[发明专利]一种面向AWGR光交换数据中心网络的资源调度方法及架构

说明书

本发明公开了一种面向AWGR光交换数据中心网络的资源调度方法，包括通过调度器收集流量信息，对流量信息进行排序，按照排序对流量信息进行分析判断，确定当前流能否发送,若能发送则将该部分的流量信息加入结果列表，最后对结果列表的长度进行确认，确定后下发调度指令；对应的架构包括机架和与机架连接的调度器和阵列波导光栅，机架包括架顶交换机和多台服务器，服务器之间通过架顶交换机的数据交换拓扑实现通信。此调度方法通过对时隙与波长的分配，解决了光交换网络中光数据包冲突与光波长资源有限的问题，通过调度策略，解决光波长资源及时分配、光数据冲突包重传时延问题，同时采用“错位时隙”方法，规避了“请求‑响应”过程带来的等待时延。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体为一种面向AWGR光交换数据中心网络的资源调度方法及架构。

背景技术

随着云计算，移动互联网，流媒体的快速发展，数据中心网络流量正在呈指数级增长，这对数据中心的性能提出了越来越高的要求。当前数据中心是由电交换机将数以万计乃至百万计的服务器连接在一起，这些服务器之间通过频繁的交互以及储存数据来满足用户实时动态的需求。由于封装技术的限制，电交换机I/O端口的带宽增速远低于快速增长的网络流量需求；同时，传统数据中心采用电交换机互联的网络架构，交换机之间通信过程需要频繁的光-电-光转换，这个过程带来了巨大的能耗。数据包在经过每一级交换机时需经历多级排队和处理的等待时延，这极大增加了数据传输时延。因此，传统电交换架构的数据中心网络在交换节点和网络结构方面面临快速增长流量带来的巨大挑战，为了克服以上缺点，新型光交换数据中心网络架构逐渐流行。

得益于对数据调制格式和传输速率的透明特性，光交换机具有极大地I/O端口交换带宽，相比传统电交换的多层体系架构，具有高度分布式控制的扁平化光交换架构在提供大容量和可扩展性的同时，缩短了控制器的处理时间，进而从吞吐量、延迟等方面优化了网络的整体性能。阵列波导光栅（AWGR）是一种无源光学器件，从给定输入端口的波长循环路由通过输出端口，将这种无源光学器件与固定波长激光器配合使用可以组成数据中心光互连交换结构。因为光缓存的缺失，基于AWGR的光交换数据中心网络在数据的传输过程中当一个目的端口同时有两个或更多的源端口（波长）同时发送数据时，目的端口就会出现光冲突与丢包的现象；在小规模数据中心光网络中可以采用全连接的形式，也就是每个收发端都设置一个独占的波长进行数据发送，但因为阵列波导光栅（AWGR）的特性限制，阵列波导光栅（AWGR）端口数量有限，全连接的网络结构无法互连大规模的数据中心网络。

为解决以上波长冲突的问题，需要使用调度方案对AWGR中数据传输进行调度以避免数据包冲突问题，同时为满足数据中心规模增长的需要且避免波长资源有限的限制，会使用划分时隙的方式指导波长的有序发送。目前一些静态调度方案采用轮询的方式来安排转发的时间段和波长，即假设有n个波长可以发送数据，有m个端口需要发送数据（nm），这时在这个时间段会选择m个端口中的第1到n个端口发送数据，接着在下一个时段选择第n+1到n+n个端口发送数据，当最后一个发送端口被选择后，再从第一个发送端口开始循环。

全连接方式缺点：使用全连接的方式可解决AWGR数据中心网络的波长冲突问题，即每个收发端之间都有一个独占的物理波长信道进行互连，但是这种互连方式会大量占用AWGR的端口数。由于制造工艺的限制，阵列波导光栅（AWGR）端口数不可能随着网络规模的上升无限制增长，这种互连方式只能应用在微小型数据中心网络。

静态调度方案缺点：在静态调度方案中使用轮询的方式安排转发时隙与波长，每个可能会发生冲突的端口会尽可能分配不同的时隙或波长，这种调度方式无法将光波长资源及时的分配给占用比最高缓存中的最需要传输数据，无法满足数据中心网络突发流量对网络带宽（时隙、波长）资源的实时性需求。同时，此调度方案中的“请求-响应”过程，数据发送需要等待“响应”过程，会增加数据传输时的等待时延。

中国专利CN105959163A公开了一种基于软件定义的无源光互连网络结构及数据通信方法，其能降低功耗和时延以及可靠性，但其应用场景受限，也无法保证实时性的需求。

发明内容