[发明专利]用于实现多维光电路交换结构的方法和装置

说明书

技术领域

本发明的实施方案总体涉及计算机网络交换机设计和网络管理。更特别地，本发明涉及可扩展的和自优化的光电路交换网络，和用于管理这种网络的方法。

背景技术

在传统的数据中心内，网络负载已经从局域通信(如机架内或子网内的通信)发展为全球通信(如全互换通信)。全球通信需要任何两个服务器之间的高网络吞吐量。传统的数据中心网络的超额预定的树状架构向层次树的局域区域提供丰富的网络带宽，但向偏远区域提供稀缺的带宽。为此，这种传统的架构不适合当今的全球数据中心网络通信的特点。

提出了多种下一代数据中心网络交换结构和服务器互联架构以处理全球通信问题。一个这样提议的架构是一个完全平坦的网络架构，在该结构中实现了全互换无阻塞通信。即，所有服务器可以同时以线路速度与所有其他的服务器通信。这种设计模式的代表是克洛斯网络(Clos-network)基础架构，如胖树(Fat Tree)和VL2。这些系统使用高度冗余开关和线缆以实现高网络吞吐量。然而，这些设计有几个关键的限制。首先，冗余开关和线缆显著增加了用于构建网络架构的成本。其次，复杂的互连导致了高的布线复杂性，使得这样的设计在实践中不可行。最后，实现的时时全互换无阻塞网络通信在实际设置中是不必要的，在实际设置中高吞吐量通信仅仅在特定时间段期间是需要的并且受限于服务器的子设备，这可以随时间改变。

第二个这样提议的架构尝试通过构造具有请求式高吞吐量路径的超额预定的网络来处理这些限制以解决网络拥挤和热点。具体地，c-Through和Helios设计混合电气和光纤网络架构，其中，电气部分是负责维护所有服务器之间的连通性并为低带宽流量交付通信量以及光纤部分为具有巨大的网络通信量的服务器对提供请求式的高带宽链接。另一个提议被称为飞路(Flyways)，与c-Through和Helios是非常相似的，除了它用无线连接代替光纤链接。这些提议具有类似的缺点。

与这些架构相比，被称为OSA的新提议的系统追求全光设计并且采用光交换和光波分复用技术。然而，在OSA中的光交换矩阵或微电子机械系统(MEMS)的元件显著增加了所提议架构的成本并且更重要的是限制了OSA仅适用于小型或中型数据中心。

因此，希望提供具有波分复用和波长转换和路由技术的高维光电路交换结构，该结构适合于所有规模的数据中心并且该结构减少成本和改善系统的可扩展性和可靠性。进一步希望控制光电路交换结构以支持大量网络节点或服务器的高性能互连。

发明内容

在一个实施方案中，描述了光交换系统。所述系统包括多个相互连接的波长选择交换单元。每个波长选择交换单元与一个或多个服务器机架关联。相互连接的波长选择交换单元被设置为固定结构的高维度互联构架，该架构包括多个固定的和结构化的光链路。光链路设置为k元n立方体、环形、网状、圆环、直接二进制n立方体、间接二进制n立方体、欧米伽网络(Omega network)或超立方体架构。

在另一个实施方案中，描述了广播/选择光交换单元。光交换单元包括多路转接器、光分波器、波长选择开关和多路输出选择器。多路转接器具有多个第一输入端口。多路转接器配置为将多个来自于多个第一输入端口的不同波长的信号合并入第一光链路上的第一信号输出。光分波器具有多个第一输出端口。光分波器配置为接收来自第一光链路的第一信号并在多个第一输出端口上将第一信号复制为多个复制的第一信号。复制的第一信号被传送到一个或多个第二光交换单元。波长选择开关具有多个第二输入端口。波长选择开关配置为接收来自一个或多个第三光交换单元的一个或多个复制的第二信号并且在第二光链路上输出第三信号。一个或多个复制的第二信号由一个或多个第三光交换单元的第二光分波器生成。多路输出选择器具有多个第二输出端口。每个第二输出端口具有不同的波长。多路输出选择器配置为接收来自第二光链路的第三信号并且将第三信号分离进入多个第二输出端口。