基于陣列波導光柵的模塊化互連網絡、構建方法及運用的制作方法
【專利摘要】一種基于陣列波導光柵(AWG)的互連網絡，包括N1個左側節點、每個左側節點包含N2個端口，N2個右側節點、每個右側節點包含N1個端口；N1個N2×1的波長復用器，該N2×1的波長復用器的輸入端口與左側節點N2個端口相連；N2個1×N1的波長解復用器，該1×N1的波長解復用器的輸出端口與右側節點N1個端口相連；以及連接所述的N2×1的波長復用器和1×N1的波長解復用器的N1×N2的AWG，該N1×N2的AWG具有N1個輸入端口和N2個輸出端口，且與波長集合相關聯，及該網絡的模塊化構建方法。本發明利用AWG的波分復用(WDM)特性降低數據中心網絡的連線復雜度，利用光收發機的隔離功能實現波長的重用，使大規模互連網絡的模塊化成為可能，從而降低數據中心網絡的維護成本和難度。
【專利說明】基于陣列波導光柵的模塊化互連網絡、構建方法及運用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及數據中心大規模互連【技術領域】，特別是涉及一種基于陣列波導光柵 (AWG)的模塊化互連網絡、構建方法及運用。
【背景技術】
[0002] 過去十年，全球信息化發展迅速，推動著數據中心往超大規模的方向發展。2012年 亞馬遜每個數據中心平均擁有的服務器已超過6萬臺，谷歌單個數據中心的服務器超過了 5萬臺，微軟公司正在打造一個包含30萬臺服務器的數據中心。目前的數據中心通常采用 分層的樹狀拓撲組網，例如Fat Tree拓撲結構。這種樹狀拓撲優點是可以提供很大的雙向 帶寬，但缺點是擴展性不好。正如論文"60 GHz Data-Center Networking :Wireless Worry less ?"所指出的，數據中心網絡的拓撲復雜度和連線數量隨著數據中心規模的增加而急 劇增加，甚至已經到了不可管理的地步。這不僅使得維護難度和成本大大增加，而且使得系 統散熱變得困難。
[0003] 為了解決互連的問題，目前業界提出以下幾種方案：
[0004] 第一種是用無線互連取代有線互聯。無線互聯的方法存在信號容易干擾、互連帶 寬小、無線站點功耗高等問題，因此這種方案僅僅停留在學術討論的層面，而無法走向實用 化。
[0005] 第二種方案是研發基于融合增強型以太網的統一架構，主要由思科和博科通訊提 出。這種方法雖然可以將電纜的數量、主總線適配器/網絡接口卡均減少，但在數據中心中 裝備融合網絡適配器的成本巨大，而且現在還沒有適合以太網光纖通道的主板。
[0006] 第三種方法是采用結構化的布線方法。其思路是把數據中心的布線系統根據不同 的設備分成主配線區和設備區。主配線區和設備區分別用主干光纜連接，而服務器、交換機 和存儲設備之間的連接通過主配線區和設備區的光纜配線架進行跳線連接。這種方法在一 定程度上簡化了線纜管理，改動部分跳線即可實現系統的移動和更改。但是這并沒有減少 系統連線的數量，沒有從根本上降低連線交叉的復雜度，運維難度依然比較高。
[0007] 因此，基于上述原因，目前需要針對數據中心網絡連線復雜、難以管理的問題，提 出一種基于AWG的模塊化互連網絡的設計方法。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的是針對數據中心網絡連線復雜、難以管理的問題，提出一種基于AWG 的模塊化互連網絡的設計方法以降低網絡連線復雜度，使得網絡易于維護和管理。
[0009] 為實現上述發明目的，本發明的技術解決方案如下：
[0010] 一種基于陣列波導光柵的模塊化互連網絡，包括K個左側節點、每個左側節點包 含N2個端口，N2個右側節點、每個右側節點包含Ni個端口，其中，Ni > N2，且Ni和N2有最大 公約數r，每個端口上有一個波長固定的光收發模塊，其特點在于，還包括：
[0011] &個隊父1的波長復用器，該每個隊父1的波長復用器的輸入端口分別與一個左側 節點N2個端口相連；
[0012] N2個1 XNi的波長解復用器，該每個1 XNi的波長解復用器的輸出端口分別與一個 右側節點K個端口相連；以及
[0013] 連接所述的N2X1的波長復用器和lXNi的波長解復用器的NiXN2的八16,該 & X N2的AWG具有&個輸入端口和N2個輸出端口，且與波長集合
【權利要求】
1. 一種基于陣列波導光柵的模塊化互連網絡，包括N1個左側節點、每個左側節點包含 N2個端口，N2個右側節點、每個右側節點包含N1個端口，其中，N1 >N2，且N1和N2有最大公 約數r，每個端口上有一個波長固定的光收發模塊，其特征在于，還包括： N1個N2X1的波長復用器，該每個N2X1的波長復用器的輸入端口分別與一個左側節點N2個端口相連； N2個IXN1的波長解復用器，該每個IXN1的波長解復用器的輸出端口分別與一個右側 節點N1個端口相連；以及 連接所述的N2X1的波長復用器和IXN1的波長解復用器的N1XN2的AWG，該N1XN2的AWG具有N1個輸入端口和N2個輸出端口，且與波長集合
相關聯。
2. -種基于陣列波導光柵的模塊化互連網絡，包括N1個左側節點、每個左側節點包含 N2個端口，N2個右側節點、每個右側節點包含N1個端口，其中，N1 >N2，且N1和N2有最大公 約數r，每個端口上有一個波長固定的光收發模塊，其特征在于，還包括： N1Ii2個rXl的波長復用器，n2個該rXl的波長復用器的輸入端口分別與一個左側節 點的N2個端口相連，其中n2 =N2/r; N2Ii1個IXr的波長解復用器，Ii1個該IXr的波長解復用器的輸出端口分別與一個右 側節點的N1個端口相連,其中Ii1 =N/r;以及 連接所述的rXl的波長復用器和IXr波長解復用器的I^n2個rXr的AWG,該rXr的AWG全部與波長子集UiIi= 〇，1，…，r-l}關聯。
3. -種基于陣列波導光柵的模塊化互連網絡，包括N1個左側節點、每個左側節點包含 N2個端口，N2個右側節點、每個右側節點包含N1個端口，其中，N1 =KN2，每個端口上有一個 波長固定的光收發模塊，其特征在于，還包括： N1個N2X1的波長復用器，該N2X1的波長復用器的輸入端口分別與一個左側節點的N2 個端口相連； KN2個IXN2的波長解復用器，K個該IXN2的波長解復用器的輸出端口分別與一個右 側節點的N1個端口相連；以及 連接所述的N2X1的波長復用器和IXN2波長解復用器的K個N2XN2的AWG，該N2XN2 的MG全部與波長子集UiIi= 0,1，…，N2-l}關聯。
4. 一種基于陣列波導光柵的模塊化互連網絡的構建方法，包括N1個左側節點、每個左 側節點包含N2個端口，N2個右側節點、每個右側節點包含N1個端口，其中，N1 >N2，且N1和 N2有最大公約數r，每個端口上有一個波長固定的光收發模塊，其特征在于，該方法包括如 下步驟： 步驟1、為每個左側節點配備一個N2Xl的波長復用器，該波長復用器的輸入端口與左 側節點N2個端口相連； 步驟2、為每個右側節點配備一個IXN1的波長解復用器，該波長解復用器的輸出端口 與右側節點N1個端口相連； 步驟3、將左側N1個波長復用器和右側N2個波長解復用器之間通過N1XN2的AWG互連， 該N1XN2的AWG具有N1個輸入端口和N2個輸出端口，且與波長集合
相關聯。
5. 根據權利要求4所述的基于陣列波導光柵的模塊化互連網絡的構建方法，其特征在 于，該方法還包括： 步驟4、將N1XN9的AWG替換成一個三級AWG網絡SaOi1,a，mA，n2,r2)，該AWG網絡Sa 的輸入側包含
個輸入端口，每個輸入端口為一個IXn2的波長解復用器，輸出側 包含
個輸出端口，每一個輸出端口為一個Ii1Xl的波長復用器，中間級包含％個 F1Xr2的詹6,其中
在所述的AWG網絡Sa中，每個輸入端口用Dai (aA，aA)標識，其中aA = 〇, 1…，ri-l和aA = 0, ！--?,nrl，每個輸出端口用MA1(@A，bA)標識，其中 = 0,l*"，r2-l和bA = 0,1 …， n2_l,中間級的MG用Gai (aA，bA)標識；Gai (aA，bA)的第aA個輸入端口與Dai (aA，aA)的第 、個輸出口相連，GA1(aA，bA)的第Pa個輸出端口與MA1(PA，bA)的第aA個輸入口相連，且 GA1(aA，bA)與波長子集
相關聯，其中[X]Y表示X對Y求 余； 步驟5、將所述的N2X1的波長復用器和IXn2的波長解復用器替換成n2個rX1的波 長復用器，用DA2 (aA，aA，bA)標識； 將所述的IXN1的波長解復用器和Ii1XI的波長復用器替換成Ii1個rXI的波長解復 用器，用Ma2 ( 3A，bA，aA)標識； 將所述的F1Xr2的AWG全部與波長子集{入iIi= 0,1，'1-1}關聯，用GA2 (aA，bA)標 識； 其中，DA2 (aA，aA，bA)的輸出端與GA2 (aA，bA)的第aA個輸入端口相連，MA2 ( @A，bA，aA) 的輸入端與GA2 (aA，bA)的第Pa個輸出端口相連。
6. 根據權利要求4所述的基于陣列波導光柵的模塊化互連網絡的構建方法，其特征在 于，該方法還包括： 步驟4、當N1 =KN2時，將N1XN2的MG替換成一個二級網絡Sb (K，N2,K，1，N2)，該MG網絡Sb每個輸入端口為一條鏈路，中間級包含K個N2XN2的AWG，每個輸出端口為一個KXl 的波長復用器；輸入端口用DB1(aB，aB)標識，其中Cib = 0，1…，K-I和aB = 0，1…，N2-I, 輸出端口用Mbi(Yb)標識，其中Yb = 〇，1，…，N2-I,每個中間級AWG用GB1(aB)標識，且中 間級AWG與波長子_
相關聯；Gbi (aB)的第aB個輸入端口 即為Dbi(aB，aB)，Gbi(aB)的第Y個輸出端口與Mbi (Yb)的第a個輸入端口相連； 步驟5、將所述的N1X1的波長復用器用Db2 (aB，aB)標識； 將所述的IXN1的解復用器和KXl的復用器替換成KfN2Xl的波長解復用器，用Mb2 (YB，aB)t不識； 將所述的隊父隊的八16全部與波長子集UiIi= 〇，1，…，N2-l}關聯，并用GB2(aB) 標識； 其中，DB2(aB，aB)與GB2(aB)第aB 個輸入端口相連，MB2(YB，aB)與GB2(aB)第Yb 個 輸出端口相連。
7. 根據權利要求5或6所述的基于陣列波導光柵的模塊化互連網絡的構建方法，其特 征在于，該方法還包括： 步驟6、如果中間級AWG的尺寸依舊很大，則返回步驟5將中間級的AWG替換成一個由 三級AWG網絡所構成的模塊。
8. 一種AWG在大型互連網絡中的運用。
【文檔編號】H04J14/02GK104244118SQ201410410122
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月20日 優先權日:2014年8月20日
【發明者】葉通, 李 東, 胡衛生 申請人:上海交通大學