[发明专利]一种基于可见光通信的蜂窝状结构无线数据中心网络

说明书

本发明涉及一种基于可见光通信(visible light communication，VLC)的蜂窝状结构无线数据中心网络。VLC通信系统通过密集调制发光二极管(LED)的状态切换来实现传输数据。为符合VLC传播在两个机架间直接建立不受干扰的视距通信路径设计了一种正六边体新型服务器机架。正六边体的每个侧面上安装一个收发器，以及根据特定规则在机架上方安装随机链路。整个无线数据中心网络结构成蜂窝状逐层拓展。为确保所有VLC信号传播所沿着的光路不被任何基础设施组件阻挡，我们在部署的时候要做到源机架和目标机架上的收发器能够完全正面相对，机架顶端的随机链路LED收发器安装在不同的高度的空间层次中，以避免光路遮挡或干扰实现最佳的信号接收效果。

技术领域

本发明涉及数据中心网络结构，具体涉及一种基于可见光通信的蜂窝状结构无线数据中心网络。

背景技术

随着大数据、云计算、人工智能和超级计算等新兴技术在各个领域的广泛应用，数据中心对海量数据的存储、处理和传输能力变得越来越重要。为了满足不同业务对服务质量的需求(如存储容量、处理能力、带宽和延迟等)，数据中心可以通过组网技术扩展到由数百台服务器组成的集中式大型数据中心或分布式小型数据中心。数据中心网络通过电缆、光纤和无线等通信方式建立高效的拓扑结构，将多种物理单元互联互通，负责数据中心内部和数据中心之间的通信功能。如何设计一个扩展性强、可持续、弹性的数据中心网络架构，使网络拓扑适应动态变化的业务流量，对于有效地利用数据中心资源和网络传输带宽，尽可能地减少网络运营和维护支出至关重要。

传统的数据中心网络中，拓扑结构是基于有线设计的，虽然传统的数据中心可以很好地去解决数据中心中作业调度、路由等问题，但是传统的数据中心存在以下明显的缺陷：1)现有的大规模的有线数据中心网络是通过递归的形式构建，在该结构中每个基本单元中的服务器是通过大量的光纤和电缆进行互连的。数据中心的规模宏大，在设计、部署、测试、维修整个数据中心中数以万计的服务器之间电缆和光纤的过程中，工作人员需耗费大量的时间、金钱、精力。2)传统数据中心网络中的过载比通常较高。从机架端到交换机间的过载比可达到1:4。在数据中心中具有如此高过载比的节点极可能会成为热点，这会降低它的性能表现。虽然整个数据中心网络的平均流量不是很高，但工作人员却会因为那些过载比较高的节点而必须选择去重新部署网络。3)由于通过递归构建而成的网络具有多层次的结构特点，因此对已部署完备的网络进行整改是非常复杂且代价昂贵的。为解决这些问题，研究者提出了许多无线DCN解决方案。其中，自由空间光通信(FSO)系统和60GHz射频通信(60GHz)系统是两种使用最广泛的技术。

本发明运用另一个有前景的替代方案，可见光通信技术(visible lightcommunication，VLC)。VLC正在迅速发展，它是一种通过光线传输数据的无线通信技术。VLC链路可以在通信过程中不受干扰地实现10Gbps数据速率。VLC具有以下优点。首先，VLC的收发器成本更低，结构更简单，因为它使用LED产生信号。第二，VLC对人类的安全性更高。相比之下，60GHz将产生电磁辐射，FSO因为使用激光，可能会伤害眼睛和皮肤。第三，与60GHz相比，VLC具有更好的可扩展性。在60GHz通信系统中，由于大量节点之间的频道争用，往往会导致信道较慢的响应和较低的数据接收速率。我们提出了利用VLC来构建无线数据中心结构的设计。

发明内容

本发明提供了一种基于可见光通信的蜂窝状结构无线数据中心网络。达到易于部署、管理和维护，支持重配置，具有更高的传输带宽。

一种基于可见光通信的蜂窝状结构无线数据中心网络，所述蜂窝状结构，具体为每个服务器机架单元被设计成正六面体结构，逐层拓展为蜂窝状结构，其模型如图1所示。

所述蜂窝状结构无线数据中心网络是由一个个正六面体逐级拓展而成。第一层为一个正六面体，拓展一次后为七个正六面体。第二层的六个正六面体都有一个侧面与第一层的一个正六面体的侧面对应。