说明书基于阵列波导光栅的数据中心光互连网络系统及通信方法
技术领域
本发明属于互联网技术领域，具体涉及数据中心的光互连网络系统，可用于实现数据中心服务器之间的高效通信。
背景技术
随着云计算技术的发展，数据中心需要处理海量资源，而传统的数据中心电网络架构受自身能耗高，布线复杂，传输速率有限等问题的限制，难以满足要求。由于光互连本身具有高带宽和低能耗的特性，因此光互连网络成为研究人员所关注的焦点。目前光交换机大多基于MEMS（Micro electro mechanical System），具有传输速率快，能耗低等优点，但是不可避免地带来了两大问题：第一，网络重新配置时间长，当网络完成一次数据传输需要毫秒级的延时才能重新配置光电路进行下次传输，这样大的延时是数据中心不能承受的。第二，控制电路复杂，由于改变电路连接需要对每个MEMS镜面实现精确翻转，从而需要复杂的控制电路。鉴于此，基于阵列波导光栅交换机的交换网络方案成为了研究热点。文章“DOS‑A Scalable Optical Switch for Datacenters”(In Proceedings of Architectures for Networking and Communications Systems)提出了一种基于阵列波导光栅的单交换机星形网络拓扑，但是由于该方案采用了星形的网络拓扑结构，网络规模极为受限。文章“Bufferless Optical Clos Switches for Data Centers”(In Proceedings of Optical Fiber Communication Conference and Exposition)提出利用clos网络将阵列波导光栅级联，作为核心层的交换机。但是，该方案为了获得高性能导致网络过多的冗余，链路和阵列波导光栅利用率较低，同时受限于扩展方式，网络规模的扩大，使网络的构建成本太高。因此，这些网络拓扑方案并不能满足云计算环境下对大规模数据中心的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于阵列波导光栅的大规模数据中心光互连网络系统及通信方法，在保证网络高带宽和低延时等高性能的前提下，提高设备利用率，降低网络的构建成本。
为实现上述目的，本发明基于阵列波导光栅的大规模数据中心光互连网络系统,包括P层网络结构，每层有K个簇，P≥1的整数，K≥3的整数，其特征在于：
每个簇包括：
用2个阵列波导光栅构成的两台汇聚交换机，每台汇聚交换机包括K+1对输入输出端口；
用K+1台边缘交换机和(K+1)×(K‑1)台服务器构成的K+1个机架，每台边缘交换机包括两对上行输入输出端口，一对簇间输入输出端口，K‑1对下行输入输出端口；每台服务器包括一对输入输出端口；
每个簇内的连接关系为：
第一台汇聚交换机的K+1对输入输出端口，分别与K+1个机架中的K+1台边缘交换机的第一对上行输入输出端口连接，第二台汇聚交换机的K+1对输入输出端口与K+1台边缘交换机的第二对上行输入输出端口连接；每个机架均由一台边缘交换机的K‑1对下行输入输出端口与K‑1台服务器的输出输入端口对应连接构成；
K个簇之间的连接关系为：
第一个簇中的第h台边缘交换机通过一对簇间输入输出端口与第h个簇中的第一台边缘交换机相连，同理，第m个簇中的第n台边缘交换机通过一对簇间输入输出端口与第n个簇中的第m台边缘交换机相连，其中，2≤h≤K，1≤m≤K，1≤n≤K，m≠n，且h，m，n为整数；
各层之间通过K台边缘交换机的簇间输入输出端口相连。
上述光互连网络系统，其特征在于，所述各层之间通过K台边缘交换机的簇间输入输出端口相连，其连接关系为：
设定每层服务器的地址为：a，b，c，d，边缘交换机地址为a，b，c，0，汇聚交换机的地址为：a，b，0，0，其中，a代表层号，b代表簇号，c代表机架号，d代表服务器号，1≤a≤P，1≤b≤K，1≤c≤K+1，1≤d≤K‑1，且a，b，c，d为整数；
每一层中地址为v，w，K+1,0的边缘交换机与下一层中地址为v+1,w，w，0的边缘交换机通过簇间输入输出端口连接，形成网络空间立体结构，其中，1≤v≤P‑1,1≤w≤K,且v，w为整数。
上述的光互连网络系统，其特征在于，边缘交换机，包括：一个阵列波导光栅、一个控制器、K‑1个光标签提取器、K‑1个光延时线、K‑1个波长转换器、K‑1个2:1的波长复用器、K‑1个滤波器和三个共享缓存模块，K为一层中簇的数目，且K≥3的整数；
所述阵列波导光栅，设有K+1对输入输出端口，其中：
前K‑1个输入端口连接方式相同，每一个输入端口依次与一个2:1的波长复用器、一个波长转换器、一个光延时线和一个光标签提取器连接，构成边缘交换机的K‑1个输入端口；
前K‑1个输出端口连接方式相同，每一个输出端口连接一个滤波器，构成边缘交换机的K‑1个输出端口；
第K个输入端口与第一共享缓存模块1连接，该第一共享缓存模块1设有两个输入端口，K个输出端口和一对控制端口；两个输入端口构成边缘交换机的两个上行输入端口，前K‑1个输出端口分别与K‑1个波长复用器相连，第K个输出端口与阵列波导光栅第K个输入端口相连，一对控制端口与所述的控制器相连；
第K个输出端口与第二共享缓存模块2连接,该第二共享缓存模块2设有K个输入端口，两个输出端口和一对控制端口；两个输出端口构成边缘交换机的两个上行输出端口，前K‑1个输入端口分别与K‑1个滤波器相连，第K个输入端口与阵列波导光栅第K个输出端口相连，一对控制端口与控制器相连；
第K+1个输入端口与第三共享缓存模块3相连，该第三共享缓存模块3设有一对输入输出端口和一对控制端口；输入端口构成边缘交换机的一个簇间输入端口，输出端口与阵列波导光栅第K+1个输入端口相连，一对控制端口与控制器相连；
第K+1个输出端口构成边缘交换机的一个簇间输出端口；
所述控制器，设有K+2对输入输出端口，其中，前K‑1个输入端口分别与所述的K‑1个光标签提取器相连，前K‑1个输出端口分别与所述的K‑1个波长转换器相连，后三对输入输出端口分别与所述的第一共享缓存模块1，第二共享缓存模块2和第三共享缓存模块3相连。
上述的光互连网络系统，其中所述的第一共享缓存模块1包括：两个1:(K+1)的波长解复用器，2×(K+1)个光电转换器，一个存储器，2K‑1个电光转换器，一个K:1的波长复用器，一个共享缓存控制器，K为一层中簇的数目，且K≥3的整数；
所述存储器，设有2×(K+1)个输入端口，2K‑1个输出端口和u个控制端口，u>0的整数，其中：
前K+1个输入端口通过K+1个光电转换器，与第一个波长解复用器相连；
后K+1个输入端口通过2×(K+1)‑(K+1)个光电转换器，与第二个波长解复用器相连；
前K‑1个输出端口与K‑1个电光转换器相连；
后K个输出端口，通过K个电光转换器与一个波长复用器相连；
u个控制端口与共享缓存控制器的对应端口相连。
上述光互连网络系统，其中所述的第二共享缓存模块2，包括：一个1:K的波长解复用器、2K‑1个光电转换器、一个存储器、2×(K+1)个电光转换器、两个(K+1):1的波长复用器和一个共享缓存控制器，K为一层中簇的数目，且K≥3的整数；
所述存储器，设有2K‑1个输入端口，2×(K+1)个输出端口和u个控制端口，u为大于0的整数，其中：
前K‑1个输入端口与K‑1个光电转换器相连；
后K个输入端口通过K个光电转换器，与一个波长解复用器相连；
前K+1个输出端口，通过K+1个电光转换器与第一个波长复用器相连；
后K+1个输出端口，通过2×(K+1)‑(K+1)个电光转换器与第二个波长复用器相连；
u个控制端口与共享缓存控制器的对应端口相连。
上述光互连网络系统，其中所述的第三共享缓存模块3包括：一个1:K的波长解复用器，K个光电转换器，一个存储器，K个电光转换器，一个K:1的波长复用器，一个共享缓存控制器，K为一层中簇的数目，且K≥3的整数；
所述存储器，设有K个输入端口，K个输出端口和u个控制端口，u>0的整数，其中：
K个输入端口通过K个光电转换器与一个波长解复用器相连；
K个输出端口通过K个电光转换器与一个波长复用器相连；
u个控制端口与共享缓存控制器的对应端口相连。
为实现上述目的本发明基于阵列波导光栅的大规模数据中心光互连网络的通信方法，包括如下步骤：
(1)定义服务器地址为：a，b，c，d，边缘交换机地址为a，b，c，0；汇聚交换机的地址为：a，b，0，0，其中，a代表层号，b代表簇号，c代表机架号，d代表服务器号，1≤a≤P，1≤b≤K，1≤c≤K+1，1≤d≤K‑1，且a，b，c，d为整数，K为一层中簇的数目，且K≥3的整数；
(2)在每一层中用地址为v，w，K+1,0的边缘交换机作为向下转发交换机，用地址为v+1,w，w，0的边缘交换机作为向上转发交换机，其中，1≤v≤P‑1,1≤w≤K,且v，w为整数；
(3)源服务器产生光数据信息，并且将源地址和目的地址信息以光标签的形式与光数据信息一起发送至边缘交换机，光标签即调制在不同波长上的短信息；
(4)边缘交换机提取光标签进行光电转换，获得光数据信息的源地址和目的地址信息，计算光数据信息经过边缘交换机的传输波长：
Nw＝(K+1+(D‑S))mod(K+1)
式中，Nw为光数据信息的传输波长，D为光数据信息的目的端口，S为光数据信息的源端口；
(5)根据目的服务器的位置和波长Nw，分别发送光数据信息：如果目的服务器在本机架内部，将光数据信息调制为波长Nw，发送到目的服务器，通信完成；如果目的服务器不在本机架内部，将光数据信息调制为波长Nw，发送到上行输出端口，进行光电转换；
(6)边缘交换机查询目的服务器所在的层号，如果目的服务器在本层，执行步骤(9)；如果目的服务器在该边缘交换机的上层，则将该边缘交换机簇内的向上转发交换机作为层间转发交换机，如果目的服务器在该边缘交换机的下层，则将该边缘交换机簇内的向下转发交换机作为层间转发交换机；将电数据信息分别存储到边缘交换机第二共享缓存模块2中与层间转发交换机相对应的两个队列中；
(7)根据队列的编号将电数据信息调制到相应的波长上，通过两个汇聚交换机，到达层间转发交换机的上行输入端口，光电转换后，将电数据信息分别存储在层间转发交换机第一共享缓存模块1与簇间输出端口相对应的K个队列中；
(8)根据队列的不同编号，将电数据信息电光转换，以不同的波长，同时到达簇间输出端口，再到达目的层相应边缘交换机的簇间输入端口，光电转换后，将电数据信息分别存储到边缘交换机第三共享缓存模块3的K个队列中，再经过电光转换，分别以不同的波长到达边缘交换机的前K个输出端口，其中前K‑1个输出端口利用滤波器过滤波长的功能，使光数据信息最终到达第K个输出端口,进行光电转换；
(9)判断目的服务器是否在本簇内，如果目的服务器在本簇内，执行步骤（12）；如果不在本簇内，找到该簇内机架号等于目的簇号的边缘交换机作为簇间转发交换机，将电数据信息分别存储到第二共享缓存模块2中与簇间转发交换机相对应的两个队列中去；
(10)将电数据信息电光转换，通过两个汇聚交换机到达簇间转发交换机的上行输入端口处，将光数据信息光电转换，分别存储到簇间转发交换机第一共享缓存模块1与簇间输出端口相对应的K个队列中，经过电光转换，以不同的波长，同时到达簇间输出端口，再到达目的簇相应边缘交换机的簇间输入端口处，对光数据信息进行光电转换；
(11)将电数据信息分别存储到边缘交换机第三共享缓存模块3的K个队列中，经过电光转换，分别以不同的波长到达边缘交换机的前K个输出端口，其中前K‑1个输出端口利用滤波器将所需波长的数据信息传输到第K个输出端口，进行光电转换；
(12)将电数据信息分别存储在对应目的边缘交换机的两个队列中，电光转换后，通过两个汇聚交换机到达目的边缘交换机的上行输入端口，经过光电转换，将电数据信息根据目的服务器的编号存储到相应的队列中；
(13)对不同队列的电数据信息进行电光转换，分别发送到目的服务器，通信完成。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明提出了一种基于阵列波导光栅的大规模数据中心光互连网络系统，解决了基于MEMS光交换机的网络系统重新配置光路延时过长的问题，实现了低延时的数据中心光网络；
2.本发明充分利用了阵列波导光栅的波分复用特点，在保证网络高带宽的前提下，减少了网络中阵列波导光栅的数目，降低了网络的构建成本，并且降低了布线的复杂度；
3.本发明将网络中的流量合理地分散到不同的边缘交换机，克服了目前数据中心网络流量在高层汇聚的缺点，有效地实现了流量均衡；
4.本发明由于采用了分布式地控制策略，克服了现有数据中心光网络集中控制带来的高基数光交换机扩展困难的问题，保证网络具有良好的扩展性。
附图说明
图1是本发明基于阵列波导光栅的数据中心光互连网络系统示意图；
图2是本发明基于阵列波导光栅的数据中心光互连网络系统单层结构示意图；
图3是本发明边缘交换机的结构示意图；
图4是本发明边缘交换机的三个共享缓存模块结构示意图；
图5是本发明基于阵列波导光栅的数据中心光互连网络通信方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
参照图1，本发明基于阵列波导光栅的数据中心光互连网络系统，包括P层网络结构，P≥1的整数，本实例P取3，每层有K个簇，K≥3的整数，本实例Ｋ取3，如图2所示；
参照图2，每一层包括3个簇，每个簇包括：两台汇聚交换机，4台边缘交换机和8台服务器；
每台边缘交换机,包括两对上行输入输出端口，一对簇间输入输出端口，两对下行输入输出端口;每台服务器包括一对输入输出端口，每台汇聚交换机均由一个阵列波导光栅构成，其包括4对输入输出端口；
每个簇内的连接关系是：每一台边缘交换机的两对下行输入输出端口与两台服务器的输出输入端口对应连接，构成4个机架；第一台汇聚交换机的4对输入输出端口，分别与4个机架中的4台边缘交换机的第一对上行输入输出端口连接，第二台汇聚交换机的4对输入输出端口分别与4台边缘交换机的第二对上行输入输出端口连接；
各簇间的连接关系是：第一个簇中的第二台边缘交换机和第三台边缘交换机分别与第二个簇和第三个簇中的第一台边缘交换机通过一对簇间输入输出端口相连，第二个簇中的第三台边缘交换机与第三个簇中的第二台边缘交换机通过一对簇间输入输出端口相连；
P层网络的层间结构关系是：设定每层服务器的地址为：a，b，c，d，边缘交换机地址为a，b，c，0，汇聚交换机的地址为：a，b，0，0，其中，a代表层号，b代表簇号，c代表机架号，d代表服务器号，1≤a≤P，1≤b≤K，1≤c≤K+1，1≤d≤K‑1，且a，b，c，d为整数；
每一层中地址为v，w，K+1,0的边缘交换机与下一层中地址为v+1,w，w，0的边缘交换机通过簇间输入输出端口连接，形成网络空间立体结构，其中，1≤v≤P‑1,1≤w≤K,且v，w为整数；
本实例的网络结构共有三层，其中：
第一层中簇1的两台汇聚交换机的地址为（1,1,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（1,1,1,0），（1,1,2,0），（1,1,3,0），（1,1,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（1,1,1,1）,(1,1,1,2),(1,1,2,1),(1,1,2,2),(1,1,3,1),(1,1,3,2),(1,1,4,1),(1,1,4,2)；第一层中簇2的两台汇聚交换机的地址为（1,2,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（1,2,1,0），（1,2,2,0），（1,2,3,0），（1,2,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（1,2,1,1）,(1,2,1,2),(1,2,2,1),(1,2,2,2),(1,2,3,1),(1,2,3,2),(1,2,4,1),(1,2,4,2)；第一层中簇3的两台汇聚交换机的地址为（1,3,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（1,3,1,0），（1,3,2,0），（1,3,3,0），（1,3,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（1,3,1,1）,(1,3,1,2),(1,3,2,1),(1,3,2,2),(1,3,3,1),(1,3,3,2),(1,3,4,1),(1,3,4,2)；
第二层中簇1的两台汇聚交换机的地址为（2,1,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（2,1,1,0），（2,1,2,0），（2,1,3,0），（2,1,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（2,1,1,1）,(2,1,1,2),(2,1,2,1),(2,1,2,2),(2,1,3,1),(2,1,3,2),(2,1,4,1),(2,1,4,2)；第二层中簇2的两台汇聚交换机的地址为（2,2,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（2,2,1,0），（2,2,2,0），（2,2,3,0），（2,2,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（2,2,1,1）,(2,2,1,2),(2,2,2,1),(2,2,2,2),(2,2,3,1),(2,2,3,2),(2,2,4,1),(2,2,4,2)；第二层中簇3的两台汇聚交换机的地址为（2,3,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（2,3,1,0），（2,3,2,0），（2,3,3,0），（2,3,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（2,3,1,1）,(2,3,1,2),(2,3,2,1),(2,3,2,2),(2,3,3,1),(2,3,3,2),(2,3,4,1),(2,3,4,2)；
第三层中簇1的两台汇聚交换机的地址为（3,1,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（3,1,1,0），（3,1,2,0），（3,1,3,0），（3,1,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（3,1,1,1）,(3,1,1,2),(3,1,2,1),(3,1,2,2),(3,1,3,1),(3,1,3,2),(3,1,4,1),(3,1,4,2)；第三层中簇2的两台汇聚交换机的地址为（3,2,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（3,2,1,0），（3,2,2,0），（3,2,3,0），（3,2,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（3,2,1,1）,(3,2,1,2),(3,2,2,1),(3,2,2,2),(3,2,3,1),(3,2,3,2),(3,2,4,1),(3,2,4,2)；第三层中簇3的两台汇聚交换机的地址为（3,3,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（3,3,1,0），（3,3,2,0），（3,3,3,0），（3,3,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（3,3,1,1）,(3,3,1,2),(3,3,2,1),(3,3,2,2),(3,3,3,1),(3,3,3,2),(3,3,4,1),(3,3,4,2)。
组网时，将第一层中地址为（1,1,4,0），（1,2,4,0），（1,3,4,0）的边缘交换机分别与第二层中地址为（2,1,1,0），（2,2,2,0），（2,3,3,0）的边缘交换机通过其簇间输入输出端口连接；将第二层中地址为（2,1,4,0），（2,2,4,0），（2,3,4,0）的边缘交换机分别与第三层中地址为（3,1,1,0），（3,2,2,0），（3,3,3,0）的边缘交换机通过其簇间输入输出端口连接，形成网络空间立体结构。
参照图3，边缘交换机，包括：一个阵列波导光栅、一个控制器、两个光标签提取器、两个光延时线、两个波长转换器、两个2:1的波长复用器、两个滤波器和三个共享缓存模块，这些部件除了共享缓存模块外，其他都是已有器件或模块。
所述阵列波导光栅，有4对输入输出端口，其中：
前两个输入端口连接方式相同，每一个输入端口依次与一个2:1的波长复用器、一个波长转换器、一个光延时线和一个光标签提取器连接，构成边缘交换机的两个输入端口；
前两个输出端口连接方式相同，每一个输出端口连接一个滤波器，构成边缘交换机的两个输出端口；
第3个输入端口与第一共享缓存模块1连接，该第一共享缓存模块1有两个输入端口，3个输出端口和一对控制端口；两个输入端口构成边缘交换机的两个上行输入端口，前两个输出端口分别与两个波长复用器相连，第3个输出端口与阵列波导光栅的第3个输入端口相连，一对控制端口与所述的控制器相连；
第3个输出端口与第二共享缓存模块2连接,该第二共享缓存模块2有3个输入端口，两个输出端口和一对控制端口；两个输出端口构成边缘交换机的两个上行输出端口，前两个输入端口分别与两个滤波器相连，第3个输入端口与阵列波导光栅的第3个输出端口相连，一对控制端口与控制器相连；
第4个输入端口与第三共享缓存模块3相连，该第三共享缓存模块3有一对输入输出端口和一对控制端口；输入端口构成边缘交换机的一个簇间输入端口，输出端口与阵列波导光栅第4个输入端口相连，一对控制端口与控制器相连；
第4个输出端口构成边缘交换机的一个簇间输出端口。
所述控制器，有5对输入输出端口，其中，前两个输入端口分别与所述的两个光标签提取器相连，前两个输出端口分别与所述的两个波长转换器相连，后三对输入输出端口分别与所述的第一共享缓存模块1，第二共享缓存模块2和第三共享缓存模块3相连。
参照图4，为本发明的三个共享缓存模块，分别如图4（a），图4（b），图4（c）所示，其中：
图4（a）所示的第一共享缓存模块1，包括：两个1:4的波长解复用器，8个光电转换器，一个存储器，5个电光转换器，一个3:1的波长复用器，一个共享缓存控制器；其中：存储器设有8个输入端口，5个输出端口和8个控制端口；前4个输入端口通过4个光电转换器，与第一个波长解复用器相连；后4个输入端口通过4个光电转换器，与第二个波长解复用器相连；前两个输出端口与两个电光转换器相连；后3个输出端口，通过3个电光转换器与一个波长复用器相连；8个控制端口与共享缓存控制器的对应端口相连。
图4（b）所示的第二共享缓存模块2，包括：一个1:3的波长解复用器、5个光电转换器、一个存储器、8个电光转换器、两个4:1的波长复用器和一个共享缓存控制器；其中：存储器设有5个输入端口，8个输出端口和8个控制端口；前两个输入端口与两个光电转换器相连；后3个输入端口通过3个光电转换器，与一个波长解复用器相连；前4个输出端口，通过4个电光转换器与第一个波长复用器相连；后4个输出端口，通过4个电光转换器与第二个波长复用器相连；8个控制端口与共享缓存控制器对应端口相连。
图4（c）所示的第三共享缓存模块3，包括：一个1:3的波长解复用器，3个光电转换器，一个存储器，3个电光转换器，一个3:1的波长复用器，一个共享缓存控制器；其中：存储器设有3个输入端口，3个输出端口和3个控制端口；3个输入端口通过3个光电转换器与一个波长解复用器相连；3个输出端口通过3个电光转换器与一个波长复用器相连；3个控制端口与共享缓存控制器的对应端口相连。
参照图5，本发明基于阵列波导光栅的大规模数据中心光互连网络系统的通信方法，包括如下步骤：
步骤1，定义服务器地址为：a，b，c，d，边缘交换机地址为a，b，c，0；汇聚交换机的地址为：a，b，0，0，其中，a代表层号，b代表簇号，c代表机架号，d代表服务器号，1≤a≤P，1≤b≤K，1≤c≤K+1，1≤d≤K‑1，且a，b，c，d为整数，K为一层中簇的数目，且K≥3的整数；
本实例的网络结构共有三层，其中：
第一层中簇1的两台汇聚交换机的地址为（1,1,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（1,1,1,0），（1,1,2,0），（1,1,3,0），（1,1,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（1,1,1,1）,(1,1,1,2),(1,1,2,1),(1,1,2,2),(1,1,3,1),(1,1,3,2),(1,1,4,1),(1,1,4,2)；第一层中簇2的两台汇聚交换机的地址为（1,2,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（1,2,1,0），（1,2,2,0），（1,2,3,0），（1,2,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（1,2,1,1）,(1,2,1,2),(1,2,2,1),(1,2,2,2),(1,2,3,1),(1,2,3,2),(1,2,4,1),(1,2,4,2)；第一层中簇3的两台汇聚交换机的地址为（1,3,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（1,3,1,0），（1,3,2,0），（1,3,3,0），（1,3,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（1,3,1,1）,(1,3,1,2),(1,3,2,1),(1,3,2,2),(1,3,3,1),(1,3,3,2),(1,3,4,1),(1,3,4,2)；
第二层中簇1的两台汇聚交换机的地址为（2,1,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（2,1,1,0），（2,1,2,0），（2,1,3,0），（2,1,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（2,1,1,1）,(2,1,1,2),(2,1,2,1),(2,1,2,2),(2,1,3,1),(2,1,3,2),(2,1,4,1),(2,1,4,2)；第二层中簇2的两台汇聚交换机的地址为（2,2,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（2,2,1,0），（2,2,2,0），（2,2,3,0），（2,2,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（2,2,1,1）,(2,2,1,2),(2,2,2,1),(2,2,2,2),(2,2,3,1),(2,2,3,2),(2,2,4,1),(2,2,4,2)；第二层中簇3的两台汇聚交换机的地址为（2,3,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（2,3,1,0），（2,3,2,0），（2,3,3,0），（2,3,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（2,3,1,1）,(2,3,1,2),(2,3,2,1),(2,3,2,2),(2,3,3,1),(2,3,3,2),(2,3,4,1),(2,3,4,2)；
第三层中簇1的两台汇聚交换机的地址为（3,1,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（3,1,1,0），（3,1,2,0），（3,1,3,0），（3,1,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（3,1,1,1）,(3,1,1,2),(3,1,2,1),(3,1,2,2),(3,1,3,1),(3,1,3,2),(3,1,4,1),(3,1,4,2)；第三层中簇2的两台汇聚交换机的地址为（3,2,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（3,2,1,0），（3,2,2,0），（3,2,3,0），（3,2,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（3,2,1,1）,(3,2,1,2),(3,2,2,1),(3,2,2,2),(3,2,3,1),(3,2,3,2),(3,2,4,1),(3,2,4,2)；第三层中簇3的两台汇聚交换机的地址为（3,3,0,0），4台边缘交换机的地址从左到右分别为（3,3,1,0），（3,3,2,0），（3,3,3,0），（3,3,4,0），8台服务器的地址从左到右分别为（3,3,1,1）,(3,3,1,2),(3,3,2,1),(3,3,2,2),(3,3,3,1),(3,3,3,2),(3,3,4,1),(3,3,4,2)。
步骤2，在每一层中用地址为v，w，K+1,0的边缘交换机作为向下转发交换机，用地址为v+1,w，w，0的边缘交换机作为向上转发交换机，其中，1≤v≤P‑1,1≤w≤K,且v，w为整数；
在本实例中，对于网络的第一层，用地址为（1,1,4,0），（1,2,4,0），（1,3,4,0）的边缘交换机作为向下转发交换机，对第二层，用地址为（2,1,1,0），（2,2,2,0），（2,3,3,0）的边缘交换机作为向上转发交换机，用地址为（2,1,4,0），（2,2,4,0），（2,3,4,0）的边缘交换机作为向下转发交换机，对第三层，用地址为（3,1,1,0），（3,2,2,0），（3,3,3,0）的边缘交换机作为向上转发交换机。
步骤3，源服务器产生光数据信息，并且将源地址和目的地址信息以光标签的形式，与光数据信息一起发送至边缘交换机，光标签即调制在不同波长上的短信息。
步骤4，边缘交换机提取光标签进行光电转换，获得光数据信息的源地址和目的地址信息，计算光数据信息经过边缘交换机的传输波长：
Nw＝(4+(D‑S))mod4，
式中，Nw为光数据信息的传输波长，D为光数据信息的目的端口，S为光数据信息的源端口。
步骤5，根据目的服务器的位置和波长Nw，分别发送光数据信息：如果目的服务器在本机架内部，将光数据信息调制为波长Nw，发送到目的服务器，通信完成；如果目的服务器不在本机架内部，将光数据信息调制为波长Nw，发送到上行输出端口，进行光电转换。
步骤6，边缘交换机查询目的服务器所在的层号，如果目的服务器在本层，执行步骤9；如果目的服务器在该边缘交换机的上层，则将该边缘交换机簇内的向上转发交换机作为层间转发交换机，如果目的服务器在该边缘交换机的下层，则将该边缘交换机簇内的向下转发交换机作为层间转发交换机；将电数据信息分别存储到该边缘交换机第二共享缓存模块2与层间转发交换机相对应的两个队列中。
步骤7，根据队列的编号将电数据信息调制到相应的波长上，通过两个汇聚交换机，到达层间转发交换机的上行输入端口；光电转换后，将电数据信息分别存储在层间转发交换机第一共享缓存模块1与簇间输出端口相对应的3个队列中。
步骤8，根据队列的不同编号，将电数据信息电光转换，以不同的波长，同时到达簇间输出端口，再到达目的层相应边缘交换机的簇间输入端口，光电转换后，将电数据信息分别存储到边缘交换机第三共享缓存模块3的3个队列中，再经过电光转换，分别以不同的波长到达边缘交换机的前3个输出端口，其中前2个输出端口利用滤波器过滤波长的功能，使光数据信息最终到达第3个输出端口,进行光电转换。
步骤9，判断目的服务器是否在本簇内，如果目的服务器在本簇内，执行步骤12；如果不在本簇内，找到该簇内机架号等于目的簇号的边缘交换机作为簇间转发交换机，将电数据信息分别存储到第二共享缓存模块2与簇间转发交换机相对应的两个队列中。
步骤10，将电数据信息电光转换，通过两个汇聚交换机到达簇间转发交换机的上行输入端口处，将光数据信息光电转换，分别存储到簇间转发交换机的第一共享缓存模块1与簇间输出端口相对应的3个队列中，经过电光转换，以不同的波长，同时到达簇间输出端口，再到达目的簇相应边缘交换机的簇间输入端口处，对光数据信息进行光电转换。
步骤11，将电数据信息平均存储到边缘交换机第三共享缓存模块3的3个队列中，经过电光转换，分别以不同的波长到达边缘交换机的前3个输出端口，其中前2个输出端口利用滤波器将所需波长的数据信息传输到第3个输出端口，进行光电转换。
步骤12，将电数据信息存储在对应目的边缘交换机的两个队列中，电光转换后，通过两个汇聚交换机到达目的边缘交换机的上行输入端口，经过光电转换，将电数据信息根据目的服务器的编号存储到相应的队列中。
步骤13，对不同队列的电数据信息进行电光转换，分别发送到目的服务器，通信完成。