[發(fā)明專利]光學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、光學(xué)組件、波長分配方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210338781.6
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN103686467A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳凱;陳焰;文熙韜;夏勇;劉永強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 日電（中國）有限公司
• 主分類號: H04Q11/00
• 分類號: H04Q11/00;H04J14/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，更具體地，涉及一種光學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)(DCN)，具有可擴(kuò)縮、容錯和改善的性能；一種用在所述光學(xué)DCN中的光學(xué)組件；以及一種用在所述光學(xué)DCN中的波長分配方法。

背景技術(shù)

由于與傳統(tǒng)的電學(xué)網(wǎng)絡(luò)相比具有更卓越的技術(shù)性能，光學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)(DCN)已成為研究的熱門領(lǐng)域。但是，現(xiàn)有的光學(xué)DCN存在以下缺點(diǎn)：難以擴(kuò)縮、易于受到單點(diǎn)故障的影響、網(wǎng)絡(luò)平分帶寬有限。

在光學(xué)DCN中已經(jīng)引入了大量的光學(xué)技術(shù)(參見非專利文獻(xiàn)[1]、[2]、[3])。例如，以下將簡單介紹幾種光學(xué)技術(shù)，更為詳細(xì)的內(nèi)容可參考相關(guān)文獻(xiàn)。

基于MEMS(微機(jī)電開關(guān))的光學(xué)開關(guān)：MEMS工作在物理層，是一種雙側(cè)N×N電路交換矩陣，通過機(jī)械地旋轉(zhuǎn)微鏡，實(shí)現(xiàn)任一輸入端口與任一輸出端口相連。MEMS的開關(guān)時(shí)間是大約10毫秒(參見非專利文獻(xiàn)[4])。

波長選擇開關(guān)(WSS)：WSS是一種1×N的光學(xué)器件，用于波長解復(fù)用。WSS具有1個(gè)公共輸入端口和N個(gè)輸出端口，可以將來自公共輸入端口的所有波長分為N組，每一組通過1個(gè)輸出端口輸出。WSS是操作時(shí)間可重配置的(大約10毫秒)。

波分復(fù)用(WDM)：WDM是一種將多個(gè)非沖突波長復(fù)用到單根光纖上的技術(shù)。根據(jù)信道間隔，在傳統(tǒng)的C波段上，可以將多達(dá)100個(gè)波長復(fù)用在光纖上。在光學(xué)DCN中，波長通常受到與之相連的電開關(guān)端口的速率限制(例如，10Gbps)。

其他的光學(xué)器件例如還包括：環(huán)行器、收發(fā)機(jī)、耦合器等。環(huán)行器能夠在單根光纖上實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，從而能夠更有效率地利用MEMS端口。收發(fā)機(jī)可以在架頂(ToR)交換機(jī)中實(shí)現(xiàn)電信號和光信號之間的轉(zhuǎn)換。耦合器可以將多個(gè)波長耦合到單根光纖中(類似于復(fù)用器，但比復(fù)用器簡單)。

目前的光學(xué)DCN為了實(shí)現(xiàn)可重配置的拓?fù)洌訫EMS為中心來實(shí)現(xiàn)。然而，由于MEMS的使用，導(dǎo)致了如可擴(kuò)縮性、容錯性和運(yùn)行性能等方面的問題。例如，這些光學(xué)DCN依賴于中心MEMS來連接所有ToR交換機(jī)，因此所能支持的ToR交換機(jī)的數(shù)量由MEMS端口密度決定。目前可用的最大的MEMS具有多達(dá)320個(gè)端口，因此，限制其最多支持320個(gè)ToR交換機(jī)。最簡單直接的解決方案是對多個(gè)MEMS進(jìn)行互連(級聯(lián))，例如，按照Fat?Tree的形式，以增加端口密度(參見非專利文獻(xiàn)[3])。但是，基于MEMS的電路交換不同于傳統(tǒng)的電分組交換。MEMS開關(guān)只允許其端口間的雙側(cè)、成對連接，即，MEMS的所有端口被分為兩組，只有在兩個(gè)端口分別屬于不同的組時(shí)，才能彼此相連(參見圖1中的“√”和“×”)。這樣，與傳統(tǒng)的電分組交換相比，MEMS難以互連形成較大的端口池。圖2示出了兩層全網(wǎng)格MEMS鏈結(jié)構(gòu)的示例。即使是在這種密集互連的情況下，圖2所示的MEMS鏈也只能保證下方一個(gè)MEMS的一個(gè)端口每次與上方一個(gè)HEMS的一個(gè)端口相連，限制了靈活性。例如，HEHS?00的端口1可以與MEMS?11的端口5～8之一相連，但是MEMS?00的端口1和端口2不能與MEMS?11的端口5～8中的任意兩個(gè)同時(shí)相連。因此，為了實(shí)現(xiàn)更為靈活的連接，需要更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。此外，即使能夠?qū)崿F(xiàn)更為靈活的MEMS鏈，也將極大地增加網(wǎng)絡(luò)成本。每個(gè)MEMS端口的成本大約是US$500(參見非專利文獻(xiàn)[2])，這意味著一個(gè)320端口的MEMS的成本是US$160,000。而且，這種靈活的MEMS鏈將浪費(fèi)大量的端口，例如，在圖2所示的MEMS鏈中，50％的端口用于純粹的互連目的。此外，由于MEMS的開關(guān)時(shí)間(～10毫秒)，操作這種復(fù)雜的MEMS鏈的時(shí)間成本也是非常驚人的。

另一方面，“熱點(diǎn)”在現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)中心中越來越流行，而且以扇入(扇出)的方式出現(xiàn)。即使是最繁忙的5對ToR交換機(jī)對也只是“熱點(diǎn)”負(fù)載的一小部分。這意味著對于分散負(fù)載和業(yè)務(wù)而言，即使是通過MEMS在最繁忙的ToR交換機(jī)間建立電路鏈路也難以起到實(shí)質(zhì)性的作用。因此，需要更為先進(jìn)的路由方式。

由于MEMS開關(guān)給光學(xué)DCN帶來了如此多的問題，發(fā)明人認(rèn)為與其增加更多的MEMS開關(guān)，不如完全去除MEMS開關(guān)，而以另外的方式來實(shí)現(xiàn)具有可擴(kuò)縮、容錯和改善的性能的光學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)(DCN)。

非專利文獻(xiàn)列表：