无源光分配节点及电光混合双层接入网络制造技术

本发明专利技术通过构建一种无源光分配节点，使连接至同一个无源光分配节点的多台服务器形成计算簇，以计算簇为基本单元形成数据中心电光混合双层接入网络，实现数据中心内服务器的网络接入功能。通过无源光分配节点实现1个计算簇内m台服务器的流量汇聚，实现了无源光分配节点汇聚交换接口与簇间交换机交换接口的连接链路的高链路利用率；计算簇可以通过簇内信道实现簇内服务器的直接通信，不需要电交换设备转发，降低了簇间数据通信的转发时延；本发明专利技术网络可以大幅降低接入层网络电交换设备数量，降低网络功耗，简化上层网络的布局布线的复杂程度；同时，为服务器的双收发网络接口卡配置可调谐收发器，可以根据实时网络负载灵活配置网络带宽。

Passive optical distribution node and electro-optical hybrid double layer access network

【技术实现步骤摘要】
无源光分配节点及电光混合双层接入网络
本专利技术涉及光纤通信领域，尤其涉及一种无源光分配节点和由其构成的电光混合双层接入网络。
技术介绍
传统的数据中心网络结构为面向“客户-服务器”业务为主的“接入-汇聚-核心”三层网络架构，适用于“南-北”向流量为主体的流量模型。随着各类云计算业务的兴起，云计算中心大规模部署，据思科公司预测，到2021年云数据中心将处理94％的工作负载与计算实例，传统数据中心仅占6％。同时，由于云计算业务需要在数据中心内部各服务器间交换大量数据，数据中心内部“东-西”向流量大幅增加，并成为数据中心流量的主体，到2021年数据中心内部流量将占整个数据中心流量的71.5％。传统的三层网络架构不能提供充足的“东-西”向网络带宽，在面向云数据中心新的流量模型时会在汇聚层与核心层产生流量瓶颈问题，所以云数据中心网络结构多采用基于CLOS结构的“spine-leaf”双层网络架构，spine交换机和leaf交换机之间以full-mesh方式连接，该架构可以为数据中心提供一个高带宽的近似无阻塞的网络。但根据Facebook对其云计算数据中心的流量研究报道中，发现接入层的1分钟链路利用率极低，99％的链路负载小于10％，该数据反映出数据中心接入层链路利用率可通过进一步的网络结构设计进行提高，从而减少接入层电交换设备的数量，提高网络利用率。另一方面，目前数据中心接入层网络由架顶交换机实现，即机架内的所有服务器与架顶交换机连接(一般单个机架40台服务器)，实现网络接入功能。机架内的服务器间数据通信需要架顶交换机进行转发，不能实现直接通信，占用了大量架顶交换机的交换带宽。根据Facebook对其云计算数据中心的流量研究报道，机架内数据交换产生的网络负载约占整个数据中心网络负载的12.9％。通过构建无源光分配节点可以搭建机架内服务器间的直接通信网络，并由多台服务器形成计算簇，提高机架内数据通信效率并进一步降低架顶交换机网络负载。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：为了解决现有技术存在的不足，提供一种无源光分配节点及由其构成的电光混合双层接入网络。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：首先，为实现上述目的，提出一种无源光分配节点，包括光耦合器、光分路器、第一光环形器、第二光环形器、第一窄带滤波器、第二窄带滤波器，其中，光耦合器具有m个输入端口和1个输出端口，光分路器具有1个输入端口和m个输出端口，第一光环形器和第二光环形器分别具有各自的第一端口、第二端口和第三端口，第一窄带滤波器和第二窄带滤波器具有各自的第一端口和第二端口，反射预设波长光信号而透射所有其余波长光信号；连接方式为：光耦合器的输出端口与第一光环形器的第一端口连接，第一光环形器的第二端口与第一窄带滤波器的第一端口连接，第一光环形器的第三端口与第二光环形器的第一端口连接，第二光环形器的第二端口与第二窄带滤波器的第一端口连接，第二光环形器的第三端口与光分路器的输入端口连接；无源光分配节点具有m个边缘输入端口、m个边缘输出端口、1个汇聚输入端口、1个汇聚输出端口；m个边缘输入端口分别与光耦合器的m个输入端口连接，m个边缘输出端口分别与光分路器的m个输出端口连接，汇聚输入端口与第二窄带滤波器的第二端口连接，汇聚输出端口与第一窄带滤波器的第二端口连接；m个边缘输入端口与对应的m个边缘输出端口组成m个边缘交换接口，汇聚输入端口与汇聚输出端口组成1个汇聚交换接口。其次，为实现上述目的，还提出一种电光混合双层接入网络，包括1台簇间交换机，其可通过“储存-转发”机制实现计算簇间数据的交换、k个无源光分配节点和k×m台服务器；所述簇间交换机具有k个交换接口，该等交换接口的输入端口和输出端口分别连接k个无源光分配节点的汇聚交换接口，k×m台服务器分为k组，每组中的m台服务器通过各自的网络接口卡的输入端口与输出端口分别与1个无源光分配节点的m个边缘交换接口连接；连接至相同的无源光分配节点的所有服务器形成1个计算簇，其中，无源光分配节点的第一和第二窄带滤波器的预设波长设置为簇内信道波长，计算簇内的服务器之间使用簇内信道通过无源光分配节点进行簇内数据交换，不同计算簇的服务器使用上行和下行信道通过无源光分配节点和簇间交换机实现簇间数据交换。进一步，所述簇间交换机的交换接口包括交换接口控制单元、交换接口电缓存、固定波长收发器阵列、交换接口复用器、交换接口解复用器，其中固定波长收发器阵列包括n个固定波长收发器，固定波长收发器具有光发送端口、光接收端口、电发送端口、电接收端口，n个固定波长收发器的n个光发送端口分别使用λd1至λdn共n个波长，n个固定波长收发器的n个光接收端口分别使用λu1至λun共n个波长，λd1至λdn和λu1至λun均位于光纤通信用波段，波长位于400nm至2500nm之间，交换接口复用器具有n个输入端口和1个输出端口，交换接口解复用器具有1个输入端口和n个输出端口；固定波长收发器阵列中的n个固定波长收发器的n个光发送端口分别与交换接口复用器的n个输入端口连接，固定波长收发器阵列中的n个固定波长收发器的n个光接收端口分别与交换接口解复用器的n个输出端口连接，固定波长收发器阵列中的n个固定波长收发器的n个电发送端口与n个电接收端口均与交换接口电缓存连接，交换接口复用器的输出端口连接簇间交换机交换接口的输出端口，交换接口解复用器的输入端口连接簇间交换机交换接口的输入端口，簇间交换机交换接口通过交换接口控制单元实现交换接口电缓存中的数据报文的发送与接收的调度。进一步，所述网络接口卡为双收发网络接口卡，包括接口卡控制单元、接口卡电缓存、可调谐收发器、接口卡固定波长收发器、接口卡复用器、接口卡解复用器，其中可调谐收发器和接口卡固定波长收发器均具有各自的光发送端口、光接收端口、电发送端口、电接收端口，可调谐收发器的光发送端口可在λu1至λun共n个波长内调谐，并记λu1至λun共n个波长为波长组Λu，可调谐收发器的光接收端口可在λd1至λdn共n个波长内调谐，并记λu1至λun共n个波长为波长组Λd，接口卡固定波长收发器的光发送端口与光接收端口均使用预设波长λc，λc波长位于光纤通信用波段，波长位于400nm至2500nm之间，接口卡复用器具有2个输入端口和1个输出端口，接口卡解复用器具有1个输入端口和2个输出端口；可调谐收发器和接口卡固定波长收发器的光发送端口分别与接口卡复用器的2个输入端口连接，可调谐收发器和接口卡固定波长收发器的2个光接收端口分别与接口卡解复用器的2个输出端口连接，可调谐收发器和接口卡固定波长收发器各自的电发送端口和电接收端口均与接口卡电缓存连接，接口卡复用器的输出端口连接双收发网络接口卡的输出端口，接口卡解复用器的输入端口连接双收发网络接口卡的输入端口，双收发网络接口卡通过接口卡控制单元调度接口卡电缓存中的数据报文的发送与接收，同时控制可调谐收发器的光发送端口和光接收端口的输出与输入波长。更进一步，所述波长组Λu为网络上行信道用于服务器至簇间交换机的上行数据传输，所述波长组Λd为网络下行信道用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无源光分配节点，其特征在于，包括光耦合器、光分路器、第一光环形器、第二光环形器、第一窄带滤波器、第二窄带滤波器、m个边缘输入端口、m个边缘输出端口、1个汇聚输入端口以及1个汇聚输出端口，其中，光耦合器具有m个输入端口和1个输出端口，光分路器具有1个输入端口和m个输出端口，第一光环形器和第二光环形器分别具有各自的第一端口、第二端口和第三端口，第一窄带滤波器和第二窄带滤波器具有各自的第一端口和第二端口，反射预设波长光信号而透射所有其余波长光信号；光耦合器的输出端口与第一光环形器的第一端口连接，第一光环形器的第二端口与第一窄带滤波器的第一端口连接，第一光环形器的第三端口与第二光环形器的第一端口连接，第二光环形器的第二端口与第二窄带滤波器的第一端口连接，第二光环形器的第三端口与光分路器的输入端口连接；/nm个边缘输入端口分别与光耦合器的m个输入端口连接，m个边缘输出端口分别与光分路器的m个输出端口连接，汇聚输入端口与第二窄带滤波器的第二端口连接，汇聚输出端口与第一窄带滤波器的第二端口连接；/nm个边缘输入端口与对应的m个边缘输出端口组成m个边缘交换接口，汇聚输入端口与汇聚输出端口组成1个汇聚交换接口。/n...

【技术特征摘要】
1.一种无源光分配节点，其特征在于，包括光耦合器、光分路器、第一光环形器、第二光环形器、第一窄带滤波器、第二窄带滤波器、m个边缘输入端口、m个边缘输出端口、1个汇聚输入端口以及1个汇聚输出端口，其中，光耦合器具有m个输入端口和1个输出端口，光分路器具有1个输入端口和m个输出端口，第一光环形器和第二光环形器分别具有各自的第一端口、第二端口和第三端口，第一窄带滤波器和第二窄带滤波器具有各自的第一端口和第二端口，反射预设波长光信号而透射所有其余波长光信号；光耦合器的输出端口与第一光环形器的第一端口连接，第一光环形器的第二端口与第一窄带滤波器的第一端口连接，第一光环形器的第三端口与第二光环形器的第一端口连接，第二光环形器的第二端口与第二窄带滤波器的第一端口连接，第二光环形器的第三端口与光分路器的输入端口连接；
m个边缘输入端口分别与光耦合器的m个输入端口连接，m个边缘输出端口分别与光分路器的m个输出端口连接，汇聚输入端口与第二窄带滤波器的第二端口连接，汇聚输出端口与第一窄带滤波器的第二端口连接；
m个边缘输入端口与对应的m个边缘输出端口组成m个边缘交换接口，汇聚输入端口与汇聚输出端口组成1个汇聚交换接口。


2.一种电光混合双层接入网络，其特征在于，包括1台簇间交换机、k个权利要求1所述的无源光分配节点及k组服务器；
k组服务器分别包括多台服务器，每组内的每一台服务器通过各自的网络接口卡与1个无源光分配节点的一个边缘交换接口连接，每组内的服务器形成1个计算簇；
所述簇间交换机具有k个交换接口，分别连接k个无源光分配节点的汇聚交换接口；其中，无源光分配节点的第一和第二窄带滤波器的预设波长设置为簇内信道波长，计算簇内的服务器之间使用簇内信道通过无源光分配节点进行簇内数据交换，不同计算簇的服务器使用上行和下行信道通过无源光分配节点和簇间交换机实现簇间数据交换。


3.如权利要求2所述的电光混合双层接入网络，其特征在于，所述簇间交换机的交换接口包括交换接口控制单元、交换接口电缓存、固定波长收发器阵列、交换接口复用器、交换接口解复用器、交换接口输入端口和交换接口输出端口，其中固定波长收发器阵列包括n个固定波长收发器，固定波长收发器具有光发送端口、光接收端口、电发送端口、电接收端口，n个固定波长收发器的光发送端口分别使用n个下行信道波长λd1至λdn，n个固定波长收发器的光接收端口分别使用n个上行信道波长λu1至λun，交换接口复用器具有n个输入端口和1个输出端口，交换接口解复用器具有1个输入端口和n个输出端口；
固定波长收发器阵列中的n个...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙小菡，郑宇，戈志群，叶晓凯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32