基于阵列波导光栅的模块化互连网络、构建方法及运用的制作方法
【专利摘要】一种基于阵列波导光栅(AWG)的互连网络，包括N1个左侧节点、每个左侧节点包含N2个端口，N2个右侧节点、每个右侧节点包含N1个端口；N1个N2×1的波长复用器，该N2×1的波长复用器的输入端口与左侧节点N2个端口相连；N2个1×N1的波长解复用器，该1×N1的波长解复用器的输出端口与右侧节点N1个端口相连；以及连接所述的N2×1的波长复用器和1×N1的波长解复用器的N1×N2的AWG，该N1×N2的AWG具有N1个输入端口和N2个输出端口，且与波长集合相关联，及该网络的模块化构建方法。本发明利用AWG的波分复用(WDM)特性降低数据中心网络的连线复杂度，利用光收发机的隔离功能实现波长的重用，使大规模互连网络的模块化成为可能，从而降低数据中心网络的维护成本和难度。
【专利说明】基于阵列波导光栅的模块化互连网络、构建方法及运用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数据中心大规模互连【技术领域】，特别是涉及一种基于阵列波导光栅 (AWG)的模块化互连网络、构建方法及运用。
【背景技术】
[0002] 过去十年，全球信息化发展迅速，推动着数据中心往超大规模的方向发展。2012年 亚马逊每个数据中心平均拥有的服务器已超过6万台，谷歌单个数据中心的服务器超过了 5万台，微软公司正在打造一个包含30万台服务器的数据中心。目前的数据中心通常采用 分层的树状拓扑组网，例如Fat Tree拓扑结构。这种树状拓扑优点是可以提供很大的双向 带宽，但缺点是扩展性不好。正如论文"60 GHz Data-Center Networking :Wireless Worry less ?"所指出的，数据中心网络的拓扑复杂度和连线数量随着数据中心规模的增加而急 剧增加，甚至已经到了不可管理的地步。这不仅使得维护难度和成本大大增加，而且使得系 统散热变得困难。
[0003] 为了解决互连的问题，目前业界提出以下几种方案：
[0004] 第一种是用无线互连取代有线互联。无线互联的方法存在信号容易干扰、互连带 宽小、无线站点功耗高等问题，因此这种方案仅仅停留在学术讨论的层面，而无法走向实用 化。
[0005] 第二种方案是研发基于融合增强型以太网的统一架构，主要由思科和博科通讯提 出。这种方法虽然可以将电缆的数量、主总线适配器/网络接口卡均减少，但在数据中心中 装备融合网络适配器的成本巨大，而且现在还没有适合以太网光纤通道的主板。
[0006] 第三种方法是采用结构化的布线方法。其思路是把数据中心的布线系统根据不同 的设备分成主配线区和设备区。主配线区和设备区分别用主干光缆连接，而服务器、交换机 和存储设备之间的连接通过主配线区和设备区的光缆配线架进行跳线连接。这种方法在一 定程度上简化了线缆管理，改动部分跳线即可实现系统的移动和更改。但是这并没有减少 系统连线的数量，没有从根本上降低连线交叉的复杂度，运维难度依然比较高。
[0007] 因此，基于上述原因，目前需要针对数据中心网络连线复杂、难以管理的问题，提 出一种基于AWG的模块化互连网络的设计方法。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是针对数据中心网络连线复杂、难以管理的问题，提出一种基于AWG 的模块化互连网络的设计方法以降低网络连线复杂度，使得网络易于维护和管理。
[0009] 为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案如下：
[0010] 一种基于阵列波导光栅的模块化互连网络，包括K个左侧节点、每个左侧节点包 含N2个端口，N2个右侧节点、每个右侧节点包含Ni个端口，其中，Ni > N2，且Ni和N2有最大 公约数r，每个端口上有一个波长固定的光收发模块，其特点在于，还包括：
[0011] &个队父1的波长复用器，该每个队父1的波长复用器的输入端口分别与一个左侧 节点N2个端口相连；
[0012] N2个1 XNi的波长解复用器，该每个1 XNi的波长解复用器的输出端口分别与一个 右侧节点K个端口相连；以及
[0013] 连接所述的N2X1的波长复用器和lXNi的波长解复用器的NiXN2的八16,该 & X N2的AWG具有&个输入端口和N2个输出端口，且与波长集合
【权利要求】
1. 一种基于阵列波导光栅的模块化互连网络，包括N1个左侧节点、每个左侧节点包含 N2个端口，N2个右侧节点、每个右侧节点包含N1个端口，其中，N1 >N2，且N1和N2有最大公 约数r，每个端口上有一个波长固定的光收发模块，其特征在于，还包括： N1个N2X1的波长复用器，该每个N2X1的波长复用器的输入端口分别与一个左侧节点N2个端口相连； N2个IXN1的波长解复用器，该每个IXN1的波长解复用器的输出端口分别与一个右侧 节点N1个端口相连；以及 连接所述的N2X1的波长复用器和IXN1的波长解复用器的N1XN2的AWG，该N1XN2的AWG具有N1个输入端口和N2个输出端口，且与波长集合
相关联。
2. -种基于阵列波导光栅的模块化互连网络，包括N1个左侧节点、每个左侧节点包含 N2个端口，N2个右侧节点、每个右侧节点包含N1个端口，其中，N1 >N2，且N1和N2有最大公 约数r，每个端口上有一个波长固定的光收发模块，其特征在于，还包括： N1Ii2个rXl的波长复用器，n2个该rXl的波长复用器的输入端口分别与一个左侧节 点的N2个端口相连，其中n2 =N2/r; N2Ii1个IXr的波长解复用器，Ii1个该IXr的波长解复用器的输出端口分别与一个右 侧节点的N1个端口相连,其中Ii1 =N/r;以及 连接所述的rXl的波长复用器和IXr波长解复用器的I^n2个rXr的AWG,该rXr的AWG全部与波长子集UiIi= 〇，1，…，r-l}关联。
3. -种基于阵列波导光栅的模块化互连网络，包括N1个左侧节点、每个左侧节点包含 N2个端口，N2个右侧节点、每个右侧节点包含N1个端口，其中，N1 =KN2，每个端口上有一个 波长固定的光收发模块，其特征在于，还包括： N1个N2X1的波长复用器，该N2X1的波长复用器的输入端口分别与一个左侧节点的N2 个端口相连； KN2个IXN2的波长解复用器，K个该IXN2的波长解复用器的输出端口分别与一个右 侧节点的N1个端口相连；以及 连接所述的N2X1的波长复用器和IXN2波长解复用器的K个N2XN2的AWG，该N2XN2 的MG全部与波长子集UiIi= 0,1，…，N2-l}关联。
4. 一种基于阵列波导光栅的模块化互连网络的构建方法，包括N1个左侧节点、每个左 侧节点包含N2个端口，N2个右侧节点、每个右侧节点包含N1个端口，其中，N1 >N2，且N1和 N2有最大公约数r，每个端口上有一个波长固定的光收发模块，其特征在于，该方法包括如 下步骤： 步骤1、为每个左侧节点配备一个N2Xl的波长复用器，该波长复用器的输入端口与左 侧节点N2个端口相连； 步骤2、为每个右侧节点配备一个IXN1的波长解复用器，该波长解复用器的输出端口 与右侧节点N1个端口相连； 步骤3、将左侧N1个波长复用器和右侧N2个波长解复用器之间通过N1XN2的AWG互连， 该N1XN2的AWG具有N1个输入端口和N2个输出端口，且与波长集合
相关联。
5. 根据权利要求4所述的基于阵列波导光栅的模块化互连网络的构建方法，其特征在 于，该方法还包括： 步骤4、将N1XN9的AWG替换成一个三级AWG网络SaOi1,a，mA，n2,r2)，该AWG网络Sa 的输入侧包含
个输入端口，每个输入端口为一个IXn2的波长解复用器，输出侧 包含
个输出端口，每一个输出端口为一个Ii1Xl的波长复用器，中间级包含％个 F1Xr2的詹6,其中
在所述的AWG网络Sa中，每个输入端口用Dai (aA，aA)标识，其中aA = 〇, 1…，ri-l和aA = 0, ！--?,nrl，每个输出端口用MA1(@A，bA)标识，其中 = 0,l*"，r2-l和bA = 0,1 …， n2_l,中间级的MG用Gai (aA，bA)标识；Gai (aA，bA)的第aA个输入端口与Dai (aA，aA)的第 、个输出口相连，GA1(aA，bA)的第Pa个输出端口与MA1(PA，bA)的第aA个输入口相连，且 GA1(aA，bA)与波长子集
相关联，其中[X]Y表示X对Y求 余； 步骤5、将所述的N2X1的波长复用器和IXn2的波长解复用器替换成n2个rX1的波 长复用器，用DA2 (aA，aA，bA)标识； 将所述的IXN1的波长解复用器和Ii1XI的波长复用器替换成Ii1个rXI的波长解复 用器，用Ma2 ( 3A，bA，aA)标识； 将所述的F1Xr2的AWG全部与波长子集{入iIi= 0,1，'1-1}关联，用GA2 (aA，bA)标 识； 其中，DA2 (aA，aA，bA)的输出端与GA2 (aA，bA)的第aA个输入端口相连，MA2 ( @A，bA，aA) 的输入端与GA2 (aA，bA)的第Pa个输出端口相连。
6. 根据权利要求4所述的基于阵列波导光栅的模块化互连网络的构建方法，其特征在 于，该方法还包括： 步骤4、当N1 =KN2时，将N1XN2的MG替换成一个二级网络Sb (K，N2,K，1，N2)，该MG网络Sb每个输入端口为一条链路，中间级包含K个N2XN2的AWG，每个输出端口为一个KXl 的波长复用器；输入端口用DB1(aB，aB)标识，其中Cib = 0，1…，K-I和aB = 0，1…，N2-I, 输出端口用Mbi(Yb)标识，其中Yb = 〇，1，…，N2-I,每个中间级AWG用GB1(aB)标识，且中 间级AWG与波长子_
相关联；Gbi (aB)的第aB个输入端口 即为Dbi(aB，aB)，Gbi(aB)的第Y个输出端口与Mbi (Yb)的第a个输入端口相连； 步骤5、将所述的N1X1的波长复用器用Db2 (aB，aB)标识； 将所述的IXN1的解复用器和KXl的复用器替换成KfN2Xl的波长解复用器，用Mb2 (YB，aB)t不识； 将所述的队父队的八16全部与波长子集UiIi= 〇，1，…，N2-l}关联，并用GB2(aB) 标识； 其中，DB2(aB，aB)与GB2(aB)第aB 个输入端口相连，MB2(YB，aB)与GB2(aB)第Yb 个 输出端口相连。
7. 根据权利要求5或6所述的基于阵列波导光栅的模块化互连网络的构建方法，其特 征在于，该方法还包括： 步骤6、如果中间级AWG的尺寸依旧很大，则返回步骤5将中间级的AWG替换成一个由 三级AWG网络所构成的模块。
8. 一种AWG在大型互连网络中的运用。
【文档编号】H04J14/02GK104244118SQ201410410122
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】叶通, 李 东, 胡卫生 申请人:上海交通大学