(實線)及保護路徑(虛線)的光訊號。

如圖中所示，進入同一個2x1光交換器492、494、496、498的正常路徑及保護路徑的光訊號是在來源端利用互連分光器485、486複製分光並各自從正常方向與相反方向傳輸過來的，因此，兩道光訊號內所載的資訊內容相同。每個2x1光交換器492、494、496、498預設的切換設定是讓正常路徑的光訊號通過。

另外，在部分實施例中，分光檢測器491、493、495、497的作用是將約2%的輸入光訊號(optical input power)轉換成對應的電流值，再透過類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter)板轉換為對應的電壓值，使得光交換器492、494、496、498分別根據該電壓值進行切換。

舉例來說，當電壓值低於一臨界值（即：偵測到斷線或訊號不佳）時，光交換連結子系統400a內的微控制器(Micro-controller unit，MCU)410便輸出訊號SS切換相應的2x1光交換器492、494、496、498，改讓保護路徑的光訊號通過。藉此，微控制器410便可用以於第一橫向傳送光訊號的訊號強度小於門檻值時輸出選擇訊號SS至故障轉移子模組490，以控制故障轉移子模組490輸出第二橫向傳送光訊號。

具體來說，微控制器410判斷及何時啟動光路切換可以有兩種不同方式。首先，第一種判斷機制為輪詢(Polling)機制。請參考第8B圖。第8B圖為輪詢機制中微控制器410的判斷方法800的流程圖。在輪詢機制中，微控制器410會一直主動監督各個分光檢測器491、493、495、497的電壓狀態，若發現斷線就會進行光交換器切換。在部分實施例中，微控制器410可執行一驅動程式，以執行判斷方法800相應的操作。

如第8B圖所示，判斷方法800包含步驟S810~S840。首先，在步驟S810中，利用微控制器410上的驅動程式(driver)依序讀取各分光檢測器491、493、495、497的電壓值。接著，在步驟S820中，分別將分光檢測器491、493、495、497讀取到的電壓值大小與其預先決定的臨界值進行比較。

當電壓值大於臨界值時，執行步驟S830並等待一間隔時間（例如：5秒），並反覆重複步驟S810~S830。

當電壓值小於臨界值時，執行步驟S840，以執行異常處理程序。步驟S840進一步包含步驟S841~S845。首先，步驟S841中，根據系統韌體的系統紀錄判斷異常次數。換言之，驅動程式可判斷是第一次偵測到異常還是第二次偵測到異常。

當驅動程式第一次偵測到分光檢測器491、493、495、497其中一者的電壓值小於預設的臨界值時，則相應的正常接收路徑將被視為斷線(fault condition)，並執行步驟S842、S843。在步驟S842中，微控制器410輸出選擇訊號SS以切換相應的2x1光交換器492、494、496、498，使得備用的保護路徑光訊號通過。在步驟S843中，微控制器410輸出異常通知訊號通知系統韌體目前有其中一個分光檢測器491、493、495、497發生第一次的異常狀況。

當驅動程式第二次偵測到分光檢測器491、493、495、497其中一者的電壓值持續小於設定的臨界值時，微控制器410將不再對相應的2x1光交換器492、494、496、498進行切換，並執行步驟S844、S845。在步驟S844中，微控制器410輸出異常通知訊號通知系統韌體有其中一個分光檢測器491、493、495、497發生第二次的異常狀況。接著，在步驟S845中，微控制器410就停止對異常的分光檢測器491、493、495、497做輪詢讀取其狀態的操作。

當帶狀光纖修復後，系統韌體會通知驅動程式進行復原的動作，以將所有2x1光交換器492、494、496、498重新切換至原本的正常路徑。值得注意的是，判斷方法800中，因為微控制器410持續詢問電壓狀態並進行判斷是否斷線，因此會消耗微控制器410部分的計算資源。

另一方面，第二種判斷機制為中斷(Interrupt)機制。在中斷機制下微控制器410平常不會一直監督分光檢測器491、493、495、497的狀態，而是當斷線發生時，微控制器410才會被中斷觸發來確認分光檢測器491、493、495、497的狀態並進行相應的2x1光交換器492、494、496、498的路徑切換。

請參考第8C圖、第8D圖。第8C圖、第8D圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示之微控制器410執行中斷機制的操作示意圖。如第8C圖所示，分光檢測器491、493、495、497分別包含連接至微控制器410的中斷接腳ITR1~ITR4。以分光檢測器491為例，當第一次有分光檢測器491的電壓值小於臨界值時，其對應的中斷接腳ITR1~ITR4會被觸發並輸出觸發訊號TS1通知微控制器410。微控制器410於接收到觸發訊號TS1時，執行相應的驅動程式，以執行與判斷方法800相似的操作。

具體來說，此時微控制器410會先讀取分光檢測器491的電壓值以確認其小於臨界值。於電壓值小於臨界值時，微控制器410根據系統韌體FW的系統紀錄判斷異常次數。

當微控制器410第一次確認分光檢測器491的電壓值小於預設的臨界值時，正常接收路徑將被視為斷線(fault condition)，並執行步驟S842、S843。在步驟S842中，微控制器410輸出選擇訊號SS切換相應的2x1光交換器492使得備用的保護路徑光訊號通過。在步驟S843中，微控制器410輸出異常通知訊號NS1通知系統韌體FW目前有分光檢測器491發生第一次的異常狀況。

相似地，如第8D圖所示，當第二次有分光檢測器491的電壓值小於臨界值時，中斷接腳ITR1會再次被觸發並輸出觸發訊號TS2通知微控制器410。此時微控制器410便會再次讀取分光檢測器491的電壓值以確認其小於臨界值。

當微控制器410第二次偵測到分光檢測器491的電壓值持續小於設定的臨界值時，微控制器410將不再對2x1光交換器492進行切換，並執行步驟S844。在步驟S844中，微控制器410輸出異常通知訊號NS2通知系統韌體FW有分光檢測器491發生第二次的異常狀況。

相似地，當帶狀光纖修復後，系統韌體FW會通知微控制器410，並透過驅動程式進行復原的動作，以將所有2x1光交換器492、494、496、498重新切換至原本的正常路徑。

綜上所述，透過第8B圖中所繪示的輪詢機制或第8C圖、第8D圖中所繪示的中斷機制，微控制器410便可控制故障轉移子模組490，選擇性地自正常路徑或保護路徑進行光訊號傳輸，以實現第二層網路T2中各個光交換連結子系統400a~400e之間的互連保護路徑設計。

如此一來，當第二層網路T2有1條帶狀光纖斷線時，光信號仍可透過保護路徑傳輸至目的地的光交換連結子系統400a~400e，使得光訊號傳輸不會受到影響。

請參考第9圖。第9圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的群組間(inter-Pod)光隧道路徑的示意圖。在第9圖的實施例中，群組P1中的機架900c欲傳輸光訊號至另一個群組P2中的機架900a、900b。軟體定義網路控制器500可用以建立兩條群組間(inter-Pod)光隧道。具體來說，光隧道包含光訊號的傳輸路徑以及選用光訊號的波長。機架900c與機架900a之間的光隧道是透過機架900c經由置頂交換機TORc、光塞取子系統200c、光交換連結子系統400a、光塞取子系統200a、置頂交換機ToRa抵達機架900a的路徑RP1，並選擇使用波長λ5傳輸光訊號所形成的光隧道。

另一方面，機架900c與機架900b之間的光隧道是透過機架900c經由置頂交換機TORc、光塞取子系統200c、光交換連結子系統400a、交換連結子系統400b、光塞取子系統200b、置頂交換機ToRb抵達機架900b的路徑RP2，並選擇使用波長λ6傳輸光訊號所形成的光隧道。

為了建立這兩條光隧道，必須設定沿路的光塞取子系統200a~200c及光交換連結子系統400a、400b中的6x4波長選擇交換器(即：光路交換子模組460)以選擇特定波長通過。

請參考第10A圖和第10B圖。第10A圖和第10B圖分別為光交換連結子系統400a、光交換連結子系統400b中光路交換子模組460的設置示意圖。如第10A圖所示，路徑RP1只需設定光交換連結子系統400a中的一個1x1波長選擇交換器464n以及目的地光塞取子系統200a的第二傳輸模組220中2x1波長選擇交換器WSS21對應的一個1x1波長選擇交換器即可建立光隧道。

另一方面，如第10A圖、第10B圖所示，而路徑RP2則需設定光交換連結子系統400a中的1x1波長選擇交換器464a、光交換連結子系統400b中的1x1波長選擇交換器464g、以及目的地光塞取子系統200b的第一傳輸模組210中2x1波長選擇交換器WSS11對應的一個1x1波長選擇交換器即可建立光隧道。

如此一來，在傳輸的過程中，首先，波長λ5與λ6的光訊號會經由機架900c上的置頂交換機ToRc出入埠上對應的DWDM光收發模組傳輸至光塞取子系統200c的第一傳輸模組210對應的加入埠，並以多工器212整合至一條光纖中，再經由2x2第一分光器SP11將其複製並分光往北邊傳輸至光交換連結子系統400a中對應的加入埠，並經由多工器BMUX1整合成合成光訊號SigU1往光路交換子模組460傳輸。此時λ5與λ6會經由1x3輸入分光器462e複製並分光成3道，一道往東邊傳輸至其它光交換連結子系統，另一道往西邊傳輸至其它光交換連結子系統，最後一道往南邊目的地群組P2中的光塞取子系統200a、200b傳輸。

往南邊目的地群組P2中的光塞取子系統200a傳輸的光訊號會經由波長選擇交換器464n選擇波長λ5通過，再由5x1輸出合光器466d將其複製並整合成一道，接下來再經由光訊號放大器468d放大光功率。並由分光器SPLT2將合成光訊號SigD2複製並分光往目的地群組P2中的各個光塞取子系統傳輸。

如第9圖所示，傳輸至光塞取子系統200a第二傳輸模組220的光訊號會經由2x1波長選擇交換器(請參閱第2圖的波長選擇交換器WSS21)中對應接收的1x1波長選擇交換器選擇波長λ5通過並傳輸至如解多工器226，而波長λ5會從光塞取子系統200a的第二傳輸模組220當中解多工器(可以參見第2圖中第二傳輸模組220的解多工器226)的其中第5個取下埠傳輸至機架900a上的置頂交換機ToRa出入埠上對應的DWDM光收發模組的接收端，完成機架900c至機架900a的光訊號傳輸。

另一方面，往東邊傳輸的光訊號會經由波長選擇交換器464a選擇波長λ6通過，再由2x1輸出合光器466a將其複製並整合成一道，接下來再經由光訊號放大器468a放大光功率做為合成光訊號SigE0，並由光交換連結子系統400a、400b間的互連線路480往東傳輸至光交換連結子系統400b。

如第10B圖所示，當光訊號傳輸至光交換連結子系統400b中的光路交換子模組460後，波長λ6的光訊號會經由1x2輸入分光器462c複製並分光成兩道，一道光訊號往南邊目的地群組P2中的各個光塞取子系統傳輸，另一道光訊號往南邊另一個群組中的各個光塞取子系統傳輸。

往南邊目的地群組P2傳輸的光訊號會經由1x1 波長選擇交換器464g選擇波長λ6的光訊號通過，再由5x1輸出合光器466c將其複製並整合成一道光訊號，再經由光訊號放大器468c放大光功率做為合成光訊號SigD1，並由分光器SPLT1將合成光訊號SigD1複製並分光往目的地群組P2中的各個光塞取子系統傳輸。

傳輸至光塞取子系統200b的第一傳輸模組210的光訊號會經由2x1波長選擇交換器(請參閱第2圖的波長選擇交換器WSS11)中對應接收的1x1波長選擇交換器選擇波長λ6的光訊號通過並傳輸至解多工器216，而波長λ6的光訊號會從解多工器(可以參見第2圖中第一傳輸模組210的解多工器216)的第6個取下埠傳輸至機架900b上的置頂交換機ToRb出入埠上對應的DWDM光收發模組的接收端，完成機架900c至機架900b的光訊號傳輸。

此外，值得注意的是，除了前述的第二層網路T2中各個光交換連結子系統400a~400e的保護路徑外，第一層網路T1中同一個群組P1內的各個光塞取子系統200a~200e之間，以及第一層網路T1與第二層網路T2間，亦可透過彼此獨立的傳輸環Ring1、Ring2實現路徑保護。當光纖發生斷線或光纖接頭損壞時，可以改由保護路徑來傳輸光訊號，以確保系統不會因光纖斷線而導致整個光隧道網路斷訊。為便於說明起見，請參考第11A圖。第11A圖係根據本揭示內容部分實施例所繪示的第一層網路T1的群組P1的保護路徑設計示意圖。

如第11A圖所示，由於第一層網路T1中每一個群組P1包含多個獨立的傳輸環Ring1、Ring2，因此當其中一個環(如：傳輸環Ring1)發生斷線時，可以透過其他的傳輸環Ring2來進行光訊號傳輸，以達到保護路徑的目的。此外，由於傳輸環Ring1、Ring2的光纖是獨立分開的，因此兩條獨立光纖同時發生斷線的機率是非常低的。

在本實施例中，當群組P1內的對應到各個第一傳輸模組210的傳輸環Ring1的光纖發生斷線時，會導致部分的光塞取子系統的第一傳輸模組210無法往西傳輸光信號至其它光塞取子系統，例如光塞取子系統200a的第一傳輸模組210無法往西傳輸光信號至同一群組P1當中的其它光塞取子系統200b~200e。此時，無法利用傳輸環Ring1傳輸光信號的光塞取子系統200a~200e，可透過軟體定義網路控制器500設定相應的置頂交換機ToR以及路徑上須通過的波長選擇交換器，使得光訊號透過第二傳輸模組220往東利用傳輸環Ring2傳輸光訊號至其它光塞取子系統200a~200e。

此外，事實上，當傳輸環Ring1、Ring2上同時發生斷線時，在斷線的位置符合特定條件，亦可能透過軟體定義網路控制器500重新設定群組中各個光塞取子系統的波長選擇交換器WSS11、WSS12、WSS21、WSS22及群組中各個置頂交換機ToR使得所有光塞取子系統200a~200e可以互通。

請參考第11B圖。第11B圖係根據本揭示內容部分實施例所繪示的第一層網路T1的群組P1的保護路徑設計示意圖。如第11B圖所示，當傳輸環Ring1、Ring2發生斷線的位置在相同的連結點上(即：光塞取子系統200a、200b之間)，且在一個群組P1中只有一個連結點同時發生兩個傳輸環Ring1、Ring2的斷線情形時，受到影響的光塞取子系統200a~200e可由軟體定義網路控制器500重新設定置頂交換機ToR以及路徑上須通過的波長選擇交換器，而使得受到影響的光塞取子系統可與其它光塞取子系統200a~200e互通。以光塞取子系統200a、200b為例，當傳輸環Ring1發生斷線時，對於光塞取子系統200a，軟體定義網路控制器500可設定置頂交換機ToR以及路徑上須通過的波長選擇交換器，使得光訊號選擇以第二傳輸模組220a之波長往東利用傳輸環Ring2傳輸光訊號至光塞取子系統200b。另一方面，對於光塞取子系統200b，軟體定義網路控制器500可設定置頂交換機ToR以及路徑上須通過的波長選擇交換器，使得光訊號選擇以第一傳輸模組210b之波長往西利用傳輸環Ring1傳輸光訊號至光塞取子系統200a，依此類推。

換言之，SDN控制器500可用以於傳輸環Ring1上光塞取子系統200a至光塞取子系統200b的光路徑發生斷線時，相應設置置頂交換器ToR以及路徑上須通過的波長選擇交換器，以藉由第二傳輸模組220a~220e建立傳輸環Ring2上光塞取子系統200a至光塞取子系統200b的光隧道。在部分實施例中，軟體定義網路控制器500亦可用以於傳輸環Ring2上光塞取子系統200b至光塞取子系統200a的光路徑發生斷線時，相應設置置頂交換器ToR以及路徑上須通過的波長選擇交換器，以藉由第一傳輸模組210a~210e建立傳輸環Ring1上光塞取子系統200b至光塞取子系統200a的光隧道。

請參考第12圖。第12圖係根據本揭示內容部分實施例所繪示的第一層網路T1與第二層網路T2之間的保護路徑設計示意圖。如先前段落所述，每個光塞取子系統200a~200e會以光纖連結到第二層網路T2中兩個相鄰的光交換連結子系統400a~400e。舉例來說，光塞取子系統200c的第一傳輸模組210c、第二傳輸模組220c各有一對光纖分別連接至兩個相鄰的光交換連結子系統400a、400e。因此，當光塞取子系統200c連接至光交換連結子系統400a的光纖發生斷線時，光塞取子系統200c可以利用另一條光路徑傳輸光信號至另一個光交換連結子系統400e，然後再轉傳至目的地光交換連結子系統400a，達到另一種保護路徑的目的。

以第12圖為例，與第9圖的實施例相同，在本例中群組P1中的機架900c欲傳輸光訊號至另一個群組P2中的機架900a。假設光塞取子系統200c的第一傳輸模組210c連接至一個光交換連結子系統400a的光纖發生斷線，則可透過軟體定義網路控制器設置置頂交換機ToRc的設定選擇改以第二傳輸模組220c的波長傳輸光訊號至另一個光交換連結子系統400e，然後再轉傳至目的地光塞取子系統200a。如圖中路徑RP3所示，在部份情況下，光訊號可能先從光交換連結子系統400e轉傳至另一個光交換連結子系統400a，再由光交換連結子系統400a傳至目的地光塞取子系統200a。具體的端到端傳輸細節以於先前段落中詳細說明，故不再於此贅述。

換言之，軟體定義網路控制器500更可用以於光塞取子系統200c至光交換連結子系統400a的光路徑發生斷線時，相應設置置頂交換器ToRc以建立光塞取子系統200c至光交換連結子系統400e的光隧道(如：路徑RP3)。相似地，軟體定義網路控制器500亦可用以於光塞取子系統200c至光交換連結子系統400e的光路徑發生斷線時，相應設置置頂交換器ToRc以建立光塞取子系統200c至光交換連結子系統400a的光隧道。

如此一來，不論是第一層網路T1內部的光纖發生斷線、第二層網路T2內部的光纖發生斷線、或是第一層網路T1與第二層網路T2之間的縱向傳輸光纖發生斷線，智慧定義光隧道網路系統100皆能透過餘備的路徑建立光隧道，實現各個光節點之間的訊號傳輸，以達成不同機架當中相異伺服器之間的資料傳輸。

在本揭示內容部分實施例中，各個波長選擇交換器皆可由一或多個1x1(1進1出)的波長阻隔器(Wavelength Blocker，WB)所組成的陣列設計實現。波長阻隔器可採用數位光處理器(Digital light processor，DLP)技術，以提高切換速度。在部分實施例中，其陣列切換時間只需約100微秒(microsecond，μs)，因此具備更快速與即時的全光資料中心網路交換能力。

綜上所述，在本案的各個實施例中，提出了新的網路架構，使得智慧定義光隧道網路系統100中可重複利用相同波長，以節省波長資源。此外，在第一層網路T1採取環狀的架構設計，可在不須更換內部架構下任意擴增單一群組內的光節點數量，亦可以在同一個群組內部擴增傳輸環的數量。具有較佳的擴充性，並可達成更彈性的漸進式架構佈建。舉例來說，在第1圖所示的實施例中，第一層網路T1包含四個群組P1~P4，但本揭示文件並不此為限，若整體系統需要容納更多機架之間的資訊交換，可以在不改變整體網路架構的情況下，增加更多群組數量，例如可以新增第五個群組、或進一步新增第六個群組，依此類推。此外，第1圖所示的實施例中，群組P1所包含的光節點數量為五個，如五個光塞取子系統200a~200e，但本揭示文件並不此為限，若整體系統需要容納更多機架之間的資訊交換，可以在不改變整體網路架構的情況下，在局部群組(或全部群組)增加一個或多個光節點，舉例來說，當有擴充需求時，群組P1可以進一步包含一個新的光節點，共包含六個光節點，而群組P2~P4可以維持包含五個的光節點，如有新的擴充需求，則可以在其他群組(例如群組P2)加入新的光節點，依此類推，藉此達到漸進式架構佈建。

另一方面，簡化了第二層網路T2中的光交換線路，並於各個光纖傳輸間都設計有保護路徑，不論是第一層網路T1內、第二層網路T2內、或是第一層網路T1與第二層網路T2之間的光纖斷線，智慧定義光隧道網路系統100皆能透過保護路徑進行光訊號的傳輸。

如此一來，便可實現低延遲、高頻寬、低能耗的智慧定義光隧道網路系統100，並提高可靠性、可擴充性、波長的重複利用，降低了佈線複雜度。另外，基於光傳輸系統所具備的傳輸率通透(data rate transparency)特性，光隧道網路在一定範圍內可以承載任意傳輸率的光訊號而不需要更改光元件設計。因此，進行系統升級時，智慧定義光隧道網路系統100只需要將10G的DWDM光收發模組換成100G規格的DWDM光收發模組即可將波長傳輸率從10 Gbit/s升級至100 Gbit/s，大幅增加系統傳輸率的彈性佈建，並節省大量的硬體設備升級成本。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧智慧定義光隧道網路系統 200、200a~200e‧‧‧光塞取子系統 210、210a~210e‧‧‧第一傳輸模組 220、220a~220e‧‧‧第二傳輸模組 211‧‧‧第一縱向埠 221‧‧‧第二縱向埠 212、222、BMUX1、BMUX2‧‧‧多工器 214、224‧‧‧交換子模組 216、226‧‧‧解多工器 400a~400e‧‧‧光交換連結子系統 410‧‧‧微控制器 420‧‧‧接收子模組 440‧‧‧輸出子模組 460‧‧‧光路交換子模組 480‧‧‧互聯線路模組 SP11、SP12、SP21、SP22、SPLT1、SPLT2‧‧‧分光器 481~486‧‧‧互連分光器 462a~462f‧‧‧輸入分光器 464‧‧‧波長選擇交換器陣列 466a~466d‧‧‧輸出合光器 468a~468d、EDFA1、EDFA2‧‧‧光訊號放大器 490‧‧‧故障轉移子模組 491、493、495、497‧‧‧分光檢測器 492、494、496、498‧‧‧光交換器 500‧‧‧軟體定義網路控制器 800‧‧‧判斷方法 S810~S840、S841~S845‧‧‧步驟 900a、900b、900c‧‧‧機架 P1~P4‧‧‧群組 T1、T2‧‧‧網路 ToR、ToRa、ToRb、ToRc‧‧‧置頂交換器 R2‧‧‧環形網格結構 Ring1‧‧‧第一傳輸環 Ring2‧‧‧第二傳輸環 FW‧‧‧系統韌體 WSS11‧‧‧第一波長選擇交換器 WSS12 第二波長選擇交換器 WSS21‧‧‧第三波長選擇交換器 WSS22‧‧‧第四波長選擇交換器 464a~464n‧‧‧波長選擇交換器 NLW0~NLW2、NLE0~NLE2、PLW0~PLW2、PLE0~PLE2‧‧‧線路 RT1、RT2、RTa、RTb、RTc、RP1、RP2、RP3‧‧‧路徑 In1、In2‧‧‧上傳端 E1~E6、W7~W12‧‧‧輸出端 E7~E12、W1~W6‧‧‧輸入端 ITR1~ITR4‧‧‧中斷接腳 TS1、TS2‧‧‧觸發訊號 NS1、NS2‧‧‧異常通知訊號 SS‧‧‧選擇訊號 CS‧‧‧控制訊號 λ1~λ40‧‧‧波長 UL1~UL8‧‧‧ 第一上傳光訊號 UL9~UL16‧‧‧第二上傳光訊號 DL1~DL16‧‧‧下載光訊號 Sig11‧‧‧第一合成光訊號 Sig21‧‧‧第二合成光訊號 Sig12、Sig22、SigU1、SigU2‧‧‧合成光訊號 SigD1、SigD2、SigE0~SigE2‧‧‧合成光訊號 SigW0~SigW2‧‧‧合成光訊號 TSh1‧‧‧第一橫向傳送光訊號 TSh2‧‧‧第二橫向傳送光訊號 TSh3‧‧‧第三橫向傳送光訊號 TSh3d‧‧‧第四橫向傳送光訊號 TSh5‧‧‧第五橫向傳送光訊號 TSh6‧‧‧第六橫向傳送光訊號 TSh7‧‧‧第七橫向傳送光訊號 TSh7d‧‧‧第八橫向傳送光訊號 TSh1’‧‧‧放大後的第一橫向傳送光訊號 TSh5’‧‧‧放大後的第五橫向傳送光訊號 TSd1‧‧‧第一下行傳送光訊號 TSd2‧‧‧第二下行傳送光訊號 TSd2a~TSd2e‧‧‧第二下行傳送光訊號 TSd3‧‧‧第三下行傳送光訊號 TSd4‧‧‧第四下行傳送光訊號 TSd4a~TSd4e‧‧‧第四下行傳送光訊號 TSu1‧‧‧第一上行傳送光訊號 TSu1a~TSu1e‧‧‧第一上行傳送光訊號 TSu2‧‧‧第二上行傳送光訊號 TSu3‧‧‧第三上行傳送光訊號 TSu3a~TSu3e‧‧‧第三上行傳送光訊號 TSu4‧‧‧第四上行傳送光訊號 SigA、SigB、SigC‧‧‧光訊號 H1E、H2E‧‧‧第一橫向傳輸訊號 H1W、H2W‧‧‧第二橫向傳輸訊號 E1D1、E2D1、W1D1、W2D1‧‧‧第一下行傳輸訊號 E1D2、E2D2、W1D2 、W2D2‧‧‧第二下行傳輸訊號 U1D2、U2D1‧‧‧第三下行傳輸訊號

第1圖為根據本案部分實施例所繪示的智慧定義光隧道網路系統的示意圖。第2圖為根據本案部分實施例所繪示的光塞取子系統的示意圖。第3A圖為同一個群組中各個光塞取子系統中的傳輸模組與傳輸模組的連接關係示意圖。第3B圖和第3C圖分別為合光器引起的衝突示意圖以及解多工器引起的衝突示意圖。第3D圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的群組內(intra-Pod)光隧道及光訊號流向的示意圖。第4圖為根據本揭示內容部分實施例中所繪示的光交換連結子系統的示意圖。第5圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的光路交換子模組的內部設計示意圖。第6圖為根據本揭示內容部分實施例繪示的互連線路模組及故障轉移子模組(failover module)的示意圖。第7A圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的第二層網路中的光交換連結子系統間的互連網路示意圖。第7B圖為第7A圖的局部放大示意圖。第8A圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的保護線路操作示意圖。第8B圖為輪詢機制中微控制器410的判斷方法的流程圖。第8C圖、第8D圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示之微控制器執行中斷機制的操作示意圖。第9圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的群組間(inter-Pod)光隧道路徑的示意圖。第10A圖和第10B圖分別為光交換連結子系統中光路交換子模組的設置示意圖。第11A圖係根據本揭示內容部分實施例所繪示的第一層網路的群組的保護路徑設計示意圖。第11B圖係根據本揭示內容部分實施例所繪示的第一層網路T1的群組的保護路徑設計示意圖。第12圖係根據本揭示內容部分實施例所繪示的第一層網路與第二層網路之間的保護路徑設計示意圖。

100‧‧‧智慧定義光隧道網路系統

200a~200e‧‧‧光塞取子系統

210‧‧‧第一傳輸模組

220‧‧‧第二傳輸模組

400a~400e‧‧‧光交換連結子系統

500‧‧‧軟體定義網路控制器

900a、900b‧‧‧機架

P1~P4‧‧‧群組

T1、T2‧‧‧網路

ToRa、ToRb‧‧‧置頂交換器

R2‧‧‧環形網格結構

Claims

一種智慧定義光隧道網路系統，包含：複數個群組，該些群組任一者包含複數個光塞取子系統，該些光塞取子系統分別用以透過複數個置頂交換器與相應的複數個伺服器進行資料傳輸，該些光塞取子系統任一者包含：一第一傳輸模組，配置以一第一頻帶以進行資料傳輸，該些光塞取子系統任一者中的該第一傳輸模組與相鄰之該些光塞取子系統中的該第一傳輸模組彼此連接，以形成一第一傳輸環；以及一第二傳輸模組，配置以相異於該第一頻帶之一第二頻帶以進行資料傳輸，該些光塞取子系統任一者中的該第二傳輸模組與相鄰之該些光塞取子系統中的該第二傳輸模組彼此連接，以形成一第二傳輸環。
如請求項1所述的智慧定義光隧道網路系統，其中同一群組中，該些光塞取子系統中的該些第一傳輸模組配置之該些第一頻帶彼此相異，該些光塞取子系統中的該些第二傳輸模組配置之該些第二頻帶彼此相異。
如請求項1所述的智慧定義光隧道網路系統，其中同一群組中，該些光塞取子系統中一第一光塞取子系統中的該第二傳輸模組配置的該第二頻帶與該些光塞取子系統中一第二光塞取子系統中的該第一傳輸模組配置的該第一頻帶包含相同的波長組合。
如請求項1所述的智慧定義光隧道網路系統，其中該第一傳輸模組包含：一多工器，連接該些置頂交換器中相應之一者，用以透過複數個加入埠自該置頂交換器接收複數個上傳光訊號，並將該些上傳光訊號合併為一合成光訊號，其中該些上傳光訊號分別具有該第一頻帶中的複數個波長。
如請求項4所述的智慧定義光隧道網路系統，其中該第一傳輸模組更包含：一第一分光器，設置於該第一傳輸環上，用以接收並複製該合成光訊號為一第一橫向傳送光訊號與一第一上行傳送光訊號，並透過該第一傳輸環傳送該第一橫向傳送光訊號，並透過一第一縱向埠傳送該第一上行傳送光訊號至一第一光交換連結子系統；以及一光訊號放大器，設置於該第一傳輸環上並耦接該第一分光器，用以放大該第一橫向傳送光訊號並將放大後的該第一橫向傳送光訊號輸出至相同群組中另一光塞取子系統之該第一傳輸模組。
如請求項5所述的智慧定義光隧道網路系統，其中該第一傳輸模組更包含：一第二分光器，設置於該第一傳輸環上，用以接收並複製自相同群組中另一光塞取子系統之該第一傳輸模組接收之該第一橫向傳送光訊號為一第一下行傳送光訊號與一第二橫向傳送光訊號，並透過該第一傳輸環傳送該第二橫向傳送光訊號；一第一波長選擇交換器(wavelength selective switch, WSS)，耦接該第一傳輸環，用以自該第二分光器接收該第一下行傳送光訊號或自該第一光交換連結子系統接收一第二下行傳送光訊號，並選擇性地輸出該第一下行傳送光訊號或該第二下行傳送光訊號；以及一解多工器，耦接該第一波長選擇交換器並連接至該些置頂交換器中相應之一者，用以接收並解多工該第一下行傳送光訊號或該第二下行傳送光訊號為複數個下載光訊號，並將該些下載光訊號傳送至該些置頂交換器中相應之該者。
如請求項6所述的智慧定義光隧道網路系統，其中該第一傳輸模組更包含：一第二波長選擇交換器(wavelength selective switch, WSS)，設置於該第一傳輸環上，用以接收該第二橫向傳送光訊號並輸出一第三橫向傳送光訊號至該第一分光器；其中該第一分光器更用以接收並複製該第三橫向傳送光訊號為一第四橫向傳送光訊號與一第二上行傳送光訊號，並透過該第一傳輸環傳送該第四橫向傳送光訊號，並透過該第一縱向埠傳送該第二上行傳送光訊號至該第一光交換連結子系統。
如請求項1所述的智慧定義光隧道網路系統，其中該些光塞取子系統中的該些第一傳輸模組分別透過複數個相應的第一縱向埠耦接至一第一光交換連結子系統，該些光塞取子系統中的該些第二傳輸模組分別透過複數個相應的第二縱向埠耦接至相鄰於該第一光交換連結子系統之一第二光交換連結子系統。
如請求項1所述的智慧定義光隧道網路系統，其中該些群組中的一第一群組中的該些第一傳輸模組分別透過複數個相應的第一縱向埠耦接至一第一光交換連結子系統，該些群組中的一第二群組中的該些第二傳輸模組分別透過複數個相應的第二縱向埠耦接至該第一光交換連結子系統。
如請求項1所述的智慧定義光隧道網路系統，其中該些光塞取子系統於該第一傳輸環以及該第二傳輸環的一光傳遞方向相反。
如請求項1所述的智慧定義光隧道網路系統，其中該些光塞取子系統於該第一傳輸環以及該第二傳輸環的一光傳遞方向相同。
如請求項1所述的智慧定義光隧道網路系統，其中該智慧定義光隧道網路系統動態調整該些群組的數量。
如請求項1所述的智慧定義光隧道網路系統，其中該智慧定義光隧道網路系統動態調整該些群組任一者所包含的該些光塞取子系統的數量。
如請求項1所述的智慧定義光隧道網路系統，更包含一軟體定義網路控制器分別與該些光塞取子系統以及該些置頂交換器通訊連接。
一種網路系統控制方法，包含：由複數個群組中的複數個光塞取子系統，透過複數個置頂交換器與相應的複數個伺服器進行資料傳輸；由該些光塞取子系統中的一第一傳輸模組，配置以一第一頻帶以進行資料傳輸，其中該些光塞取子系統任一者中的該第一傳輸模組與相鄰之該些光塞取子系統中的該第一傳輸模組彼此連接，以形成一第一傳輸環；以及由該些光塞取子系統中的一第二傳輸模組，配置以相異於該第一頻帶之一第二頻帶以進行資料傳輸，其中該些光塞取子系統任一者中的該第二傳輸模組與相鄰之該些光塞取子系統中的該第二傳輸模組彼此連接，以形成一第二傳輸環。
如請求項15所述的網路系統控制方法，其中同一群組中該些光塞取子系統中的該些第一傳輸模組配置之該些第一頻帶彼此相異，該些光塞取子系統中的該些第二傳輸模組配置之該些第二頻帶彼此相異。
如請求項15所述的網路系統控制方法，其中同一群組中，該些光塞取子系統中一第一光塞取子系統中的該第二傳輸模組配置的該第二頻帶與該些光塞取子系統中一第二光塞取子系統中的該第一傳輸模組配置的該第一頻帶包含相同的波長組合。
如請求項15所述的網路系統控制方法，更包含：由該第一傳輸模組的一多工器，透過複數個加入埠自相應的該置頂交換器接收複數個上傳光訊號，並將該些上傳光訊號合併為一合成光訊號，其中該些上傳光訊號分別具有該第一頻帶中的複數個波長。
如請求項18所述的網路系統控制方法，更包含：由該第一傳輸模組的一第一分光器，接收並複製該合成光訊號為一第一橫向傳送光訊號與一第一上行傳送光訊號；透過該第一傳輸環傳送該第一橫向傳送光訊號；透過一第一縱向埠傳送該第一上行傳送光訊號至一第一光交換連結子系統；以及由該第一傳輸模組的一光訊號放大器，放大該第一橫向傳送光訊號並將放大後的該第一橫向傳送光訊號輸出至相同群組中另一光塞取子系統之該第一傳輸模組。
如請求項19所述的網路系統控制方法，更包含：由該第一傳輸模組的一第二分光器，用以接收並複製自相同群組中另一光塞取子系統之該第一傳輸模組之該第一橫向傳送光訊號為一第一下行傳送光訊號與一第二橫向傳送光訊號；透過該第一傳輸環傳送該第二橫向傳送光訊號；由該第一傳輸模組的一第一波長選擇交換器，自該第二分光器接收該第一下行傳送光訊號並自該第一光交換連結子系統接收一第二下行傳送光訊號；由該第一波長選擇交換器，選擇性地輸出該第一下行傳送光訊號或該第二下行傳送光訊號；以及由該第一傳輸模組的一解多工器，接收並解多工該第一下行傳送光訊號或該第二下行傳送光訊號為複數個下載光訊號，並將該些下載光訊號傳送至該些置頂交換器中相應之一者。
如請求項20所述的網路系統控制方法，更包含：由該第一傳輸模組的一第二波長選擇交換器接收該第二橫向傳送光訊號並輸出一第三橫向傳送光訊號至該第一分光器；以及由該第一分光器接收並複製該第三橫向傳送光訊號為一第四橫向傳送光訊號與一第二上行傳送光訊號。
如請求項15所述的網路系統控制方法，更包含：分別透過複數個相應的第一縱向埠，將該些光塞取子系統中的該些第一傳輸模組耦接至一第一光交換連結子系統；以及分別透過複數個相應的第二縱向埠，將該些光塞取子系統中的該些第二傳輸模組耦接至相鄰於該第一光交換連結子系統之一第二光交換連結子系統。
如請求項15所述的網路系統控制方法，更包含：分別透過複數個第一縱向埠將一第一群組中的該些第一傳輸模組耦接至一第一光交換連結子系統；以及分別透過複數個第二縱向埠將一第二群組中的該些第二傳輸模組耦接至該第一光交換連結子系統。
如請求項15所述的網路系統控制方法，其中該些光塞取子系統於該第一傳輸環以及該第二傳輸環的一光傳遞方向相反。
如請求項15所述的網路系統控制方法，其中該些光塞取子系統於該第一傳輸環以及該第二傳輸環的一光傳遞方向相同。
如請求項15所述的網路系統控制方法，包含：動態調整該些群組的數量。
如請求項15所述的網路系統控制方法，包含：動態調整該些群組任一者所包含的該些光塞取子系統的數量。
如請求項15所述的網路系統控制方法，其中一軟體定義網路控制器用以控制該些置頂交換器與該些光塞取子系統中的該第一傳輸模組及該第二傳輸模組以進行資料傳輸。