光网络的逻辑拓扑重构方法、重构控制器及光网络系统

摘要

本发明实施例提出了一种光网络的逻辑光路重构方法，该光网络包括第一网络、第二网络、第三网络和重构控制器，该第一网络包括多个第一子网，该第二网络为基于光波长交换的光互连网络，包括多个第二子网，该第三网络为基于空间交换的光互连网络，该重构控制器根据该光网络的目标逻辑拓扑结构和该光网络的目标资源配置确定该第三网络的目标逻辑光路连接关系，并将该第三网络的光路配置信息发送给该第三网络的光路控制装置；该重构控制器根据该光网络的目标逻辑拓扑结构和该光网络的目标资源配置确定该第二网络的目标逻辑光路连接关系，并确定该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息，并发送给对应的第一子网。

说明书

本申请要求于2016年11月10日提交中国专利局、申请号为201610988995.6、发明名称为“光网络的逻辑拓扑重构方法、重构控制器及光网络系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明实施例涉及计算机网络领域，并且更具体地，涉及光网络的逻辑拓扑重构方法、重构控制器及光网络系统。

背景技术

互联网和云计算的迅猛发展，使得数据存储和交互呈现指数型增长。这给数据中心的互连网络设计带来严峻挑战，尤其是应用的多样性使得如何高效地利用数据中心资源成为一大难题。

数据中心同时承载着海量数据处理、网络视频、游戏、智能硬件、生物计算等多种应用，不同应用之间的通信模式差异很大，通常需要根据应用的通信特征采用不同的拓扑结构才能够保证高效的运行效率。而现有数据中心固定单一的互连网络结构很难高效地满足多种通信特征的需求。

发明内容

本发明实施例提供一种光网络的逻辑拓扑重构方法、重构控制器及光网络系统，能够不需要改变物理布线可完成逻辑拓扑重构以匹配应用的通信特征，实现系统资源利用率和功耗的改进。

第一方面，提出了一种光网络的逻辑拓扑重构方法，应用于光网络中，该光网络包括第一网络、第二网络、第三网络和重构控制器，该第一网络包括多个第一子网，该第二网络为基于光波长交换的光互连网络，包括多个第二子网，该第三网络为基于空间交换的光互连网络，其中，该第三网络基于空间交换建立该第二网络中该第二子网之间的光路连接；该第二网络基于光波长交换建立该第一网络中该第一子网的光路连接，每个该第一子网的上行光端口接入到一个该第二子网的一个下行光端口，两个该第一子网根据接入的该第二子网的下行光端口配置指定光信号波长以建立光路连接，其中，该两个该第一子网属于同一个该第二子网，或者分别属于建立光路连接的两个不同的该第二子网；该第一网络中的每个该第一子网还用于实现该第一子网内不同电域单元的电信号连接，每个该第一子网中的下行端口连接到电域单元；该重构控制器与该第三网络的光路控制装置通信连接，该光路控制装置用于对该第三网络的逻辑光路进行重构配置，且该重构控制器与每个该第一子网通信连接；该方法包括：该重构控制器根据该光网络的目标逻辑拓扑结构和该光网络的目标资源配置确定该第三网络的目标逻辑光路连接关系，根据该第三网络的目标逻辑光路连接关系确定该第三网络的光路配置信息并发送给该第三网络的光路控制装置，其中，该光路配置信息用于指示该光路控制装置对该第三网络的逻辑光路连接进行重构配置，以形成该第三网络的目标逻辑光路连接关系；该重构控制器根据该光网络的目标逻辑拓扑结构和该光网络的目标资源配置确定该第二网络的目标逻辑光路连接关系，根据该第二网络的目标逻辑光路连接关系确定该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息并发送给对应的第一子网，该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息用于配置该第一网络中每个对应的该第一子网的光信号波长，以形成该第二网络的目标逻辑光路连接关系。

可选地，每个第二子网通过相同数目的上行光端口分别连接到该第三网络的下行光端口。

本发明实施例中，重构控制器通过根据光网络的目标逻辑拓扑结构和目标资源配置动态确定并配置第三网络和第二网络的光路连接，从而能够不需要改变物理布线可完成逻辑拓扑重构以匹配应用的通信特征，实现系统资源利用率和功耗的改进。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，具体实现为：每个该第二子网包括光波长交换器，任一个该光波长交换器的一个上行光端口最多只连接该第三网络的一个下行光端口，该第三网络的一个下行光端口最多只连接一个该光波长交换器的一个上行光端口，该光波长交换器的每个下行光端口最多连接一个该第一子网的上行光端口。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，具体实现为：该第二网络中任意两个第二子网之间最多只配置一条通过该第三网络的光链路，且该第三网络的光路配置信息中，进行光路连接的两个该第二子网的光波长交换器配置相同的上行光端口号。

本发明实施例中，通过规定第二网络中任意两个第二子网之间最多只配置一条通过该第三网络的光链路，且用于上述光连接的两个第二子网的上行光端口号相同，基于上述连接方式，光网络中的第二网络和第三网络不需要任何波长交换器件和光电转换器件就可以完成拓扑重构，而且通过贪婪算法总可以找到符合条件的逻辑光路连接关系。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，具体实现为：该第三网络为r₁D-Torus结构的网络，该r₁D-Torus结构的网络中每个维度有>1个第二网络，该第三网络共有n₁^r1个第二网络，每个该第二网络为r₂D-Torus结构的网络，该r₁D-Torus结构的网络中每个维度有n₂个第一网络，每个该第二网络共有n₂^r2个第一子网，该光路配置信息用以下公式表示：

其中，k的取值为满足且k为奇数的所有值，d的取值为满足1≤d≤r₁，且d为正整数的所有值，f(d)为与d相关的函数，取值为整数，N为连接到每个该第二子网的第一子网个数，满足N＝n₂^r2，LM[i][j]＝x表示第i个第二子网的第x个光端口和第>

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，具体实现为：函数f(d)表示为f(d)＝n₁^(d-1)。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，具体实现为：该第三网络为1层HyperX结构的网络，该1层HyperX结构的网络中每个维度有s₁个第二网络，该第三网络共有s₁个第二网络，每个该第二网络为2层HyperX结构的网络，该2层HyperX结构的网络中每个维度有s_2×s₃个第一网络，每个该第二网络共有>2×s₃个第一子网，该光路配置信息用以下公式表示：

LM[i][j]＝maxval(i,j)，其中

LM[i][j]＝x表示第i个第二子网的第maxval(i,j)个光端口和第j个第二子网的第 maxval(i,j)个光端口通过光空间交换器连接，maxval(i,j)表示prob_i,j(val)取值最大时的>1-1的正整数，prob_i,j(val)表示光端口val可以完成的待构建光路数量与所有待构建光路数量的比值，i，j取值包括1到s₁的所有正整数，>2×s₃。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，根据该第二网络的目标逻辑光路连接关系确定该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息具体实现为：根据该第二网络的目标逻辑光路连接关系和该第二网络中每个第二子网对应的光波长交换器的光波长交换规则，确定该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息；其中，该第二网络中每个第二子网对应的光波长交换器采用相同的光波长交换规则。

结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，根据该第二网络的目标逻辑光路连接关系和该第二网络中每个第二子网对应的光波长交换器的光波长交换规则，确定该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息具体实现为：

如果第一子网N_1,1和第一子网N_1,2逻辑光路连接关系为建立连接，且第一子网N_1,1和第一子网N_1,2分别接入到第二网络中的光波长交换器的光端口x和光端口y，则分别配置第一子网N_1,1和第一子网N_1,2的其中一路光波长为λ_[x+y]％p，以建立第一子网N_1,1和第一子网N_1,2之间的逻辑光路连接；或者

如果第一子网N_1,3和第一子网N_1,4逻辑光路连接关系为建立连接，且第一子网N_1,3接入到第二网络N_2,1中的光波长交换器的光端口x，第一子网N_1,4接入到第二网络N_2,2中的光波长交换器的光端口x，且第二网络N_2,1和第二网络N_2,2通过配置相同的光端口z建立第二网络N_2,1和第二网络N_2,2在第三网络的逻辑光路连接，则分别配置第一子网N_1,3和第一子网N_1,4的其中一路光波长为λ_[x+y]％p，以建立第一子网N_1,3和第一子网N_1,4之间的逻辑光路连接；或者

如果第一子网N_1,5和第一子网N_1,6逻辑光路连接关系为建立连接，且第一子网N_1,5接入到第二网络N_2,3中的光波长交换器的光端口x，第一子网N_1,6接入到第二网络N_2,3中的光波长交换器的光端口y，且第二网络N_2,3和第二网络N_2,4通过配置相同的光端口z建立第二网络N_2,3和第二网络N_2,4在第三网络的逻辑光路连接，且第一子网N_1,7接入到第二网络N_2,3中的光波长交换器的光端口y，则配置第一子网N_1,5的其中一路光波长为λ_[x+y]％p，配置第一子网N_1,7的其中一路光波长为λ_[x+y]％p，以建立第一子网N_1,5和第一子网N_1,7之间的逻辑光路连接，并配置第一子网N_1,7的其中另一路光波长为λ_[x+y]％p，配置第一子网N_1,6的其中一路光波长为λ_[x+y]％p，以建立第一子网N_1,7和第一子网N_1,6之间的逻辑光路连接，从而建立第一子网N_1,5和第一子网N_1,6之间的逻辑光路连接；

其中，p为光波长交换器的端口个数，％表示取模，光端口x、y为第二子网的光波长交换器的所有光端口中用于建立第二子网内逻辑光路连接的光端口，光端口z为第二子网的光波长交换器的所有光端口中用于与其它第二子网建立逻辑光路连接的光端口。

结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，具体实现为：该第三网络为r₁D-Torus结构的网络，该r₁D-Torus结构的网络中每个维度有>1个第二网络，该第三网络共有n₁^r1个第二网络，每个该第二网络为r₂D-Torus结构的网络，该r₁D-Torus结构的网络中每个维度有n₂个第一网络，每个该第二网络共有n₂^r2个第一子网，该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息用以下公式表示：

如果((i-1)％n₂^(j+1)/2<n₂^(j-1)/2)&&(j％2＝＝1)&&(j≤2r₂)，则

否则，如果((i-1)％n₂^(j+1)/2≥(n₂-1)n₂^(j-1)/2)&&(j％2＝＝0)&&(j≤2r₂)，则

否则，如果(j≤2r₂)，则

否则，如果(2r₂<j≤2r₁+2r₂)，则

其中，λ_i^jb表示第i个第一子网接入第j个光端口的波长，P表示第二子网对应的光波长交换机的光端口个数，％表示取模运算，i、j分别满足条件1≤i≤n₂^r2,1≤j≤2r₁+2r₂，N为连接到每个该第二子网的第一子网个数，满足N＝n₂^r2。

结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，具体实现为：该第三网络为1层HyperX结构的网络，该1层HyperX结构的网络中每个维度有s₁个第二网络，该第三网络共有s₁个第二网络，每个该第二网络为2层HyperX结构的网络，该2层HyperX结构的网络中每个维度有s_2×s₃个第一网络，每个该第二网络共有>2×s₃个第一子网，该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息用以下公式表示：

如果(1≤j≤(i-1)％s₃)，则

否则，如果((i-1)％s₃<j≤s₃-1)，则

否则，如果(s₃≤j≤s₂+s₃-2)&&(j-s₃<(i-1)/s₃)，则

否则，如果(s₃≤j≤s₂+s₃-2)&&(j-s₃≥(i-1)/s₃)，则

否则，如果(s₂+s₃-1≤j≤s₁+s₂+s₃-3)，则

其中，表示第i个第一子网接入第j个光端口的波长，P表示第二子网对应的光波长交换机的光端口个数，％表示取模运算，i满足1≤i≤s₂×s₃,1≤j≤s₁+s₂+s₃-3，N>2×s₃。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第十种可能的实现方式中，该方法还包括：该重构控制器根据该光网络的通信特征确定该光网络的目标逻辑拓扑结构；该重构控制器根据该光网络的通信特征和该光网络的目标逻辑拓扑结构确定该光网络的目标资源配置。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第十一种可能的实现方式中，具体实现为：该光网络的目标资源配置包括光链路资源和光端口资源的使用方式配置。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第十二种可能的实现方式中，具体实现为：该第一子网包括复合功能单元和多个波长可调收发器，该复合功能单元用于该多个波长可调收发器的多路不同波长的光信号通过波分复用聚合成一路光信号发送到该第一子网所连接的该第二子网的下行光端口，或者将该第一子网所连接的该第二子网的下行光端口的一路具有多种波长的光信号解复用成多路不同波长的光信号，并分别发送到该多个波长可调收发器中具有相同波长的波长可调收发器上。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第十三种可能的实现方式中，具体实现为：该电域单元包括中央处理器CPU、计算节点、机柜Rack、电域交换机。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第十四种可能的实现方式中，具体实现为：该第三网络包括一个光空间交换器，或者该第三网络包括级联的多个光空间交换器。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第十五种可能的实现方式中，该方法还包括：该重构控制器确定负载流量大于预定阈值的第一节点和第二节点；该重构控制器从该光网络未配置的资源中建立该第一节点和该第二节点之间的快速链路；其中，该第一节点和该第二节点都为该第一子网，或者该第一节点和该第二节点都为该第二子网。

本发明实施例中，通过在热点通信之间建立快速链路，可以缓解网络拥塞。

第二方面，提出了一种重构控制器，用于执行第一方面或第一方面的任一方面的可能实现方式中的方法。

具体地，该装置可以包括用于执行第一方面或第一方面的任一可能的实现方式中的方法的单元。

第三方面，提供了另一种重构控制器，包括处理器，该处理器用于执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法。

第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法的指令。

第五方面，提出了一种光网络系统，包括第一网络、第二网络、第三网络和重构控制器，该第一网络包括多个第一子网，该第二网络为基于光波长交换的光互连网络，包括多个第二子网，该第三网络为基于空间交换的光互连网络，其中，该第三网络基于空间交换建立该第二网络中该第二子网之间的光路连接，每个该第二子网通过相同数目的上行光端口分别连接到该第三网络的下行光端口；该第二网络基于光波长交换建立该第一网络中该第一子网的光路连接，每个该第一子网的上行光端口接入到一个该第二子网的一个下行光端口，两个该第一子网根据接入的该第二子网的下行光端口配置指定光信号波长以建立光路连接，其中，该两个该第一子网属于同一个该第二子网，或者分别属于建立光路连接的两个不同的该第二子网；该第一网络中的每个该第一子网还用于实现该第一子网内不同电域单元的电信号连接，每个该第一子网中的下行端口连接到电域单元；该重构控制器与该第三网络的光路控制装置通信连接，该光路控制装置用于对该第三网络的逻辑光路进行重构配置，且该重构控制器与每个该第一子网通信连接；该重构控制器为第二方面或第三方面的重构控制器。

基于以上方案，本发明实施例的光网络的逻辑拓扑重构方法、重构控制器及光网络系统，该光网络包括基于空间交换的光互连网络的第三网络、基于光波长交换的光互连网络的第二网络和连接到电域单元的第三网络，重构控制器通过根据光网络的目标逻辑拓扑结构和目标资源配置动态确定并配置第三网络和第二网络的光路连接，从而能够不需要改变物理布线可完成逻辑拓扑重构以匹配应用的通信特征，实现系统资源利用率和功耗的改进。

附图说明

图1是本发明实施例光网络的逻辑拓扑重构方法流程图。

图2是本发明实施例的光网络的交互流程示意图。

图3是L1子网的一种结构示意图。

图4是本发明实施例的光网络的逻辑拓扑的一例的示意图。

图5是本发明实施例的光网络的逻辑拓扑的另一例的示意图。

图6是本发明实施例接入同一第二子网的两个第一子网的逻辑光路连接配置的示意图。

图7是本发明实施例接入不同第二子网且光端口编号相同的两个第一子网的逻辑光路连接配置的示意图。

图8是本发明实施例接入不同第二子网且接入光端口编号不同的两个第一子网的逻辑光路连接配置的示意图。

图9是本发明实施例构建Torus网络拓扑的流程示意图。

图10是本发明实施例构建HyperX网络拓扑的流程示意图。

图11是本发明实施例重构控制器的结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明实施例光网络的拓扑重构方法流程图，应用于一个光网络，该光网络从下至上包括第一层网络(Layer1，也称第一网络)、第二层网络(Layer2，也第二网络)、第三层网络(Layer3，也称第三网络)以及重构控制器。其中，第一层网络与第二层网络相连，第二层网络与第三层网络相连，重构控制器与第一、三层相连。需要说明提，本实施例中的各层网络是对一些设备的抽象、概括，并不表示具体的一个设备。具体实现时，每层都包括一些设备，如果有两层网络相连时，即表示这两层的设备进行相连。自下而上的第一层网络、第二层网络以及第三层网络表示在数据交换层面，第一层网络与第二层网络进行连接，第二层网络与第三层网络进行连接。

下面，对本发明实施例的光网络的连接结构进行示例性说明。

参见图2，为一个光网络的示意图，其中，第一层网络(Layer1)也可以称为光电转换层，在图中用符号L1表示。第一层网络包括多个光电转换设备，各个光电转换设备可认为是第一层网络的子网，以下简称“第一子网”，参见图3，每个光电转换设备(第一子网)包括复用/解复用单元以及一个或多个(通常为多个)光波长可调谐收发器(下文简称收发器)。在本发明实施例中，该第一层网络用于将电信号转化为具有特定波长的光信号，具体地，光电转换设备可以从例如，路由器或交换器接收电信号，并根据重构控制器要求将电信号转换为光信号。

其中，收发器用于完成光电转换，即将光信号转成电信号或者将电信号转成光信号。每个收发器一端连接电域单元的设备，通常可以先连接路由器或者交换机，然后再通过路由器或者交换机连接其他的电域设备(如各种用于计算的设备)。收发器的另一端通过光纤连接复用/解复用单元。该第一网络中的任意两个节点(例如，光电转换设备)之间可以经由第二网络(例如，是后述阵列波导光栅路由器)和第三网络进行通信，并且，第一网络中的节点与第二网络之间可以基于光信号进行通信。

复用/解复用单元用于对光信号进行复用或者解复用，从而可以提升光的利用度。复用/解复用单元除了跟收发器相连外，也通过光纤与第二层网络中的设备进行相连。

通过收发器以及复用/解复用单元，来自电域的设备的电信号可以被转成光信号，并通过复用/解复用单元进行复用后输出给第二层网络的设备。反之，来自第二的设备的光信号可以通过解复用以及光电转换后转成电信号给输出给电域的设备。

第二层网络也可称为光波长互连层，在图2中用符号L2表示，第二层网络也可以包括一个多个子网(下文称“第二子网”)，每个第二子网可以包括一个或多个阵列波导光栅路由器(Arrayed Waveguide Grating Router，AWGR)，例如，Enablence公司生产的型号为SAWG-G-100G-32-32-C-FCA-FCA-ITC的AWGR设备。每个AWGR包括多个下行端口(如无特殊说明，下文中的端口均指光端口，可以插光纤，通过光纤进行光通信)与多个上行端口。每个下行端口与一个光电转换设备相连，具体的，与光电转换设备中的复用/解复用单元相连。每个上行端口与第三层网络设备中的下行端口通过光纤相连。每个第二子网通过相同数目的上行端口分别连接到第三网络的下行端口。

具体地数，在本发明实施例中，各第二子网可以通过一个或多个上行端口与第三网络(具体地说，是第三网络的一个或多个下行端口)进行通信。

可选地，各第二子网络的上行端口的数量相同。

并且，可选地，该下行端口的数量可以与该上行端口的数量相同。

从而，能够确保个第二子网络的带宽相同，提高系统的兼容性和可扩展性。

并且，通过使各第二子网络的上行端口的数量相同，能够简化第三网络的下行端口的设计复杂度。

需要说明的是，以上列举的各第二子网的上行端口之间的关系仅为示例而非限定，本发明并未特别限定，各第二子网的上行端口的数量也可以不同。

并且，以上列举的第二子网的上行端口与第三网络的下行端口之间的关系仅为示例而非限定，本发明并未特别限定，例如，下行端口的数量也可以大于上行端口的数量，本发明并未特别限定。

AWGR是一种用于光互连的光器件，当输入AWGR中的两个端口的光的波长为特定的波长时，这两个端口就能实现互连。

例如，举一个简单的例子，假设一个AWGR设备包括1、2、3号三个端口，那么，在1、2号端口在波长为λ₁的情况下互连，2、3号端口在波长为λ₂的情况下互连，1、3>3的情况下互连。

又例如，假设AWGR1和AWGR2分别有1、2、3号各3个下行端口和一个4号上行端口，AWGR1和AWGR2通过各自的4号端口连接到第三层网络中的设备。其中，对于各个AWGR，定义了1、2号端口通过λ₁建立光连接，1、3号端口通过λ₂建立光连接，>3建立光连接，1、4号端口通过λ₄建立光连接。假设两个第一子网A1>4，这样，A1就能通过AWGR1的1、4号端口与第三层网络中的设备相连，A3也能通过AWGR2的1、4号端口与第三层网络中的设备相连，从而建立A1>

需要说明的是，上述这种特定波长对应特定端口连接的规则通常在产品出厂时已经固定，用户通常不能对其进行改变。

第三层网络也可称为光空间交换层，在图2中用符号L3表示。第三网络也可包括一个或多个子网(下文称第三子网)，具体的，第三子网可以包括一个或多个光空间交换器(或者说，光空间交设备)，例如，可以是基于微机电系统的光交换机 (Micro-Electro-Mechanical-System-based Optical Switch，MEMS-based Optical Switch， MBOS)，或者是光交叉连接(Optical Cross-connect，OXC)等。第三层网络中的设备的下行端口与第二层网络的设备(如AWGR)的上行端口通过光纤相连。第三层网络中的设备还可以跟更高层的设备(例如，假设本实施例中的光网络构成一个数据中心，则可以是用于各个数据中心之间进行数据交换的设备)相连，这里并不详细描述。

MBOS或者OXC为用于进行光空间交互的设备，包括多个端口(用于插拔光纤进行光传输的端口)以及用于接收控制指令的接口，这些设备可以根据接收到的指令来调整哪两个端口进行互连。例如，一个MBOS包括1、2、3号端口，通过特定的指令，可以让1、2号端口进行互连，也可以让1、3号端口进行互连，也可以让2、3号端口进行互连。

并且，在本发明实施例中，在光空间交换器中可以配置有光路控制装置，光路控制装置指光空间交换器中用于光路设置的单元或组件，可以是集中式或者分布式控制，本发明实施例不限制具体的控制模块结构。

作为示例而非限定，例如，当该光控金交换设备为MBOS时，该光路控制器可以是用于控制微机电运转(例如，微机电的转动角度)的设备。

下面，对基于上述连接结构的本发明实施例的光网络的逻辑拓扑结构的确定进行说明。

在本发明实施例中，光网络的逻辑拓扑结构，是指主要基于第一子网形成的拓扑结构，即拓扑结构中包括的各个节点以第一子网为主，第二、三子网用于作为中间交接节点来对多个第一子网进行数据交换。

不失一般性，以第一子网#A需要与第一子网#B传输光信号为例，设第一子网#A与第二网络中的第二子网#C相连，第一子网#B与第二网络中的第二子网#D相连，则本发明实施例的光网络的逻辑拓扑结构能够实现：第一子网#A需要发送给第一子网#B的光信号，能够依次经由第二子网#C、第三网络、第二子网#D而到达第一子网#B。

作为示例而非限定，例如，本发明实施例的光网络的拓扑结构可以为网格(Mesh)拓扑结构，图4示出了本发明实施例的Mesh拓扑结构的一例的示意图，如图4所示，不同的第一子网可以通过第二网络连接，不同第二子网之间通过第三网络连接。例如，如图 4所示，位于同一行的三个第一子网构成一个第二子网，并且，不同的第二子网(图4中，不同行的实线所连接的第一子网所构成的网络)经由第三网络(虚线所示逻辑连线构成的网络)连接。应理解，图4所示的Mesh拓扑结构仅为示例性说明，本发明并未限定于此，例如，在本发明实施例中，第三网络也可以表示为纵向的一条逻辑连线。

再例如，本发明实施例的光网络的拓扑结构可以为HyperX拓扑结构，图5示出了该HyperX结构的一例示意图，如图5所示，不同的第一子网可以通过第二网络连接，不同第二子网之间通过第三网络连接。例如，如图5所示，构成四边形的四个顶点的四个第一子网构成一个第二子网，并且，不同的第二子网(图5中，构成四边形的边的实线所连接的第一子网所构成的网络)经由第三网络(虚线所示逻辑连线构成的网络)连接。

再例如，本发明实施例的光网络的拓扑结构可以为环形(Torus)拓扑结构，图9示出了该Torus结构的一例示意图，如图9所示，同一第二子网(即，同一Rack)内的各第一子网(例如，Node)形成为环形连接，不同第二子网(即，不同Rack)之间通过环形的第三网络连接。

应理解，以上列举的拓扑结构仅为本发明实施例的光网络的逻辑拓扑结构的示意性示例，本发明并未限定于此，能够实现上述传输路径的拓扑结构均落入本发明的保护范围内。例如，本发明实施例的光网络的拓扑结构还可以使用Torus结构时，第三网络可以构建为rD-Torus拓扑，令该第三网络为r₁D-Torus结构，具有n₁个维度，每个维度有r₁个第二子网；设第二网络为r₂D-Torus结构，具有n₂个维度，每个维度有r₂个第一子网，则第二网络内共含个第二子网，第一网络内共含个第一子网。

下面，对本发明实施例的光网络的逻辑拓扑重构方法进行详细说明。

作为示例而非限定，本发明实施例的光网络的逻辑拓扑结构可以通过重配置进行调整，并将最终调整后要形成的逻辑拓扑结构即为作为本发明实施例的光网络的逻辑拓扑结构(以下，为了便于理解和区分，记作，目标逻辑拓扑结构)，图1示出了重构器进行上述重配置的示意性流程。

首先，重构控制器可以确定当前需要使用的光网络的逻辑拓扑结构(即，目标逻辑拓扑结构)。

作为示例而非限定，在本发明实施例中，光网络的逻辑拓扑结构可以以例如，表项形式保存在重构控制器，例如，该表项中的每一行可以表示一个第二子网，每一行中的每一个元素表示第二子网连接的第一子网。例如，如图4所示，每个第二子网(图4中的处于同一行的第一节点)可以作为表项中的一行，并且，每个第二子网可以具有一个索引。以下表1示出了图4所示逻辑拓扑结构的对应的存储结构的一例。

表1

应理解，以上列举的逻辑拓扑结构的存储形式仅为示例性说明，本发明并未限定于此，其他任意形式的数据结构均可以用于存储本发明实施例的逻辑拓扑结构。

作为示例而非限定，该逻辑拓扑结构可以是网络运营商或管理员等输入至重构控制器的，例如，在本发明实施例中，在重构控制器中可以保存有多种逻辑拓扑结构，用户可以从该多种逻辑拓扑结构选择一个，作为当前希望使用的逻辑拓扑结构。

应理解，以上列举的重构控制器确定逻辑拓扑结构的方法和过程仅为示例性说明，本发明并未限定于此，例如，重构控制器还可以保存多种逻辑拓扑结构与多种使用方式(例如，使用时间，使用地点，服务对象等)之间的映射关系，从而，重构器可以基于当前希望使用的使用方式，选择所对应的逻辑拓扑结构作为当前希望使用的逻辑拓扑结构。

并且，重构控制器还可以确定光网络的资源配置。

其中，光网络的资源配置，是指光网络用于完成拓扑结构所需的(或者说，为了完成光网络的功能而所必须的)物理资源，包括第二、第三网络的端口数量，第一网络中收发器的数量等。目标资源配置即表示目标逻辑拓扑结构所需的资源配置。

作为示例而非限定，在本发明实施例中，该光网络的资源配置可以是网络运营商或管理员输入至重构控制器的，例如，在本发明实施例中，在重构控制器中可以保存有多种资源配置，用户可以从该多种资源配置选择一个，作为当前希望使用的资源配置。

应理解，以上列举的重构控制器确定资源配置的方法和过程仅为示例性说明，本发明并未限定于此，例如，重构控制器还可以保存多种资源配置与多种使用方式(例如，使用时间，使用地点，服务对象等)之间的映射关系，从而，重构器可以基于当前希望使用的使用方式，选择所对应的资源配置作为当前希望使用的资源配置。

可选地，作为一个实施例，重构控制器可根据光网络的通信特征，确定光网络的目标逻辑拓扑结构。光网络的目标逻辑拓扑结构，可包括第二网络和第三网络的目标逻辑拓扑结构。

可选地，作为一个实施例，当该光网络的目标逻辑拓扑结构配置完毕后，重构控制器还可根据光网络的通信特征和目标逻辑拓扑结构确定光网络的目标资源配置。

或者，可选地，作为另一个实施例，该光网络的目标资源配置是网络管理人员手动配置的。

可选地，该方法还包括：重构控制器确定负载流量大于预定阈值的第一节点和第二节点；重构控制器从光网络未配置的资源中建立第一节点和第二节点之间的快速链路；其中，所述第一节点和所述第二节点都为所述第一子网，或者所述第一节点和所述第二节点都为所述第二子网。

本发明实施例中，通过在热点通信之间建立快速链路，可以缓解网络拥塞。

可选地，该方法还包括：重构控制器关闭光网络中未使用的资源。本发明实施例中，通过关闭冗余资源，可以降低系统功耗。

进而，在S110，重构控制器可以根据光网络的目标逻辑拓扑结构和光网络的目标资源配置确定第三网络的目标逻辑光路连接关系。

在本发明实施例中，第三网络包括的多个用于与第二网络进行光信号通信的端口可以构成多个端口组，每个端口组包括两个端口，该第三网络的目标逻辑光路连接关系可以是指每个端口组中的两个端口之间的连接关系(或者说，每个端口组中的两个端口之间的光信号传输路径)，例如，对于第一端口组，第三网络的目标逻辑光路连接关系可以是指光为了使第一端口组中的两个端口的光路连通，与该第一端口组相对应的反射镜(用于反射在第一端口组的两个端口之间传输的光信号的镜片)所需要转动的角度等。

优选地，在根据光网络的目标逻辑拓扑结构和光网络的目标资源配置确定第三网络的目标逻辑光路连接关系时，为了在第二网络和第三网络之间不引入光电/电光转换器件或波长切换器的前提下，解决多个交换器之间级联问题，可对第三网络的光路配置信息中进行如下配置：第二网络中任意两个第二子网之间最多只配置一条通过所述第三网络的光链路，且用于上述光连接的两个第二子网的上行光端口号相同。

从而，通过第三子网连接起来的任意两个第二子网光端口号相同，其中包含同样的波长分布，按照这种方式，第二网络和第三网络不需要任何波长交换器件和光电转换器件就可以完成拓扑重构，而且通过贪婪算法总可以找到符合条件的逻辑光路连接关系。

即，在本发明实施例中，可选地，在规定的时段内，多个波长和多个端口组之间可以具有一一映射关系，该第三网络的逻辑光路连接关系可以是指该映射关系。

可选地，在本发明实施例中，第三网络可以包括多个下行端口(或者说，发送端口)，在规定的时段内，每个下行端口使用的波长可以相异。

或者说，在本发明实施例中，每个第二网络可以具有多个上行端口，该多个上行端口分别使用不同的波长，即，在任意两个第二子网之间，存在多个端口组，每个端口组包括两个分别属于该两个第二子网络的端口，且同一端口组所使用的波长相同。

其后，重构控制器可以根据所述第三网络的目标逻辑光路连接关系确定第三网络的光路配置信息并发送给第三网络的光路控制装置。

其中，该光路配置信息用于指示该光路控制装置对第三网络的逻辑光路连接进行重构配置，以形成满足上述第三网络的目标逻辑光路连接关系的光路。

当然，应理解，第三网络的光路配置信息也可不遵循上述配置，但需要引入波长交换器件对其中的光路进行转换。具体实现可参考光空间交换器和光波长交换器的工作原理，本发明实施例在此不再赘述。

在120，重构控制器根据光网络的目标逻辑拓扑结构和光网络的目标资源配置确定第二网络的目标逻辑光路连接关系。

其中，该第二网络的目标逻辑光路连接关系可以是指第二网络的各第二子网中的各上行端口与各波长之间的映射关系。

其后，重构控制器可以根据所述第二网络的目标逻辑光路连接关系确定第一网络中每个第一子网的波长配置信息并发送给对应的第一子网。

具体的说，不失一般性以第一子网#A需要向第一子网#B发送信号时的情况为例。重构控制器可以根据确定与第一子网#B相连的第二子网(即，第二子网#D)，进而，重构控制器确定第三网络中用于与该第二子网#D进行光信号传输的端口(以下，为了便于理解，记作端口#B)，并且，重构控制器可以确定该端口#B使用的波长，其中，该该端口#B使用的波长可以是第一子网#B(或第二子网#D的与第一子网#B进行通信的端口) 使用的波长(以下，为了便于理解和区分，记作：波长#B)。

并且，重构控制器可以确定第二子网#C中使用该波长#B的端口(以下，为了便于理解和区分，记作端口#A)。

从而，由于端口#A和端口#B使用相同的波长(或者说，属于同一端口组)，第三网络的光路交互器能够将该来自端口#A的光信号转发至端口#B。

从而，重构控制器可以通知第一子网#A使用波长#B生成光信号，从而，能够确保所生成的光信号能够发送至第二子网#C的端口#A，从而，该光信号能够经由第三网络的转发而被发送至第二子网#D(具体的说，端口#B)，从而，该光信号能够通过端口#B而被传输至第一子网#B。其中，第一网络中每个第一子网的波长配置信息用于配置第一网络中对应的第一子网的光信号波长，以形成第二网络的目标逻辑光路连接关系。具体地，第一子网的波长配置信息，可包括第一子网内各个波长可调收发器的波长配置。

应理解，每个子网的波长配置信息，可包括光信号波长、第一子网的编号、第一子网的波长可调收发器的编号等。例如，重构控制器将携带λ(表示波长)、N1(表示第一子网)和port1(表示波长可调收发器)的波长配置信息发送给第一子网N1，N1会将该消息传递给波长可调收发器port1，port1接收到该波长配置信息后，可将光信号的波长调整为λ。

本发明实施例中，第三网络和第二网络分别为基于空间交换的光互连网络和基于光波长交换的光互连网络，重构控制器根据光网络的目标逻辑拓扑结构和目标资源配置动态确定并配置第三网络和第二网络的逻辑光路连接，从而能够不需要改变物理布线可完成逻辑拓扑重构以匹配应用的通信特征，实现系统资源利用率和功耗的改进。

如图2所示，其光网络的一种具体交互流程如下：

Step1：重构控制器的拓扑匹配单元根据光网络的通信特征找到匹配的目标逻辑拓扑结构，并发送给重构控制器的资源配置单元和逻辑光路配置单元。当然，应理解，光网络的目标逻辑拓扑结构也可能由网络管理人员手动配置。

Step2：重构控制器的资源配置单元根据光网络的通信特征，以及该目标逻辑拓扑结构，确定光网络的目标资源配置，并发送给逻辑光路配置单元和波长配置单元。

Step3:重构控制器的逻辑光路配置单元接收目标逻辑拓扑结构和目标资源配置，并根据目标逻辑拓扑结构和目标资源配置求解L3层光网络的逻辑光路连接关系，并将用于指定L3层网络中所有空间交换器的各个端口之间的逻辑光路连接关系的光路配置信息，发送给L3层网络的光路控制装置。

Step4：L3层网络的光路控制装置收到Step3的光路配置信息后，调整MEMS-basedOptical Switch连接关系，完成L3层网络的重构。本发明实施例的光路控制装置，是指L3层网络的空间交换器件中用于光路设置的单元或组件，该光路控制装可以是集中式或者分布式控制，具体实现可参考现有技术，本发明实施例不限制具体的控制模块结构。

Step5：重构控制器的波长配置单元接收目标逻辑拓扑结构和目标资源配置，并根据目标逻辑拓扑结构和目标资源配置求解L2层光网络的逻辑光路连接关系，并将具体的波长配置信息发送给L1子网的可调谐收发模块。

Step6：L1子网的可调谐收发模块，例如波长可调谐收发器或波长可调谐激光器等，根据接收到的波长配置信息，调整自身的光波长。当然，如果某个或某些可调谐收发模块没有对应的波长配置信息，表明该可调谐收发模块没有启用，可暂时关闭以降低功耗。

为便于理解，图3给出了L1子网的一种结构示意图。如图3所示，L1子网可由 Mux/Demux、若干波长可调的TRXs和Switch/Router组成。其中Switch/Router的下行端口连接电域单元，上行端口连接波长可调TRXs和Mux/Demux，由Mux/Demux将所有光信号汇聚到1根WDM光纤并连接到L2子网的光波长交换器件，L1子网的控制信号连接到重构控制器。其中，图3中的波长可调的TRXs即为步骤Step6中的可调谐收发模块。图3中的Mux/Demux为波长复用/解复用单元，负责将多束不同波长的激光通过波分复用技术聚合到1根WDM光纤上或者将1根WDM光纤中同时传输的多种波长的光波解复用到多个单模光纤上，Mux/Demux可基于波长选择开关、光学循环器、耦合器或其它光学器件来实现。应理解，本发明实施例不对L1网络连接的电域单元进行限制，包括但不限于中央处理器(CPU)、计算节点、机柜(Rack)、电域交换机(ToR)及其它电域计算或网络节点。此外，本发明实施例也不限制Mux/Demux的具体物理结构。

至此，重构控制器完成光网络的拓扑重构。

当然，应理解，在重构控制器完成光网络的拓扑重构之后，重构控制器还可对光网络进行优化。重构控制器可根据逻辑光路连接所对应的光链路上的负载流量，确定是否进行优化。

具体地，重构控制器可确定负载流量大于预定阈值的第一节点和第二节点，然后从光网络未配置的资源中建立第一节点和所述第二节点之间的快速链路；其中，该第一节点和该第二节点都为第一子网，或者该第一节点和该第二节点都为第二子网。重构控制器可通过资源配置单元配置链路资源，并通过逻辑光路配置单元和波长配置单元，根据资源配置单元配置的链路资源建立快速链路。

其中，“建立快速链路”可以是指，在如上所述完成各第一子网之间的链路建立(或者说，光网络的逻辑拓扑结构)之后，如果当前光网络有资源剩余(例如，第三网络的端口资源或每个第二子网的波长资源)，则可以为需要通信的在逻辑拓扑结构以外的一个或多个节点建立逻辑拓扑关系(或者说，修改原逻辑拓扑关系，以将使修改后的逻辑拓扑关系涵盖该一个或多个节点)，其中，该具体过程可以与上述建立逻辑拓扑关系的过程相似，这里，为了避免赘述，省略其详细说明。

本发明实施例中，通过在热点通信之间建立快速链路，可以缓解网络拥塞。

或者，重构控制器还可关闭光网络中未使用的资源。

本发明实施例中，通过关闭未使用资源(或者说，剩余资源或冗余资源)，可以降低系统功耗。

当然应理解，图2只是示出了本发明实施例的光网络的一种具体实现场景。在具体的应用中，本发明实施例的光网络还可能存在其它的实现方式，本发明实施例并未特别限定。

可选地，作为一个实施例，每个该第二子网包括光波长交换器，任一个该光波长交换器的一个上行光端口最多只连接该第三网络的一个下行光端口，该第三网络的一个下行光端口最多只连接一个该光波长交换器的一个上行光端口，该光波长交换器的每个下行光端口最多连接一个该第一子网的上行光端口。

例如，在图2所示实施例中，L2子网可以由1个AWGR(Arrayed Waveguide GratingRouter，阵列波导光栅路由器)构成，AWGR的每个光端口连接1根WDM光纤。L2层网络的每个AWGR通过相同数目的光端口(WDM光纤)连接到L3层网络，其余每个光端口通过1根WDM光纤连接1个L1子网(当然，也可能存在空闲的光端口)。应理解，本发明实施例不对光波长交换器的种类进行限制。

进一步地，该第二网络中任意两个第二子网之间最多只配置一条通过该第三网络的光链路，且该第三网络的光路配置信息中，进行光路连接的两个该第二子网的光波长交换器配置相同的上行光端口号。

为了在第二网络和第三网络之间不引入光电/电光转换器件或波长切换器的前提下，解决多个第二子网之间级联问题，可对第三网络的光路配置信息中进行如下配置：第二网络中任意两个第二子网之间最多只配置一条通过所述第三网络的光链路，且用于上述光连接的两个第二子网的上行光端口号相同。按照这种方式，第二网络和第三网络不需要任何波长交换器件和光电转换器件就可以完成拓扑重构，而且通过贪婪算法总可以找到符合条件的逻辑光路连接关系。基于上述连接关系，可推导出第三网络的光端口号之间的连接关系矩阵。由于第三网络基于空间交换器件实现，因此，通过控制端口连接关系即可完成第三网络光路连接关系的配置。例如，多数基于MEMS的空间交换器支持通过开放流(OpenFlow)协议接口对连接关系进行配置。

下面，以上述逻辑拓扑结构为Torus结构时的情况为例，对上述方法的过程进行进一步示例性说明。

即，可选地，在本实施例的一种具体实现方式中，该第三网络为r₁D-Torus结构的网络，该r₁D-Torus结构的网络中每个维度有n₁个第二网络，该第三网络共有n₁^r1个第二网络，每个该第二网络为r₂D-Torus结构的网络，该r₁D-Torus结构的网络中每个维度有>2个第一网络，每个该第二网络共有n₂^r2个第一子网，该光路配置信息用以下公式表示：

LM[k][(k+f(d))％n₁^r1]＝LM[(k+f(d))％n₁^r1][k]＝2d－1+N；

LM[k][(k－f(d))％n₁^r1]＝LM[(k－f(d))％n₁^r1][k]＝2d+N；

其中，k的取值为满足1≤k≤n₁^r1，且k为奇数的所有值，d的取值为满足1≤d≤r₁，且d>2^r2，LM[i][j]＝x表示第i个第二子网的第x个光端口和第j个第二子网的第x个光端口通过光空间交换器连接。

应理解，本实现方式中的函数f(d)可能存在多种表达式。优选地，函数f(d)表示为f (d)＝n₁^d-1。

可选地，在本实施例的一种具体实现方式中，该第三网络为1层HyperX结构的网络，该1层HyperX结构的网络中每个维度有s₁个第二网络，该第三网络共有s₁个第二网络，每个该第二网络为2层HyperX结构的网络，该2层HyperX结构的网络中每个维度有s_2×s₃个第一网络，每个该第二网络共有s_2×s₃个第一子网，该光路配置信息用以下公式表示：

LM[i][j]＝maxval(i,j)，其中

LM[i][j]＝x表示第i个第二子网的第maxval(i,j)个光端口和第j个第二子网的第 maxval(i,j)个光端口通过光空间交换器连接，maxval(i,j)表示prob_i,j(val)取值最大时的val>1-1的正整数，prob_i,j(val)表示光端口val可以完成的待构建光路数量与所有待构建光路数量的比值，i，j取值包括1到s₁的所有正整数，N>2×s₃。

在完成第二子网之间的拓扑连接之后，还需要配置第二子网的各个第一子网的波长，从而实现整个光网络的逻辑光路连接。

应理解，每个第二子网的光波长交换器的光端口中，部分光端口用于第二子网内的逻辑光路连接，部分光端口用于该第二子网与其它第二子网的逻辑光路连接。每个第一子网上可包括多个可调谐收发模块，经复用/解复用后通过1个WDM光纤连接到第二子网的一个端口。其中，部分可调谐收发模块用于同一第二子网内两个第一子网之间的逻辑光路连接，部分用于不同子网内两个第一子网之间的逻辑光路连接。例如，在图3所示实施例中，L2TRXs可用于同一第二子网内两个第一子网之间的逻辑光路连接，L3TRXs可用于不同子网内两个第一子网之间的逻辑光路连接，等等。

在图1的步骤110中，根据所述第二网络的目标逻辑光路连接关系确定第一网络中每个第一子网的波长配置信息具体可实现为：根据该第二网络的目标逻辑光路连接关系和该第二网络中每个第二子网对应的光波长交换器的光波长交换规则，确定该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息；其中，该第二网络中每个第二子网对应的光波长交换器采用相同的光波长交换规则。

不妨假设某个第一子网N1连接到t个其它的第一子网，其中该第一子网N1待连接的第一子网中共t₁个第一子网位于同一第二子网内，t₂个第一子网位于其它第二子网内。每个第一子网含t个可调谐收发模块，通过复用/解复用后通过1个WDM光纤连接到第二子网的一个端口。t个可调谐收发模块依次命名为1～t号，其中1～t₁号可调谐收发模块用于同一第二子网内两个第一子网之间的逻辑光路连接；t₁+1～t₁+t₂号可调谐收发模块用于不同子网内两个第一子网之间的逻辑光路连接。根据待连接的两个第一子网所接入的第二子网及光端口的情况，可将两个第二子网的连接情况分为三种场景，场景1，两个第一子网属于同一个第二子网；场景2，两个第一子网分属于两个不同的第二子网，且接入的光端口编号相同；场景3，两个第一子网分属于两个不同的第二子网，且接入的光端口编号不同。

下面示出了光波长交换器采用的一种光波长交换规则，分别对应于三种不同场景下的两个第一子网之间的连接关系。

场景1：

如果第一子网N_1,1和第一子网N_1,2逻辑光路连接关系为建立连接，且第一子网N_1,1和第一子网N_1,2分别接入到第二网络中的光波长交换器的光端口x和光端口y，则分别配置第一子网N_1,1和第一子网N_1,2的其中一路光波长为λ_[x+y]％p以建立第一子网N_1,1和第一子网N_1,2之间的逻辑光路连接，其中，p为光波长交换器的端口个数，％表示取模，光端口x、y分别为第二子网的光波长交换器的所有光端口中用于建立第二子网内逻辑光路连接的光端口之一。

本发明实施例中，通过将接入光端口x上的第一子网N_1,1的其中一路光波长为:λ_[x+y]％p，并将接入光端口y上的第一子网N_1,2的其中一路光波长为λ_[x+y]％p，从而能够建立第一子网N_1,1和第一子网N_1,2之间的逻辑光路连接。

图6是本发明实施例接入同一第二子网的两个第一子网的逻辑光路连接配置的示意图。在图6中，第一子网1、第一子网2、第一子网3和第一子网4都属于同一个第二子网，待连接的第一子网2和第一子网3分别连接到第二子网的x端口和y端口，且用于建立x端口和y端口的逻辑光路连接的光波长为λ_[x+y]％p。此时，可将第一子网2的1～t₁号可调谐收发模块中一个可调谐收发模块的波长均配置为λ_[x+y]％p，可将第一子网3的1～t₁号可调谐收发模块中一个可调谐收发模块的波长均配置为λ_[x+y]％p，即可建立第一子网2>

场景2：

如果第一子网N_1,3和第一子网N_1,4逻辑光路连接关系为建立连接，且第一子网N_1,3接入到第二网络N_2,1中的光波长交换器的光端口x，第一子网N_1,4接入到第二网络N_2,2中的光波长交换器的光端口x，且第二网络N_2,1和第二网络N_2,2通过配置相同的光端口z建立第二网络N_2,1和第二网络N_2,2在第三网络的逻辑光路连接，则分别配置第一子网N_1,3和第一子网N_1,4的其中一路光波长为λ_[x+z]％p，以建立第一子网N_1,3和第一子网N_1,4之间的逻辑光路连接；其中，p为光波长交换器的端口个数，％表示取模，光端口x为第二子网的光波长交换器的所有光端口中用于建立第二子网内逻辑光路连接的光端口之一，光端口>

本发明实施例中，通过将第一子网N_1,3的其中一路光波长为λ_[x+z]％p，从而建立第二网络N_2,1的x端口和z端口之间的逻辑光路连接；将接第一子网N_1,4的其中一路光波长为λ_[x+z]％p，从而建立第二网络N_2,2的x端口和z端口之间的逻辑光路连接。由于第二网络>2,1的z端口和第二网络N_2,2的z端口已经建立逻辑光路连接，此时第一子网N_1,3即可建立与第一子网N_1,4的逻辑光路连接。

图7是本发明实施例接入不同第二子网且光端口编号相同的两个第一子网的逻辑光路连接配置的示意图。在图7中，第一子网1和第一子网2都属于第二子网1，第一子网 3和第一子网4都属于第二子网2，第二子网1和第二子网2通过光端口z建立逻辑光路连接。待连接的第一子网1和第一子网3分别连接到第二子网1和第二子网2的光端口x，且用于建立光端口x和光端口z的逻辑光路连接的光波长为λ_[x+z]％p。此时，此时，可将第一子网1的t₁+1～t号可调谐收发模块中一个可调谐收发模块的波长均配置为λ_[x+z]％p，可将第一子网3的t₁+1～t号可调谐收发模块中一个可调谐收发模块的波长均配置为λ_[x+z]％p，即可建立第一子网2和第二子网3的逻辑光路连接。

场景3：

如果第一子网N_1,5和第一子网N_1,6逻辑光路连接关系为建立连接，且第一子网N_1,5接入到第二网络N_2,3中的光波长交换器的光端口x，第一子网N_1,6接入到第二网络N_2,3中的光波长交换器的光端口y，第二网络N_2,3和第二网络N_2,4通过配置相同的光端口z建立第二网络N_2,3和第二网络N_2,4在第三网络的逻辑光路连接，第一子网N_1,7接入到第二网络>2,3中的光波长交换器的光端口x，则配置第一子网N_1,5的其中一路光波长为λ_[x+z]％p，配置第一子网N_1,7的其中一路光波长为λ_[x+z]％p，以建立第一子网N_1,5和第一子网N_1,7之间的逻辑光路连接，并配置第一子网N_1,7的其中另一路光波长为λ_[x+y]％p，配置第一子网N_1,6的其中一路光波长为λ_[x+y]％p，以建立第一子网N_1,7和第一子网N_1,6之间的逻辑光路连接，从而建立第一子网N_1,5和第一子网N_1,6之间的逻辑光路连接；其中，p为光波长交换器的端口个数，％表示取模，光端口x和光端口y分别为第二子网的光波长交换器的所有光端口中用于建立第二子网内逻辑光路连接的光端口之一，光端口z为第二子网的光波长交换器的所有光端口中用于与其它第二子网建立逻辑光路连接的光端口之一。

本发明实施例中，通过将第一子网N_1,5的其中一路光波长配置为λ_[x+z]％p，将第一子网N_1,7的其中一路光波长配置为λ_[x+z]％p，则建立第一子网N_1,5和第一子网N_1,7之间的逻辑光路连接；通过将第一子网N_1,7的其中另一路光波长配置为λ_[x+y]％p，将第一子网N_1,6的其中一路光波长配置为λ_[x+y]％p，则能够建立第一子网N_1,7和第一子网N_1,6之间的逻辑光路连接；第一子网N_1,5和第一子网N_1,7之间建立逻辑光路连接，第一子网N_1,7和第一子网N_1,6之间建立逻辑光路连接，从而能够在第一子网N_1,5和第一子网N_1,6之间建立逻辑光路连接。

图8是本发明实施例接入不同第二子网且接入光端口编号不同的两个第一子网的逻辑光路连接配置的示意图。在图8中，第一子网1和第一子网2都属于第二子网1，第一子网3和第一子网4都属于第二子网2，第二子网1和第二子网2通过光端口z建立逻辑光路连接。第一子网1和第一子网2分别连接到第二子网1的光端口x和光端口y，第一子网3和第一子网4分别连接到第二子网2的光端口x和光端口y，且用于建立光端口x 和光端口y的逻辑光路连接的光波长为λ_[x+y]％p，用于建立光端口x和光端口z的逻辑光路连接的光波长为λ_[x+z]％p，第一子网1和第一子网4为待连接的第一子网。

此时，如图8所示，首先，在步骤1中，通过将第一子网1的t₁+1～t号可调谐收发模块中一个可调谐收发模块的波长均配置为λ_[x+z]％p，可将第一子网3的t₁+1～t号可调谐收发模块中一个可调谐收发模块的波长均配置为λ_[x+z]％p，从而建立第一子网2和第二子网3的逻辑光路连接；然后，在步骤2中，将第一子网3的1～t₁号可调谐收发模块中另一个可调谐收发模块的波长均配置为λ_[x+y]％p，将第一子网4的1～t₁号可调谐收发模块中一个可调谐收发模块的波长均配置为λ_[x+y]％p，从而建立第一子网3和第二子网4的逻辑光路连接；此时，第一子网1即可通过第一子网3与第一子网4建立逻辑光路连接。当然，应理解，在图8所示的场景中，还可建立第一子网1与第一子网2的逻辑光路连接，并建立第一子网2与第一子网4与的逻辑光路连接，此时，第一子网1即可通过第一子网2与第一子网4建立逻辑光路连接。

为了更直观的对本发明的内容进行描述，本发明实施例还给出了构建Torus和HyperX逻辑拓扑时所需的具体的波长求解公式和逻辑光路构建算法。为了方便描述，本实施例中以λ_i^j表示第i个第一子网Node_i中第j个光端口TRX_j的波长，以LinkMatrix(LM)>i的P端口和Rack_j的P端口通过MEMS-based>

基于图6-8所示的3种场景中两个第一子网连接的波长配置规则，重构控制器可根据光网络的拓扑结构和逻辑光路连接关系，配置每个第一子网的波长配置信息。

可选地，作为一个实施例，该第三网络为r₁D-Torus结构的网络，该r₁D-Torus结构的网络中每个维度有n₁个第二网络，该第三网络共有n₁^r1个第二网络，每个该第二网络为r₂D-Torus结构的网络，该r₁D-Torus结构的网络中每个维度有n₂个第一网络，每个该第二网络共有n₂^r2个第一子网，该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息用以下公式表示：

如果((i-1)％n₂^(j+1)/2<n₂^(j-1)/2)&&(j％2＝＝1)&&(j≤2r₂)则

否则，如果((i-1)％n₂^(j+1)/2≥(n₂-1)n₂^(j-1)/2)&&(j％2＝＝0)&&(j≤2r₂),则

否则，如果(j≤2r₂)，则

否则，如果(2r₂<j≤2r₁+2r₂)，则

其中，λ_i^j表示第i个第一子网接入第j个光端口的波长，P表示第二子网对应的光波长交换机的光端口个数，％表示取模运算，i、j分别满足条件1≤i≤n₂^r2,1≤j≤2r₁+2r₂，N为连接到每个该第二子网的第一子网个数，满足N＝n₂^r2。

或者，可选地，作为另一个实施例，该第三网络为1层HyperX结构的网络，该1层HyperX结构的网络中每个维度有s₁个第二网络，该第三网络共有s₁个第二网络，每个该第二网络为2层HyperX结构的网络，该2层HyperX结构的网络中每个维度有s_2×s₃个第一网络，每个该第二网络共有s_2×s₃个第一子网，该第一网络中每个该第一子网的波长配置信息用以下公式表示：

如果(1≤j≤(i-1)％s₃)，则

否则，如果((i-1)％s₃<j≤s₃-1)

否则，如果(s₃≤j≤s₂+s₃-2)&&(j-s₃<(i-1)/s₃)，则

否则，如果(s₃≤j≤s₂+s₃-2)&&(j-s₃≥(i-1)/s₃)，则

否则，如果(s₂+s₃-1≤j≤s₁+s₂+s₃-3)，则

其中，λ_i^j表示第i个第一子网接入第j个光端口的波长，P表示第二子网对应的光波长交换机的光端口个数，％表示取模运算，i满足1≤i≤s₂×s₃,1≤j≤s₁+s₂+s₃-3，N为连接到每个该第二子网的第一子网个数，取值为s_2×s₃。

为便于理解本发明实施例中第三网络的光路配置信息及第一网络中第一子网的波长配置信息，下面结合图9、10进行说明。

图9是本发明实施例构建Torus逻辑拓扑的流程示意图。图9中，Pod互连基于光网络实现。如图9所示，Inter-Rack Network(即图1所示实施例的第三网络，或图2所示实施例的L3层网络)的网络拓扑结构为r₁D-Torus结构，每个维度有n₁个Rack；Intra-Rack>2D-Torus结构，每个维度有n₂个Node，r＝r₁+r₂。因此光网络Pod内共含n₁^r1个Rack，记为Rack₁～Rackn₁^r1，每个Rack内含n₂^r2个Node，记为Node₁～Noden₂^r2。

对于rD-Torus拓扑结构，一种MEMS-based Optical Switch的光路连接规则：任意两个Rack通过MEMS-based Optical Switch进行光连接时，其所用的端口必须一致，此时LM矩阵为对称矩阵。基于贪婪算法实现的LM矩阵求解方法如表2所示：

表2Torus拓扑LM矩阵求解算法

其中，k₁取值为(k+f(d))％n₁^r,k₂取值为(k-f(d))％n₁^r,k的取值为满足1≤k≤n₁^r1，且k>1，且d为正整数的所有值，f(d)为与d相关的函数，取值为整数，N为连接到每个该第二子网的第一子网个数，满足N＝n₂^r2，LM[i][j]＝x表示第i个第二子网的第x个光端口和第j个第二子网的第x个光端口通过光空间交换器连接。

对于rD-Torus拓扑结构，每个Node至少需要(2r₁₊2r₂)个TRXs，记为TRX₁～TRX_(2r1+2r2)，一种波长分配算法是：TRX₁～TRX_2r2用于Intra-Rack>2r2+1～TRX_(2r1+2r2)用于Inter-RackNetwork(即图1所示实施例的第三网络，或图2所示实施例的L3层网络)，对应的波长计算公式如表3所示：

表3Torus拓扑波长分配公式

其中，λ_i^j表示第i个第一子网接入第j个光端口的波长，P表示第二子网对应的光波长交换机的光端口个数，％表示取模运算，i、j分别满足条件1≤i≤n₂^r2,1≤j≤2r₁+2r₂，N为连接到每个该第二子网的第一子网个数，满足N＝n₂^r2。

按照上述表1和表2的伪代码所示方法可将光网络的逻辑拓扑重构为rD-Torus，例如，由1个16端口MEMS-based Optical Switch和4个8端口AWGR构成光互连结构，按照公式(1)～(4)和表2中的算法即可重构为4×4的2D-Torus，具体重构过程如图9 所示，其中r₁＝r₂＝1,n₁＝n₂＝4：

Pod可映射为4个Rack构成的1×4Tours结构，每个Rack可映射为4个Node构成的4×1Torus结构，映射过程如图9(A)所示。

Pod内4个Rack之间通过MEMS-based Optical Switch连接，光端口及连接信息见图 9(B)，对应的LM连接矩阵见图9(C)，譬如LM[1][2]＝6，则Rack₁和Rack₂通过各自的6端口连接起来。

每个Rack中AWGR的1～4号端口依此连接Node₁～Node₄，5和6号端口连接到>1，由i＝1，N＝4，P＝8，依据表2的公式(1)>1₁＝λ₅，依据表2的公式(3)得λ³₁＝λ₆，依据表2的公式(4)得λ³₁＝λ₆,λ⁴₁＝λ₇，按照这种方法即可得出所有波长设置，见图9(D)。

图10是本发明实施例构建HyperX网络拓扑的流程示意图。图10中，Pod即为光网络。如图10所示，第三网络(L3层网络)的网络拓扑结构为HyperX(L＝1)结构，每个维度有s₁个Rack；第二网络(L2层网络)的网络拓扑结构为HyperX(L＝2)结构，每个维度有s_2×s₃个Node。因此Pod内共含s₁个Rack，记为Rack₁～Racks₁，每个Rack内含s_2×s₃个Node，记为Node₁～Nodes₂s₃。

对于HyperX拓扑结构，一种MEMS-based Optical Switch的光路连接规则：任意两个 Rack通过MEMS-based Optical Switch进行光连接时，其所用的端口必须一致，此时LM矩阵为对称矩阵。对应的求解LM矩阵的算法如表4所示：

表4HyperX拓扑LM矩阵求解算法

其中，LM[i][j]＝x表示第i个第二子网的第maxval(i,j)个光端口和第j个第二子网的第 maxval(i,j)个光端口通过光空间交换器连接，maxval(i,j)表示prob_i,j(val)取值最大时的val>1-1的正整数，prob_i,j(val)表示光端口val可以完成的待构建光路数量与所有待构建光路数量的比值，i，j取值包括1到s₁的所有正整数，N>2×s₃。

对于HyperX拓扑结构，每个Node至少需要(s₁₊s₂₊s₃-3)个TRXs，记为>1～TRX_s1+s2+s3-3，一种波长分配算法是：TRX₁～TRX_s2+s3-2用于Intra-Rack>s2+s3-1～TRX>s1+s2+s3-3用于Inter-RackNetwork(即图1所示实施例的第三网络，或图2所示实施例的L3层网络)，对应的波长计算公式如表5所示：

表5HyperX拓扑波长分配公式

其中，λ_i^j表示第i个第一子网接入第j个光端口的波长，P表示第二子网对应的光波长交换机的光端口个数，％表示取模运算，i满足1≤i≤s₂×s₃,1≤j≤s₁+s₂+s₃-3，N为连接到每个该第二子网的第一子网个数，取值为s_2×s₃。

按照上述表3和表4的伪代码所示方法可将光网络重构为HyperX拓扑，以和实施例1中完全相同的物理结构为例，由1个16端口MEMS-based Optical Switch和4个8端口 AWGR构成光互连结构，按照表4的公式(5)～(9)和表3中的算法即可将Pod重构为 HyperX(L＝3)拓扑，其中s₁＝4,s₂＝s₃＝2，具体重构过程如图10所示：

Pod可映射为4个Rack构成的Hyper(L＝1)结构，每个Rack可映射为4个Node 构成的Hyper(L＝2)结构，映射过程如图10所示。

Pod内4个Rack之间通过MEMS-based Optical Switch连接，光端口及连接信息见图 10，对应的LM连接矩阵见图10，譬如LM[1][2]＝5，则Rack₁和Rack₂通过各自的5端口连接起来。

每个Rack中AWGR的1～4号端口依此连接Node₁～Node₄，5～7号端口连接到>1，由i＝1，N＝4，P＝8，依据公式(6)得λ¹₁＝λ₃，依据公式(8)得λ²₁＝λ₄，依据公式(9)得λ³₁＝λ₆,λ⁴₁＝λ₇，λ⁵₁＝λ₈，按照这种方法即可得出所有波长设置，见图10。

基于上述各实施例，本发明实施例公开了一种重构控制器，其中，重构控制器是用于对第一、三层中的设备进行控制的器件。重构控制器也是一种抽象的、概括的说法，并不代表一个真实的硬件设备。实际实现时，通常可以只包括一个硬件设备，该硬件设备主要可以包括一个通用处理器，或者一个FPGA，同时，还需要包括相应的接口与第一、三层中的设备进行连接，以对第一、三层中的设备进行控制。具体的，用于控制第一层网络中的各个光波长可调谐收发器的波长以及控制第三层网络中的MBOS或者OXC中哪两个端口之间进行互连。

在另一些实施例中，重构控制器也可以包括两个或更多个实体的硬件设备，这些硬件设备分别与一个或多个第一、三层中的设备相连以实现控制。同时，这些硬件设备之间可以相互通信，统一协作以实现对整个光网络的控制。

作为示例而非限定，该重构控制器可以包括：目标逻辑拓扑结构确定单元、资源配置确定单元、逻辑光路配置单元和波长配置单元。

其中，目标逻辑拓扑结构确定单元用于根据光网络的通信特征找到匹配的目标逻辑拓扑结构。

具体地，例如，重构控制器中可存储着通信特征和网络拓扑结构的映射关系表，拓扑匹配单元可根据当前光网络的通信特征，通过查找映射关系表查找对应的目标逻辑拓扑结构。此外，拓扑匹配单元也不排除使用查表以外的方式确定目标逻辑拓扑结构。例如，拓扑匹配单元可通过预定的计算规则确定目标逻辑拓扑结构(或确定目标逻辑拓扑结构的相关参数)，等等。

当然，拓扑匹配单元还可能基于更多的信息选择目标逻辑拓扑结构。例如，拓扑匹配单元可根据通信特征、节点数量和硬件资源等确定目标逻辑拓扑结构。此时，该映射关系表还可包括通信特征、节点数量和硬件资源等输入信息和对应的网络拓扑结构之间的映射关系，等等。

资源配置确定单元用于根据通信特征，以及拓扑匹配单元确定的目标逻辑拓扑结构 (或者是网络管理人员手动配置的目标逻辑拓扑结构)，确定光网络的目标资源配置。本发明实施例光网络的目标资源配置，可包括光链路资源及光端口资源的使用方式的配置。具体地，光链路资源及光端口资源的使用方式，可以指光链路资源及光端口资源是否被使用。

此外，本发明实施例的资源配置单元还可根据拓扑网络中各个节点(L2子网或L1子网)的负载流量确定是否建立快速链路。

如果资源配置单元判断两个节点(可以是两个L2子网或两个L1子网)之间的负载流量大于预定阈值，则所述资源配置单元还可以在两个节点之间的建立快速链路(包括光链路和光端口资源)，缓解网络拥塞。此外，资源配置单元还可关闭不使用的冗余资源，以降低系统功耗。

逻辑光路配置单元用于接收目标逻辑拓扑结构和目标资源配置，并根据目标逻辑拓扑结构和目标资源配置求解L3层光网络的逻辑光路连接关系，将用于指定L3层网络中所有空间交换器的各个端口之间的连接关系的光路配置信息，发送给L3层网络的光路控制装置。

波长配置单元用于接收目标逻辑拓扑结构和目标资源配置，并根据目标逻辑拓扑结构和目标资源配置求解L2层光网络的逻辑光路连接关系，并将具体的波长配置信息发送给L1子网的可调谐收发模块。具体地，该可调谐收发模块可包括波长可调谐收发器或波长可调谐激光器等。

当然，应理解，重构控制器也可包括拓扑手动匹配单元和/或资源手动配置单元。其中，拓扑手动匹配单元，用于网络管理人员手动配置光网络的目标逻辑拓扑结构；资源手动配置单元，用于网络管理人员手动配置光网络的目标资源配置。

图11是本发明实施例重构控制器900的结构示意图。重构控制器900可包括处理器902、通道接口901。

可选地，重构控制器900还可包括存储器903，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器903可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器902提供指令和数据。存储器903可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

通道接口901、处理器902和存储器903通过总线904系统相互连接。总线904可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

上述如本发明图1、2所示实施例揭示的重构控制器执行的方法可以应用于处理器902中，或者由处理器902实现。处理器902可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器902中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器902可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立电子管或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器903，处理器902读取存储器903 中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可选地，处理器902还可用于执行图1、图2所示实施例重构控制器执行的方法，具体实现可参考图1、图2所示实施例，本发明实施例在此不再赘述。

本发明实施例还公开了一种光网络系统，包括第一网络、第二网络、第三网络和重构控制器，该第一网络包括多个第一子网，该第二网络为基于光波长交换的光互连网络，包括多个第二子网，该第三网络为基于空间交换的光互连网络，其中，

该第三网络基于空间交换建立该第二网络中该第二子网之间的光路连接，每个该第二子网通过相同数目的上行光端口分别连接到该第三网络的下行光端口；

该第二网络基于光波长交换建立该第一网络中该第一子网的光路连接，每个该第一子网的上行光端口接入到一个该第二子网的一个下行光端口，两个该第一子网根据接入的该第二子网的下行光端口配置指定光信号波长以建立光路连接，其中，该两个该第一子网属于同一个该第二子网，或者分别属于建立光路连接的两个不同的该第二子网；

该第一网络中的每个该第一子网还用于实现该第一子网内不同电域单元的电信号连接，每个该第一子网中的下行端口连接到电域单元；

该重构控制器可以是图1、图2、图11所示实施例中的重构控制器。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。