[发明专利]一种基于阵列波导光栅的数据中心机架内部网络结构

说明书

技术领域

本发明属于通信中的数字信息传输与多路复用通信技术领域，具体涉及一种基于阵列波导光栅的数据中心机架内部网络结构及其方法。

背景技术

近年来云计算和各种高带宽的网络服务的兴起，对数据中心的数据交换能力提出了更高的要求。在目前的数据中心中，光通信技术更多的用于机架间的交换网络，而机架内部的通信网络仍主要基于电缆。但随着大数据服务的兴起，传统的铜缆的传输速度将难以满足未来的需求。此外，机架内部使用的交换机也是数据中心功耗的重要来源。将光通信技术高带宽，低功耗的优势应用于数据中心，能够提高数据中心的网络容量，并有效降低数据中心的能耗。

发明内容

本发明针对目前数据中心机架内部仍普遍采用电交换网络的情况，为了提高数据中心机架内部服务期间的通信速率，并且降低机架内交换网络的功耗，提出了一种基于阵列波导光栅的数据中心机架内部网络结构及其方法。

数据中心机架内部的光网络结构包括服务器、N×N型的阵列波导光栅，所述的服务器包括主机、第一发送缓存、第一接收缓存、第二发送缓存、第二接收缓存、第一可调谐发射机、第一接收机、第二可调谐发射机、第二接收机、第一环形器、第二环形器、第一光接口、第二光接口，主机分别与第一发送缓存、第一接收缓存、第二发送缓存、第二接收缓存相连，主机上设有控制层接口，第一发送缓存与第一可调谐发射机相连，第一接收缓存与第一接收机相连，第二发送缓存与第二可调谐发射机相连，第二接收缓存与第二接收机相连，第一可调谐发射机、第二接收机与第一环形器相连，第二可调谐发射机、第一接收机与第二环形器相连，第一环形器与第一光接口相连，第二环形器与第二光接口相连，所述的N×N型的阵列波导光栅具有双向传输特性，其中的接口即可作为输入接口也可作为输出接口，服务器的第一光接口、第二光接口分别通过光纤与N×N型的阵列波导光栅两侧具有相同通道编号的接口相连，N×N型的阵列波导光栅上设有第一机架与外部网络接口、第二机架与外部网络接口。

所述的N×N型的阵列波导光栅连接的服务器的数量最多为N-1个。

所述的控制层接口与外部控制层相连，所述的第一机架与外部网络接口、第二机架与外部网络接口与外部网络相连。

所述数据中心机架内部的光网络结构的数据交换与网络保护方法包括如下步骤：

1）发送服务器中的主机决定目标服务器，通过控制层接口向控制层提出请求；

2）控制层查询目标服务器的工作状态并指示发送服务器选择与目标服务器中空闲的接收机相对应发射机；

3）选定的发射机调整发射波长，使待发送的数据能够经由阵列波导光栅传输至目标服务器；

4）发送服务器的主机通过发送缓存利用选定的接收机向目标服务器发送数据。

5）目标服务器利用接收机与接收缓存实现数据的接收；

 6）当服务器与阵列波导光栅间的任意一段光纤发生断路，则相连的服务器中对应的发射机与接收机可视为被占用的状态，此时另一组发射机与接收机仍可保证服务器的正常通信，实现网络的保护。

本发明的有益效果是：以具有波长路由功能的N×N型阵列波导光栅为网络的交换核心，通过在服务器中采用具有波长调谐功能的发射机来实现波分复用，实现高容量，低功耗的数据中心机架内部的多服务器间的通信网络。采用基于N×N型阵列波导光栅的光网络取代机架内部的电交换网络，将为机架内部的通信带宽提供大的提升潜力，并且降低通信过程中的能耗。由于阵列波导光栅支持双向通信，因此能够减少网络的阻塞，并实现线路保护的功能。 

可以利用阵列波导光栅的波长路由功能实现大容量的机架内部的光交换网络，从而提高传输带宽，降低网络功耗，并且利用阵列波导光栅的双向特性实现网络的保护，提高网络的可靠性，并且结构简单易于实现。

附图说明

下面结合附图、附表对本发明进一步说明。

图1为服务器内部构造示意图；

图2为数据中心机架内部网络结构示意图；

图3为机架内部通信的波长分配表；

图中:1.服务器，2.主机，3.第一发送缓存，4.第二接收缓存，5.第二发送缓存，6.第一接收缓存，7.第一可调谐发射机，8.第二接收机，9.第二可调谐发射机，10.第一接收机，11.第一环形器，12.第二环形器，13.控制层接口，14. N×N型的阵列波导光栅，15.第一机架与外部网络接口，16.第二机架与外部网络接口。

具体实施方式