[发明专利]可重构的互连系统及其拓扑构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机互连网络技术领域，尤其涉及一种动态可重构的互连系统以及该互连系统的拓扑构建方法。

背景技术

近年来，随着互连网产业的发展，不断推出新兴的网络应用，从而使互连网用户数量快速增加。另一方面，云计算产业的兴起与发展，促使众多企业将业务部署到私有或公有的云计算集群中，使得承载着大数据处理、互连网应用、云计算、科学计算等多种不同类型应用的数据中心规模不断增长。然而，现有数据中心通常使用固定单一的互连网络结构，很难高效地满足多种通信特征的需求和灵活的带宽分配。

目前，有多种光交换技术可以用于计算机互连网络中，例如基于AWG(阵列波导光栅)的光交换技术、基于WSS(波长选择开关)的光交换技术、基于WDM(波分复用)的光传输技术等适合解决光网络动态重构问题。在最典型的数据中心光网络中，例如Helios，光域网络和电域网络均参与全局通信，传统的电域网络作为基础网络，光域网络作为辅助网络，用于传输持续时间长的流，通过控制MEMS(微机电控制)交换机实现光连接切换；在另一种混合网络结构中，例如OSA，电域网络用于机柜内互连，光域网络用于机柜间连接，使用MEMS交换机实现光连接切换；在其它网络结构，例如Petabit，采用了多级AWGR(阵列波导光栅路由器)构成网络结构，基于统一的电域网络控制平面对各级的可调谐激光器和TWC(可调谐波长变换器)进行统一控制。然而，尽管上述光交换网络利用了光互连的高带宽和低延迟的特性，但是其规模和性能受限于其控制平面的拓展性和性能以及光器件的规格，难以应用于大规模节点的数据中心互连网络，网络连接的灵活性不足，很难进行拓扑的动态重构以匹配不断变化的通信负载需求。

在现有光电混合网络中，主要采用光的两种特点实现灵活性，一种是波长路由，另一种是空间光路切换。基于空间光路变化的技术切换延时较大，如MEMS技术实现，空间光路切换的缺陷是由器件切换速度限制导致的；基于波长路由的技术控制复杂度大，如需要对TWC和可调谐激光器的进行控制，基于无源光器件AWG波长路由的缺陷在于采用了在收发器上的波长分配和在传输过程中的波长切换，收发器和波长转换器等是分布式的而控制器是集中式的，因而受到控制平面的限制，同时波长分配算法复杂导致规模不易拓展。

总之，在现有的光电混合网络的互连系统中，系统的规模和性能难以实现动态变换逻辑拓扑和带宽分配，导致不能有效的提高数据中心的资源利用率以及进行拓扑的动态重构等问题，从而很难灵活地匹配不断变化的通信负载需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，经过对现有光交换器件的研究发现，大端口WSS光器件能够具备变换速度快和可集中式控制的特点，通过合理配置可以组建大规模网络，从而满足动态拓扑构建和带宽分配两个目标。

根据本发明的第一方面，提供了一种可重构的互连系统。该系统包括电域网络层和至少一层光域网络层，其中，所述电域网络层包括用于将电域信号和光信号进行相互转换的收发器，所述光域网络层包括信号复用/分离器以及基于波长选择开关的光交换机，所述收发器连接至所述信号复用/分离器，所述信号复用/分离器连接至所述光域网络层的所述基于波长选择开关的光交换机。

根据本发明的一个实施例，所述系统包括两层光域网络层，所述电域网络层中的收发器分为多组，其中一个收发器组用于第一层光域网络的连接，其余收发器组用于第二层光域网络层的多个维度的连接。

根据本发明的一个实施例，所述光交换机由通过光纤进行部分连接的多个波长选择开关构成。

根据本发明的一个实施例，所述光交换机由通过光纤进行全连接的多个波长选择开关构成。

根据本发明的一个实施例，对于由p+1个1：q端口的波长选择开关构成的所述光交换机，连接规则为第i个波长选择开关的第(j-i-1+p)％p个端口连接至第j个波长选择开关的第(i-j-1+p)个端口，其中，q大于等于p。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于本发明的系统的波长分配方法，包括以下步骤：

设置图G(N,E)，将所述系统中的光交换机的端口表示为图中的节点N，将节点间的边表示为E；

将数量为n的输入波长表示为颜色集合C，将C中的颜色分配给所述多重图中的边，其中，每个节点引出的边的颜色不相同且每个边至少分配一种颜色。

在本发明的波长分配方法中，图G(N,E)为多重图，至少一对节点之间有两条或两条以上的边。

在本发明的波长分配方法中，其中，图G(N,E)为简单图，任意一对节点之间至多有一条边。