[发明专利]基于石墨结构的无线数据中心分层拓扑结构及其构建方法

说明书

一种基于石墨结构的无线数据中心分层拓扑结构及其构建方法，该三维分层拓扑结构由若干层网状网络组成，每层网状网络由若干相同形状的六边形网格组成，每个六边形网格均由六个高度方向可调的60GHz定向号角天线组成。本发明能够使得天线在60GHz无线信号的传输范围内可以尽可能多地与周围的天线建立连接，提高数据中心连通性，从而大大改善数据中心的表现。

技术领域

本发明涉及的是一种无线网络领域的技术，具体是一种60GHz基于石墨结构的无线数据中心分层拓扑结构及其构建方法。

背景技术

受限于传统有线数据中心网络的布线复杂、可扩展性差、散热困难等，无线数据中心网络的构建成为一个新的研究方向。

60GHz无线通信技术日益成熟，这段频谱对于绝大多数国家而言是免许可的，且有着传统的2.4GHz和5GHz无法比拟的优越性。首先，可免费试用的57GHz至64GHz之间的7Gbps的频段可以实现高速无线通信。其次，60GHz频率高，可以调制出波束角很小的电磁波，天线的方向性得到了增强，同时较窄的波面使得无线连接之间的干扰很小，所以可将多个60GHz射频发送接收装置安装在同样的机架顶端，即使它们工作在同一频段。最后尽管60GHz无线信号波宽窄，但是借助于简单的可视化调整工具可以实现精确调整，部署容易。

在波束赋形技术的帮助下，60GHz无线传输能量得到集中，传输方向可以很好地校准，目前成型的天线有号角天线和天线阵列，价格并不昂贵。若配合机械及电机械装置，这些天线可以取得细粒度的方向控制。

虽然60GHz应用于无线数据中心优势众多，但是其随距离增加衰减快、传播易被障碍物阻挡等问题成为有效利用60GHz无线通信技术的最大障碍，合理解决这些问题尤为重要。

经过对现有技术的检索发现，目前的技术并没有很好地解决以上问题。Shin J等在”On the feasibility of completely wireless datacenters”提出的使用圆柱形的机架以及扇形的服务器来充分利用无线连接，然而这样的设计仍然囿于平面拓扑结构且机架密度较大，如果大部分连接位于同一个平面中，那么信号阻挡问题发生的频率会明显提高，且60GHz无线信号的传输范围会限制邻居节点的通信，网络连通性受到了干扰。Kandula S等在”Flyways to de-congest data center networks”中对路由及天线布置进行了优化，但是仍然没有摆脱平面结构的限制。周夏在”Mirror mirror on the ceiling：flexiblewireless links for data centers”创造性地提出了利用天花板反射建立任意两个机架之间的非直线连接，有效解决了信号阻断问题，然而在现代数据中心中考虑到散热等需求，天花板往往很高，此时该技术难以奏效且由于反射的存在而显著减小了天线在水平面上的有效通信范围。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于石墨结构的无线数据中心分层拓扑结构及其构建方法，能够使得天线在60GHz无线信号的传输范围内可以尽可能多地与周围的天线建立连接，提高数据中心连通性，从而大大改善数据中心的表现。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于石墨结构的无线数据中心分层拓扑结构，该三维分层拓扑结构由若干层网状网络组成，每层网状网络由若干相同形状的六边形网格组成，每个六边形网格均由六个高度方向可调的60GHz定向号角天线组成。

所述的网状网络中任意相邻两层网状网络之间的距离为其中：s为层数，t＝max(x，y)，a为号角天线的直径，x、y为无线网状网络的大小。

所述的网状网络中，每一行和每一列避免三个以上的所述定向号角天线位于同一层网状网络中。

所述的高度方向可调的60GHz定向号角天线通过设置于三维活动机架上得以实现其高度可调、头部可旋转、角度可调节。