一种多级波分复用环形光网络的制作方法
【技术领域】
[0001]本发属于光纤通信领域，涉及一种多级波分复用环形光网络。
【背景技术】
[0002]在数据中心内，服务器间数据交换需要占用较大带宽，构建高速大容量、可扩展性强、可灵活配置并且节能高效的数据中心交换网络是构建大规模数据中心中非常重要的环节，传统的树形交换网络存在着诸多劣势，例如:由于越靠近根节点负载越重，故对根节点性能要求极高，根节点的性能限制了数据中心的规模；上层交换节点发生故障会导致下层交换节点无法正常工作；随数据中心规模增加，树形交换网络下功耗激增等问题。
[0003]近年来，利用光网络技术解决数据中心中使用传统树形结构存在的问题成为光网络方向的一个研宄热点，如N.Farrington等提出的Hel1s结构，S.Yoo等提出的H1-L1N结构等，但上述结构存在着光开关切换时延较大，或者器件制造成本较高等问题。
[0004]在高性能计算机内，采用光互联可以大大增加CPU间通信带宽，降低CPU间数据传输时延，构建高带宽、低时延、可扩展性良好、组网成本可控的高性能计算机内光互联网络是提高高性能计算机性能的关键技术，同样地s.Yoo等提出的H1-L1N结构等存在着器件制造成本较高的问题。
[0005]此外，面向电信业务的端到端交换光网络也成为近期的研宄热点，如V.ff.S.Chan等提出的光数据流交换网络等。
[0006]波分复用(Wavelength Divis1n Multiplexing, WDM)技术是当前骨干网中的通用技术，该技术利用不同波长信道的光载波同时在一根光纤上传输，极大地扩大了网络传输带宽与容量、并提高光层路由的灵活性。
【发明内容】
[0007]技术问题:本发明提供一种大规模端到端光交换网络的，高速大容量、易扩展、经济成本低的多级波分复用环形光网络。
[0008]技术方案:本发明的多级波分复用环形光网络，包括数据传送平面和全网统一的控制节点，所述数据传送平面包括通过跨环架顶/集群交换机连接的P个并行一级环和m个二级环、与所述二级环连接的架顶/集群交换机，其中P为不大于100的正整数，m为不大于300的正整数，所述一级环由m个分叉复用器/可重构分叉复用器首尾连接构成，m个二级环分别由叫、IV..nm个分叉复用器/可重构分叉复用器首尾连接构成，其中n 1、IV..\为不大于300的正整数，所述一级环中的每个分叉复用器/可重构分叉复用器均通过跨环架顶/集群交换机与一个二级换连接，所述二级环中，一个分叉复用器/可重构分叉复用器通过跨环架顶/集群交换机与一级换连接，其余分叉复用器/可重构分叉复用器与架顶/集群交换机相连。架顶/集群交换机和跨环架顶/集群交换机均与各业务终端相连，所述全网统一的控制节点分别与各架顶/集群交换机和跨环架顶/集群交换机相连，接收架顶/集群交换机与跨环架顶/集群交换机的数据发送请求并根据全网资源进行调度，同时向架顶/集群交换机与跨环架顶/集群交换机发送确认信号。
[0009]进一步的，分叉复用器/可重构分叉复用器对固定/可调谐的波长在一级环或二级环上进行上路/下路处理。
[0010]进一步的，一级环和二级环中，单环中的各分叉复用器/可重构分叉复用器使用的上路/下路波长均不相同。
[0011]进一步的，连接不同架顶/集群交换机的业务终端之间，以及连接不同跨环架顶/集群交换机的业务终端之间通过一级环和二级环实现数据交换，连接相同架顶/集群交换机的业务终端之间，以及连接相同跨环架顶/集群交换机的业务终端之间的数据交换不通过一级环和二级环。
[0012]进一步的，架顶/集群交换机和跨环架顶/集群交换机与一级环相连的端口，以及与二级环相连的端口均具有波长可调谐功能，数据根据不同波长进行路由。
[0013]进一步的，本发明光网络中，业务终端为数据中心内服务器、高性能计算机内CPU或电信网络中的终端设备。
[0014]本发明中，连接不同架顶/集群交换机的业务终端之间，以及连接不同跨环架顶/集群交换机的业务终端之间进行数据交换时，架顶/集群交换机或跨环架顶/集群交换机根据业务数据的目的地址，调谐输出波长，基于一级环或二级环内各分叉复用器/可重构分叉复用器使用的不同波长进行交换，该交换过程中无光电/电光转换。
[0015]本发明利用波分复用技术，设计了多级-扁平化的波分复用环形端到端交换网络，基于该网络结构，可以实现大规模数据中心内部服务器集群的交换网络、高性能计算机内高速光互联、面向电信业务的端到端交换光网络。该网络结构具有高速大容量的特性及良好的可扩展性。在大规模数据中心应用中可以部分克服传统树形网络根节点流量集中、鲁棒性不强的缺点，在高性能计算机应用中部分克服了传统mesh网路由策略复杂、带宽利用率较低的缺点，应用于在电信网络中可以实现光网络的端到端交换。在该结构下波分复用环网中仅适用C波段经计算可实现256000台服务器的交换网络。本发明可以为大规模数据中心交换网络、高性能计算机光互联及电信端到端交换网络等应用场景提供技术参考。
[0016]有益效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0017]1.目前数据中心内部交换中成熟交换网络架构一般为树形交换网络，导致了网络中距根节点越近，网络负载越重的问题，限制了大规模数据中心中服务器数量的增长，为克服传统数据中心内树形交换网络根节点重负载导致的可扩展性差的问题，设计了多级波分复用环形光网络。a)该网络采用扁平化结构使网络中各节点流量基本均衡，避免了网络中某节点出现重负载的情况山)基于全网统一的控制平面，竞争解决机制可灵活控制，便于研宄在该网络下更低时延与更低丢包率的竞争解决机制；c)由于一级环连接的跨环架顶/集群交换机数量可变(二级环数量可变)，二级环连接的架顶/集群交换机数量可变，根据网络需求动态调整网络规模便捷，对现有网络设备影响较小。增加/减少某二级环中架顶/集群交换机数量时并不影响不在相同二级环内的架顶/集群交换机或跨环架顶/集群交换机的工作，即网络扩容/缩容可在线进行；，d)设计的网络结构采用波长交换技术降低了路由策略难度，并降低端到端经历的光电/电光转换次数；e)设计结构具有高速大容量的特性及优越的可扩展性，在该结构下波分复用环网中仅使用C波段，经计算可实现256000台服务器的交换网络，完全超出目前大规模数据中心配备服务器数量，目前Facebook中单个数据中心服务器数量一般不超过30000台。
[0018]2.目前高性能计算机内部光互联使用的网络结构一般为mesh网络，mesh网的配线设计复杂且配线施工难度较大，mesh网结构多变导致优秀的路由策略设计一般较为复杂，进一步导致网络控制管理难度较大，更重要的，mesh网中较差的路由策略设计会大量浪费网络带宽，对设计、施工的技术水平要求极高。本发明中设计的多级波分复用环形光网络，采用扁平化结构使网络中各节点流量基本均衡，避免了网络中某节点出现重负载的情况，基于全网统一的控制平面，路由方式及竞争解决机制可灵活控制，且利用波长路由使路由策略设计难度较低，并降低端到端经历的光电/电光转换次数，导致端到端时延降低。设计结构具有高速大容量的特性及优越的可扩展性，在高性能计算机光互联应用中具有较高的应用前景。
[0019]3.本发明中利用WDM环(一级环或二级环)中不同架顶/集群交换机或跨环架顶/集群交换机连接的分叉复用器/可重构分叉复用器上路/下路波长不同，进行数据的路由，环网中数据路由过程无光电/电光转换及查表等动作，降低了传输时延及网络功耗。
[0020]4.本设计方案建设成本与同等规模端到端交换光网络具有比较优势。
【附图说明】
[0021]图1为本发明光网络的数据平面结构框图；
[0022]图2为本发明中控制平面结构图；
[0023]图3为本发明中一级并行环结构图；
[0024]图4为路由策略与竞争解决流程图，其中图4a为架顶/集群交换机或跨环架顶交换及路由策略与竞争解决流程图，图4b为控制节点路由策略与竞争解决流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
[0026]图1和图2为本发明的网络数据平面和控制平面结构图，图3为本发明中一级并行环结构图，取业务终端为数据中心中服务器，结合图1至图3说明网络结构。
[0027]一种多级波分复用环形光网络，包括数据传送平面和全网统一的控制节点，所述数据传送平面包括通过跨环架顶/集群交换机连接的P个并行一级环和m个二级环、与所述二级环连接的架顶/集群交换机，其中P为不大于100的正整数，m为不大于300的正整数，所述一级环由m个分叉复用器/可重构分叉复用器首尾连接构成，m个二级环分别由叫、ιν..ηπ个分叉复用器/可重构分叉复用器首尾连接构成，其中n 1、巧…化为不大于300的正整数，所述一级环中的每个分叉复用器/可重构分叉复用器均通过跨环架顶/集群交换机与一个二级换连接，所述二级环中，一个分叉复用器/可重构分叉复用器通过跨环架顶/集群交换机与一级换连接，其余分叉复用器/可重构分叉复用器与架顶/集群交换机相连。架顶/集群交换机和跨环架顶/