[发明专利]基于网格型拓扑结构的数据中心光互连结构及通信方法

说明书

本发明公开了一种基于网格型拓扑结构的数据中心光互连结构及通信方法，该结构由两层机柜群构成，每层机柜群包含多个机柜，每个机柜内由一个规格为N×N的阵列波导光栅以及N个服务器组成；服务器与阵列波导光栅通过光纤环形器相连，两层机柜群之间通过光纤环形器和/或层间互连结构相连。本发明利用阵列波导光栅的双向互通的互连特性和路由分配特性，可增加链路数量、系统的可靠性和规模，减少数据互连时经过的阵列波导光栅的数量，从而有效避免串扰和滤波的问题。

技术领域

本发明属于数据中心内部通信研究的领域，具体涉及一种基于网格型拓扑结构的数据中心光互连结构及通信方法。

背景技术

随着新兴的互联网服务的增多，数据的存储和处理也有了新需求，数据中心在规模和数量上激增，对每部数据中心的数据交换能力提出了更高的要求。目前，在大型数据中心内，仍然多是使用电交换机来完成数据的交换，但电交换机之间采用电缆进行连接，电缆散热造成数据中心功耗很高。另外，繁杂的电缆分布也不利于系统维护和升级。

光通信技术具备高带宽、低功耗的优势，可应用在数据中心内部的互连，可以提高数据中心的网络容量并有效降低数据中心的能耗。阵列波导光栅有很好的路由特性，被广泛应用于光通信领域，目前已有研究提出基于阵列波导光栅这个器件建立数据中心光互连结构，但由于该器件本身会带来的插损、串扰以及滤波等问题，使得信号在经过多个阵列波导光栅后，不得不考虑信噪比的问题，因此需要增加各种补偿的手段，极大地增加了系统成本、限制了系统的规模。

为此，研究出一种能够尽可能降低该器件带来的影响，同时又不会降低系统规模、增大系统成本的光互连结构就具有了重要的研究价值和意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于网格型拓扑结构的数据中心光互连结构及通信方法，该结构能够有效降低数据通信的损耗，减少有源器件的应用，提高通信的效率。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：基于网格型拓扑结构的数据中心光互连结构，该结构中包括两层机柜群，每层机柜群包含N个机柜，每个机柜内设置一个规格为N×N的阵列波导光栅以及N个服务器；每台服务器上均设置至少两个可调谐光收发机，阵列波导光栅的路由特性为：波长为λ_P的光通过入射端口j进入阵列波导光栅，最终会从出射端口k’输出，其中P＝|j-k’|，|·|表示求绝对值；两层机柜群中，每个机柜内的所有服务器均分别通过光纤环形器与所在机柜内的阵列波导光栅相连，第一层机柜群和第二层机柜群通过光纤环形器和/或层间互连结构相连。

本发明中第一层机柜群和第二层机柜群组成两层网格型数据中心互连结构，每个机柜群中包含N个机柜，每个机柜中包含N台服务器和1个N×N型阵列波导光栅，因此每个阵列波导光栅都对应于一个机柜，每个机柜中的阵列波导光栅都与另一层机柜群中所有机柜中的阵列波导光栅通过光纤环形器和/或层间互连结构相连，形成网格型结构。与其他基于阵列波导光栅的数据中心互连结构相比，该结构充分利用了阵列波导光栅的双向互通的互连特性和路由分配特性，增加了链路数量、系统的可靠性和规模，减少了数据互连时经过的阵列波导光栅的数量，可以有效降低基于多个阵列波导光栅的光互连结构里带来的严重的串扰和滤波问题。

优选的，在所有的阵列波导光栅端口处(包括入射端口和出射端口)都连接一个4端口光纤环形器，使得阵列波导光栅的每一个端口都被拓展成三个环形器的端口，其中两个环形器的端口用来连接服务器的光收发端口，第三个环形器的端口通过光纤或者层间互连结构与另一层机柜群中的阵列波导光栅相连。