[发明专利]基于超立方簇的数据中心光互连网络系统及通信方法

权利要求书

1.一种基于超立方簇的数据中心光互连网络系统，包括：

N台架顶光交换机，每台架顶光交换机包括n个簇内交换端口，2个簇间交换端口，n+2个下行端口，其中，N，n均为整数；

N台架顶电交换机，每台架顶电交换机包括n+2个上行端口和s个下行端口，其中s为整数；

N×s台服务器，每台服务器包括一个上行端口；

其特征在于：

每一台架顶电交换机的s个下行端口连接s台服务器，每一台架顶电交换机的n+2个上行端口连接一台架顶光交换机的n+2个下行端口，构成N个网络基本单元；

将N个网络基本单元分为k个簇，每个簇中包括2ⁿ个网络基本单元，该2ⁿ个网络基本单元通过架顶光交换机的簇内交换端口连接成n维超立方拓扑结构；超立方拓扑结构中的每个网络基本单元根据其在超立方拓扑结构中的位置，设有环编号A_r，A_r采用n位自然二进制编码；

k个簇中环编号A_r相同的网络基本单元通过架顶光交换机的簇间交换端口连接成环形拓扑结构；环形拓扑结构中的每个网络基本单元根据其在环形拓扑结构中的位置，设有簇编号A_c，A_c采用m位自然二进制编码，m为整数且满足条件2^m≥k。

2.根据权利要求1所述的一种基于超立方簇的数据中心光互连网络系统，其特征在于：网络基本单元的环编号A_r采用n位自然二进制编码，是将超立方结构中网络基本单元的整数序号0，1，…，2ⁿ-1，表示为n位二进制数序列的形式。

3.根据权利要求1所述的一种基于超立方簇的数据中心光互连网络系统，其特征在于：所述网络基本单元的簇编号A_c采用m位自然二进制编码，是将环形拓扑结构中网络基本单元的整数序号0，1，…，k-1，表示为m位二进制数序列的形式。

4.一种基于超立方簇数据中心光互连网络的通信方法，包括如下步骤：

(1)源服务器产生数据分组，并将该数据分组发送至架顶电交换机；

(2)架顶电交换机解析数据分组的目的地址，若目的地址在源服务器所在网络基本单元的内部，则将该数据分组转发至目的服务器，通信过程完成；否则，架顶电交换机查询目的地址所在的网络基本单元的编号，并根据该编号将数据分组存贮至本地缓存的相应子队列中，执行如下步骤；

(3)架顶电交换机周期性查询本地缓存的所有子队列，若子队列中存在待发送数据分组，且在上一周期电交换机没有为子队列产生建链分组，则架顶电交换机为子队列分配通信波长λ_d，产生建链分组并将建链分组发送至架顶光交换机，该建链分组携带的信息包括源基本单元编号(A_c^s，A_r^s)，目的基本单元编号(A_c^d，A_r^d)和通信波长λ_d，其中，A_c^s是源基本单元的簇编号，A_r^s是源基本单元的环编号，A_c^d是目的基本单元的簇编号，A_r^d是目的基本单元的环编号；

(4)架顶光交换机接收建链分组，查询该建链分组的输出端口，并提取该建链分组携带的通信波长λ_d，同时查询该输出端口的通信波长λ_d是否存在被占用的标记；若不存在被占用的标记，则转发建链分组，并标记输出端口的通信波长λ_d被占用；若存在该标记，则将建链分组存贮在输入端口的缓存队列中等待波长释放；

(5)判断建链分组是否到达目的基本单元，若未到达目的基本单元，则返回步骤(4)；若达目的基本单元，则执行步骤(6)；

(6)目的基本单元的架顶光交换机接收建链分组，产生响应分组并将该响应分组发往源基本单元；其中，响应分组携带的信息包括建链分组序号和通信波长λ_d；

(7)判断响应分组是否到达源基本单元，若未到达，则架顶光交换机根据响应分组信息配置输入输出端口，以建立光传输路径，并向源基本单元转发该响应分组；若到达，则执行步骤(8)；

(8)源基本单元的架顶光交换机将响应分组转发至源基本单元的架顶电交换机，架顶电交换机提取响应分组所携带的通信波长λ_d，选择本地缓存的相应子队列，并使用通信波长λ_d将该队列中所有的数据分组发送至架顶光交换机；然后，由源基本单元的架顶电交换机向目的基本单元发送拆链分组；

(9)数据分组通过已经建立的光传输路径到达目的基本单元，目的基本单元的架顶光交换机接收数据分组，并将该数据分组转发至目的基本单元的架顶电交换机，架顶电交换机再将该数据分组转发至目的服务器；

(10)架顶光交换机接收拆链分组，判断拆链分组是否到达目的基本单元，若拆链分组未到达目的基本单元，则架顶光交换机根据拆链分组的信息释放通信波长并转发该拆链分组；若拆链分组到达目的基本单元，则目的基本单元的架顶光交换机销毁该拆链分组，通信过程完成。