基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构及数据通信方法技术

技术编号:15541820 阅读:40 留言:0更新日期:2017-06-05 11:03
本发明专利技术公开了一种基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构及数据通信方法,结构包括服务器、机柜、底层阵列波导光栅、顶层阵列波导光栅,其中,每个机柜内设置若干个服务器和一个底层阵列波导光栅,每个服务器分别与该底层阵列波导光栅互连;顶层阵列波导光栅有若干个,每个都与该数据中心互连结构中所有的底层阵列波导光栅相连,形成高连接度的散热片拓扑结构。该结构使用无源器件实现服务器之间的光互连,可节省成本和能耗,同时可以给任意两台服务器的信息传输提供多条不相交的路径,有效减小网络阻塞率,增加通信效率。该结构,还可以增加系统的可靠性,当顶层阵列波导光栅出现故障时,信号仍然可以通过其他不相交的路径传输到目的服务器。

Data center interconnection structure and data communication method based on heat sink topological structure

The invention discloses a heat sink topology data center interconnect structure and data communication method based on structure, including server, cabinet, bottom array waveguide grating, top arrayed waveguide grating, which, each cabinet is provided with a plurality of servers and a bottom array waveguide grating, each server is respectively connected with the bottom of the array waveguide grating interconnection; top with a plurality of arrayed waveguide grating, each layer of array waveguide grating and the data center interconnect structure all connected, forming fin topology of high connectivity. The structure uses passive devices realize optical interconnection between servers, which can save cost and energy consumption, and also can give any information transmission two servers provide multiple disjoint paths, effectively reduce the network congestion rate, increase communication efficiency. The structure can also increase the reliability of the system, and when the top array waveguide grating fails, the signal can still be transmitted to the destination server via other disjoint paths.

【技术实现步骤摘要】
基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构及数据通信方法
本专利技术涉及数据中心内部通信研究领域,特别涉及一种基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构及数据通信方法,该数据中心互连结构是基于散热片拓扑结构的由多个阵列波导光栅组成的两层数据中心互连结构。
技术介绍
随着近年来新兴互联网服务对海量数据存储和处理的高需求,数据中心在规模和数量上激增,对数据中心的数据交换能力提出了更高的要求。目前,数据中心内部互连普遍采用电交换机方式,在大型数据中心中,虽然固定的拓扑结构通过一个高复杂度的布线提供了巨大的带宽,但交换机及其之间的众多长电缆也成为数据中心功耗的重要来源,同时也给系统的维护和升级带来极大的困难。光通信技术具有高带宽、低功耗的优势,可以同时提高数据中心的网络容量并有效降低数据中心的能耗。虽然已有部分光互连结构提出,但普遍存在阻塞率高、通信效率差,以及可靠性低等问题。为此,研究一种通信效率高、功耗和阻塞率低的数据中心互连结构及数据通信方法具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构,该结构可提高数据中心内部服务器之间的通信效率、降低功耗和阻塞率以及提高可靠性。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述数据中心互连结构的数据通信方法,该方法可以实现任意两台服务器的信息传输,有效减小网络阻塞率。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现:基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构,包括服务器、机柜、底层阵列波导光栅、顶层阵列波导光栅,其中,每个机柜内设置若干个服务器和一个底层阵列波导光栅,每个服务器分别与该底层阵列波导光栅互连;所述顶层阵列波导光栅有若干个,每个都与该数据中心互连结构中所有的底层阵列波导光栅相连;所述服务器包括主机、光收发模块、光电转换模块和可调谐发射机,光收发模块用以收发光信息,光电转换模块用于实现光信号和电信号的转换,可调谐发射机用于按照需求发送不同波长的光。本专利技术通过控制可调谐发射机的波长,结合底层阵列波导光栅、顶层阵列波导光栅的连接关系,可以给任意两台服务器的信息传输提供多条不相交的路径,有效减小网络阻塞率,增加通信效率。所述底层阵列波导光栅、顶层阵列波导光栅均采用同规格的N*N型阵列波导光栅,即有N个输入端口和N个输出端口。在每个机柜内,设定服务器的编号是从K+1至N,K<N,其中,编号为K+j的服务器的光输出端口与底层阵列波导光栅的第K+j个输入端口相连,编号为K+j的服务器的光输入端口与底层阵列波导光栅的第K+j个输出端口相连。所述底层阵列波导光栅与顶层阵列波导光栅的连接规则如下:底层阵列波导光栅共有N个,编号为1至N;顶层阵列波导光栅共有K个,编号为1至K;编号为m的底层阵列波导光栅的第n个输入接口与编号为n的顶层阵列波导光栅的第m个输出接口相连;当m≤K时,编号为m的底层阵列波导光栅的第n个输出接口与编号为n的顶层阵列波导光栅的第K+1-m个输入接口相连,当m>K时,编号为m的底层阵列波导光栅的第n个输出接口与编号为n的顶层阵列波导光栅的第N+K+1-m个输入接口相连。一种基于上述数据中心互连结构的数据通信方法,包括步骤:(1)根据服务器、顶层阵列波导光栅、底层阵列波导光栅之间的连接关系,定义服务器的地址为(X,Y),X代表该服务器所在的底层阵列波导光栅的编号(1≤X≤N);Y代表该服务器与底层阵列波导光栅连接端口的编号(K+1≤Y≤N);(2)当源服务器(a1,b1)需要发送数据给目的服务器(a2,b2)时,首先判定两个服务器是否是在同一底层阵列波导光栅内,即a1==a2是否成立,若成立,该传输为机柜内传输,则源服务器(a1,b1)直接将自身地址信息和要发送的数据加载到波长为λP的光信号上(P=(b1+b2-2)mod(N)),并发送到目的服务器(a2,b2),完成数据的传输,若不成立,则执行步骤(3);(3)定义c=|a1-a2|,并判定c的值,若c<K,则执行第(4)步,若K≤c≤N-K,则执行第(5)步,若c>N-K,则执行第(6)步;(4)判定两个机柜中,地址为(a1,b3)和(a2,b3)的两个服务器是否同时没有被占用(其中,K+1≤b3≤K+c),若没有符合条件的服务器,则执行第(7)步,若有,先查看(a1,b1)和(a2,b1)服务器组或者(a1,b2)和(a2,b2)服务器组是否有满足条件的,若满足,直接选取其中满足条件的一组进行操作(即b3=b1或b3=b2),否则,随机从满足条件的服务器中选取一组进行操作。源服务器首先按照机柜内传输的方法,将自身地址信息和目的服务器地址信息以及需要传输的数据传输到服务器(a1,b3),再将该信息经过光电电光转换,将信号加载到波长为λQ的光信号上(Q=K-1+c),传输至服务器(a2,b3),再按照机柜内传输的方法,将信息传输到目的服务器(a2,b2),完成信息的传递;(5)判定两个机柜中,地址为(a1,b4)和(a2,b4)的两个服务器是否同时没有被占用(其中,K+c≤b4≤2K-1+c)。若没有符合条件的服务器,则执行第(7)步,若有,先查看(a1,b1)和(a2,b1)服务器组或者(a1,b2)和(a2,b2)服务器组是否有满足条件的,若满足,直接选取其中满足条件的一组进行操作(即b4=b1或b4=b2),否则,随机从满足条件的服务器中选取一组进行操作。源服务器首先按照机柜内传输的方法,将自身地址信息和目的服务器地址信息以及需要传输的数据传输到(a1,b4),再将该信息经过光电电光转换,将信号加载到波长λO的光信号上(O=2K+c),传输到服务器(a2,b4),再按照机柜内传输的方式,将信息传输到目的服务器(a2,b2),完成信息的传递;(6)判定两个机柜中,地址为(a1,b5)和(a2,b5)的两个服务器是否同时没有被占用(其中,c+1≤b5≤N)。若没有符合条件的服务器,则执行第(7)步,若有,先查看(a1,b1)和(a2,b1)服务器组或者(a1,b2)和(a2,b2)服务器组是否有满足条件的,若满足,直接选取其中满足条件的一组进行操作(即b5=b1或b5=b2),否则,随机从满足条件的服务器中选取一组进行操作。源服务器首先通过机柜内传输的方式,将自身地址信息和目的服务器地址信息以及需要传输的数据传输到(a1,b5),再将该信息经过光电电光转换,将信号加载到波长λM的光信号上(M=c+K-1),传输到服务器(a2,b5),再按照机柜内传输的方式,将信息传输到目的服务器(a2,b2),完成信息的传递;(7)编号为a1和编号为a2的底层阵列波导光栅没有找到可以直接相连的服务器,此时,需要另外一个底层阵列波导光栅中的服务器作为跳转,且该服务器满足条件:可以与源服务器和目的服务器所在的底层阵列波导光栅通过前面步骤(4)、(5)、(6)的方法相连,则通过上面三步中的方法,先将信息传输到该底层阵列波导光栅中编号为(a3,b6)的服务器,再传输到目的服务器,完成信息的传递;若找不到满足要求的服务器,则判定该请求被拒绝。本专利技术与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:1、本专利技术采用多个N*N型阵列波导光栅分别作为底层阵列波导光栅和顶层阵列波本文档来自技高网...
基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构及数据通信方法

【技术保护点】
基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构,其特征在于,包括服务器、机柜、底层阵列波导光栅、顶层阵列波导光栅,其中,每个机柜内设置若干个服务器和一个底层阵列波导光栅,每个服务器分别与该底层阵列波导光栅互连;所述顶层阵列波导光栅有若干个,每个都与该数据中心互连结构中所有的底层阵列波导光栅相连;所述服务器包括主机、光收发模块、光电转换模块和可调谐发射机,光收发模块用以收发光信息,光电转换模块用于实现光信号和电信号的转换,可调谐发射机用于按照需求发送不同波长的光。

【技术特征摘要】
1.基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构,其特征在于,包括服务器、机柜、底层阵列波导光栅、顶层阵列波导光栅,其中,每个机柜内设置若干个服务器和一个底层阵列波导光栅,每个服务器分别与该底层阵列波导光栅互连;所述顶层阵列波导光栅有若干个,每个都与该数据中心互连结构中所有的底层阵列波导光栅相连;所述服务器包括主机、光收发模块、光电转换模块和可调谐发射机,光收发模块用以收发光信息,光电转换模块用于实现光信号和电信号的转换,可调谐发射机用于按照需求发送不同波长的光。2.根据权利要求1所述的基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构,其特征在于,所述底层阵列波导光栅、顶层阵列波导光栅均采用同规格的N*N型阵列波导光栅,即有N个输入端口和N个输出端口。3.根据权利要求1所述的基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构,其特征在于,在每个机柜内,设定服务器的编号是从K+1至N,其中,K代表顶层阵列波导光栅的个数,且K<N,编号为K+j的服务器的光输出端口与底层阵列波导光栅的第K+j个输入端口相连,编号为K+j的服务器的光输入端口与底层阵列波导光栅的第K+j个输出端口相连。4.根据权利要求1所述的基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构,其特征在于,所述底层阵列波导光栅与顶层阵列波导光栅的连接规则如下:底层阵列波导光栅共有N个,编号为1至N;顶层阵列波导光栅共有K个,编号为1至K;编号为m的底层阵列波导光栅的第n个输入接口与编号为n的顶层阵列波导光栅的第m个输出接口相连;当m≤K时,编号为m的底层阵列波导光栅的第n个输出接口与编号为n的顶层阵列波导光栅的第K+1-m个输入接口相连,当m>K时,编号为m的底层阵列波导光栅的第n个输出接口与编号为n的顶层阵列波导光栅的第N+K+1-m个输入接口相连。5.基于权利要求1-4任一项所述的基于散热片拓扑结构的数据中心互连结构的数据通信方法,其特征在于,包括步骤:(1)根据服务器、顶层阵列波导光栅、底层阵列波导光栅之间的连接关系,定义服务器的地址为(X,Y),X代表该服务器所在的底层阵列波导光栅的编号,1≤X≤N;Y代表该服务器与底层阵列波导光栅连接端口的编号,K+1≤Y≤N;(2)当源服务器(a1,b1)需要发送数据给目的服务器(a2,b2)时,首先判定两个服务器是否是在同一底层阵列波导光栅内,即a1==a2是否成立,若成立,该传输为机柜内传输,则源服务器(a1,b1)直接将自身地址信息和要发送的数据加载到波长为λP的光信号上,P=(b1+b2-2)mod(N),并发送到目的服务器(a2,b2),完成数据的传输,若不成立,则执行步骤(3);(3)定义c=|a1-a2|,并判定c的值,若c<K,则执行第(4)步,若K≤c≤N-K,则执行第(5)步,若c>N-K,则执行第(6)步;(4)判定两个机柜中,地址为(a1,b3)和(a2,b3...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨冰陈佳佳
申请(专利权)人:华南师范大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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