基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信方法
【專利摘要】基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信方法，涉及云計(jì)算數(shù)據(jù)中心【技術(shù)領(lǐng)域】，該結(jié)構(gòu)包括有核心電交換機(jī)、光路由器、架頂交換機(jī)、服務(wù)器、控制模塊、光載波分發(fā)單元和多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)目的服務(wù)器地址和流量大小進(jìn)行通信光載波的分配；源服務(wù)器將數(shù)據(jù)封裝后發(fā)送至架頂交換機(jī)；控制模塊根據(jù)數(shù)據(jù)信息的目的服務(wù)器地址和流量特征以及相應(yīng)的路由算法決定選擇電交換路徑或光路由路徑對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。架頂交換機(jī)根據(jù)控制模塊的指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行光調(diào)制并轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)電交換或光路由路徑。本發(fā)明具有很好的節(jié)能效果，構(gòu)建成本低，提高了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的管理效率和網(wǎng)絡(luò)的性能。
【專利說(shuō)明】基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及云計(jì)算數(shù)據(jù)中心【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002]云計(jì)算是一種利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、按需、便捷地訪問(wèn)共享資源池的計(jì)算模式，這類資源池包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源和應(yīng)用程序等。而數(shù)據(jù)中心是云計(jì)算的核心平臺(tái)和基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)(DCN)則是數(shù)據(jù)中心內(nèi)互連大規(guī)模服務(wù)器實(shí)現(xiàn)大型分布式計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器間海量數(shù)據(jù)的傳輸和通信。目前有多種數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，典型代表結(jié)構(gòu)有Fat-tree (改進(jìn)型電交換數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò))，Helios (混合光電路交換和電分組交換數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò))以及OSA (全光電路交換數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò))。
[0003]其中Fat-tree是傳統(tǒng)樹形數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)分為3層，分別是:核心層交換機(jī)、匯聚層交換機(jī)和接入層交換機(jī)。通過(guò)增加一定的布線復(fù)雜度來(lái)連接成一個(gè)胖樹形網(wǎng)絡(luò)，即每臺(tái)接入交換機(jī)與每臺(tái)匯聚交換機(jī)都相連，構(gòu)成完全二分圖，每臺(tái)匯聚交換機(jī)又與某部分核心交換機(jī)相連，提供無(wú)阻塞通信。Fat-tree結(jié)構(gòu)在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性，但是存在很多設(shè)計(jì)缺陷:1)擴(kuò)展性差，隨著交換機(jī)數(shù)量增多，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部連線特別復(fù)雜。2)核心交換機(jī)瓶頸，核心交換機(jī)是帶寬和性能的瓶頸。3)能耗過(guò)高，能耗問(wèn)題是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商不可忽視的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
[0004]Helios網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是由ToR交換機(jī)(稱為pod交換機(jī))和核心層交換機(jī)組成的兩層結(jié)構(gòu)。pod交換機(jī)是常見的電分組交換機(jī)，核心層由電分組交換機(jī)和光電路交換機(jī)組成，從而構(gòu)成混合光電路交換和電分組交換數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中核心層電分組交換機(jī)用于POd交換機(jī)之間的全通信，而光電路交換機(jī)用于pod交換機(jī)之間高帶寬緩慢變換流量(通常是長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間流量)的通信。Pod交換機(jī)與光電路交換機(jī)連接時(shí)采用WDM (wavelengthdivision multiplex,波分復(fù)用)技術(shù)將多個(gè)端口的不同載波波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用到同一條光纖鏈路中進(jìn)行傳輸，充分利用光纖的高帶寬、大容量的特性提高數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)性能。但是Helios結(jié)構(gòu)也存在一些不足:1)時(shí)延大,在光交換中使用光電路交換機(jī)，即基于微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)的交換機(jī)，當(dāng)流量矩陣變化時(shí)，光電路交換機(jī)的重構(gòu)過(guò)程非常耗時(shí)，通常為幾十毫秒，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)時(shí)延比較長(zhǎng)。2)能耗大。
[0005]全光互連數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)OSA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)利用光電路交換機(jī)連接所有的架頂(ToR)交換機(jī)。其中每個(gè)架頂交換機(jī)上有多個(gè)不同波長(zhǎng)的光收發(fā)器。不同的數(shù)據(jù)調(diào)制到不同波長(zhǎng)的光載波上進(jìn)行傳輸，首先，不同波長(zhǎng)的光信號(hào)被復(fù)用器復(fù)用，然后，波長(zhǎng)選擇開關(guān)(WSS)將接收到的復(fù)用信號(hào)通過(guò)不同波長(zhǎng)映射到不同的輸出端口，最后，光信號(hào)通過(guò)光交換矩陣實(shí)現(xiàn)不同端口之間的通信。同時(shí)為了有效利用光交換機(jī)端口，通過(guò)使用光環(huán)形器(OpticalCirculator)實(shí)現(xiàn)在同一條光纖上實(shí)現(xiàn)雙向傳輸數(shù)據(jù)。從而在架頂交換機(jī)之間建立一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的連接。OSA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)粗粒度靈活帶寬，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，但是也存在不足:1)時(shí)延大，該結(jié)構(gòu)使用MEMS交換機(jī)進(jìn)行信號(hào)交換，其重構(gòu)時(shí)間一般需要幾十毫秒，則該結(jié)構(gòu)不能應(yīng)對(duì)流量快速波動(dòng)的應(yīng)用。2)不易處理突發(fā)流量，與分組交換相比，光電路交換對(duì)于突發(fā)流量的支持不好。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難以滿足未來(lái)云計(jì)算數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)膸挕r(shí)延和能耗等要求，已經(jīng)成為現(xiàn)代云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的瓶頸所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種高性能、高吞吐量和高擴(kuò)展性的基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的該目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括有核心電交換機(jī)、光路由器、架頂交換機(jī)、服務(wù)器、控制模塊、光載波分發(fā)單元和多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)，每臺(tái)架頂交換機(jī)下均連接有一臺(tái)以上的服務(wù)器，每臺(tái)架頂交換機(jī)均分別與核心電交換機(jī)和光路由器連接，控制模塊控制架頂交換機(jī)選擇電交換或光路由進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，控制模塊控制光載波分發(fā)單元分配多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)產(chǎn)生的光載波，為每臺(tái)架頂交換機(jī)提供相應(yīng)波長(zhǎng)的光載波。
[0009]進(jìn)一步，所述光載波分發(fā)單元為波長(zhǎng)選擇開關(guān)或由光耦合器與波長(zhǎng)選擇開關(guān)構(gòu)成。
[0010]進(jìn)一步，所述架頂交換機(jī)設(shè)置有電光電轉(zhuǎn)換電路，用于將服務(wù)器上傳的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，發(fā)送至核心電交換機(jī)或光路由器；并將核心電交換機(jī)或光路由器發(fā)送的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再轉(zhuǎn)發(fā)至目的服務(wù)器。
[0011]進(jìn)一步，所述核心電交換機(jī)設(shè)置有光電光轉(zhuǎn)換電路，用于將架頂交換機(jī)上傳的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，讀取其轉(zhuǎn)發(fā)的目的服務(wù)器地址信息，再轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，根據(jù)目的服務(wù)器地址信息發(fā)送至相應(yīng)架頂交換機(jī)和目的服務(wù)器。
[0012]進(jìn)一步，所述光路由器為C-AWGR循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵路由器。
[0013]本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方法，它可以通過(guò)電交換和光路由實(shí)現(xiàn)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信。
[0014]本發(fā)明的該目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，具體步驟如下:
[0015]I)為每臺(tái)服務(wù)器分配唯一的服務(wù)器地址，確定每臺(tái)架頂交換機(jī)接入光路由器的進(jìn)口序號(hào)和出口序號(hào)；
[0016]2)源服務(wù)器將需要發(fā)送的信息封裝后發(fā)送至架頂交換機(jī)，封裝的信息包括有源服務(wù)器的地址信息和目的服務(wù)器的地址信息；
[0017]3)控制模塊根據(jù)架頂交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)信息的流量特征和目的服務(wù)器地址信息，決定架頂服務(wù)器選擇電交換或光路由，若選擇電交換，則轉(zhuǎn)入步驟4)，若選擇光路由，則轉(zhuǎn)入步驟5)；
[0018]4)架頂交換機(jī)根據(jù)控制模塊的控制，將源服務(wù)器上傳的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并將光信號(hào)發(fā)送至核心電交換機(jī)，核心電交換機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，讀取目的服務(wù)器地址信息，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換回光信號(hào)，并根據(jù)目的服務(wù)器地址信息，將光信號(hào)發(fā)送至目的服務(wù)器所在架頂交換機(jī)，目的服務(wù)器所在架頂交換機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)發(fā)送至目的服務(wù)器；
[0019]5)架頂交換機(jī)根據(jù)控制模塊的控制,將源服務(wù)器上傳的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)；在控制模塊中儲(chǔ)存有光載波波長(zhǎng)分配列表，控制模塊根據(jù)源服務(wù)器上傳的源服務(wù)器地址信息和目的服務(wù)器地址信息，查找目的服務(wù)器所在架頂交換機(jī)連接光路由器的出口序號(hào)和源服務(wù)器所在架頂交換機(jī)連接光路由器的進(jìn)口序號(hào)；控制模塊根據(jù)目的服務(wù)器地址信息、目的服務(wù)器所在架頂交換機(jī)連接光路由器的出口序號(hào)、源服務(wù)器地址信息和源服務(wù)器所在架頂交換機(jī)連接光路由器的進(jìn)口序號(hào)確定分配給架頂交換機(jī)用于數(shù)據(jù)調(diào)制和發(fā)送的光信號(hào)載波波長(zhǎng)；
[0020]源服務(wù)器所在的架頂交換機(jī)將轉(zhuǎn)換的光信號(hào)發(fā)送至光路由器，光路由器根據(jù)光信號(hào)的波長(zhǎng)，將光信號(hào)發(fā)送至目的服務(wù)器所在的架頂交換機(jī)，目的服務(wù)器所在的架頂交換機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，讀取目的服務(wù)器地址信息，將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)發(fā)送至目的服務(wù)器。
[0021]進(jìn)一步，步驟3)中所述控制模塊決定架頂交換機(jī)選擇電交換或光路由的原則是:將架頂交換機(jī)接收到的數(shù)據(jù)信息分為大流量信息和小流量信息，大流量信息選擇光路由，小流量信息選擇電交換。
[0022]進(jìn)一步，步驟4)和步驟5)中架頂交換機(jī)在上傳數(shù)據(jù)的過(guò)程中，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)時(shí)米用以下方法:多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)一直產(chǎn)生多波長(zhǎng)的光載波，光載波分發(fā)單兀根據(jù)控制模塊指令，為各個(gè)架頂交換機(jī)的數(shù)據(jù)流量分配對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光載波。
[0023]進(jìn)一步，步驟4)和步驟5)中架頂交換機(jī)在上傳數(shù)據(jù)的過(guò)程中，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)時(shí)采用以下方法:控制模塊控制光載波分發(fā)單元對(duì)光源產(chǎn)生的多個(gè)光載波進(jìn)行分配，架頂交換機(jī)對(duì)分配的光載波進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制和傳輸。
[0024]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0025]1、本發(fā)明具有很好的節(jié)能效果。對(duì)該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能耗進(jìn)行數(shù)值分析，與現(xiàn)有典型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)(Fat-tree,Helios和0SA)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能耗最小。當(dāng)各網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)器數(shù)量為65536個(gè)時(shí)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)能耗相對(duì)于Fat-tree數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)降低52.9%，相對(duì)于Helios能耗降低22.9%，相對(duì)于OSA能耗降低16.9%。利用本發(fā)明可以構(gòu)建綠色數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，減少碳排放，節(jié)約能源；
[0026]2、本發(fā)明構(gòu)建成本低。對(duì)構(gòu)建該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的成本進(jìn)行數(shù)值分析，與現(xiàn)有典型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)(Fat_tree、Helios和0SA)結(jié)構(gòu)構(gòu)建成本進(jìn)行對(duì)比,本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成本比較低。當(dāng)各網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)器數(shù)量為65536個(gè)時(shí)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)成本比Fat-tree網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)低34.77%，比Helios網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成本低24.25%，僅比OSA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成本高2.88% ；
[0027]3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)引入軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)該數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中式控制，統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)一調(diào)度網(wǎng)絡(luò)流量。直接降低了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)管理和運(yùn)行復(fù)雜度。不僅減少了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的人力和財(cái)力，而且還提高了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的管理效率；
[0028]4、本發(fā)明使用光路由和電交換技術(shù)相結(jié)合，使用控制平面的通用分布式算法來(lái)協(xié)調(diào)交換機(jī)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，使得網(wǎng)絡(luò)吞吐量達(dá)到最大而分組延遲降為最小，有效提聞了網(wǎng)絡(luò)的性能。
[0029]本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書和權(quán)利要求書來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0030]本發(fā)明的【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】如下。
[0031]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明的流程示意圖；
[0033]圖3為光載波分發(fā)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵路由器的波長(zhǎng)傳輸關(guān)系示意圖；
[0035]圖5為控制模塊的控制原理流程示意圖；
[0036]圖6為實(shí)施例一的工作狀態(tài)示意圖；
[0037]圖7為實(shí)施例二的工作狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0039]基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的交換網(wǎng)絡(luò)分別由電交換和光路由組成。架頂交換機(jī)通過(guò)控制模塊的光載波分發(fā)單元，使用多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)提供的大量光載波用于數(shù)據(jù)調(diào)制和傳輸。其中光路由部分對(duì)架頂交換機(jī)間的大容量流量進(jìn)行路由，而電交換部分則交換小流量的分組。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)管理者通過(guò)控制模塊上的軟件自動(dòng)地向各個(gè)架頂交換機(jī)發(fā)送控制信息用于配置混合光路由和電交換互連網(wǎng)絡(luò)。
[0040]多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供光載波用于數(shù)據(jù)調(diào)制和傳輸。多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)要解決的技術(shù)問(wèn)題是能同時(shí)產(chǎn)生大量波長(zhǎng)可控、載波間隔統(tǒng)一細(xì)小、質(zhì)量良好的光載波。為了解決以上多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)優(yōu)先考慮采用多波長(zhǎng)光源，多波長(zhǎng)光源產(chǎn)生的大量光載波光頻譜粒度劃分細(xì)，光頻譜分配更加靈活，滿足并有效解決了本發(fā)明的技術(shù)要求。其次考慮使用可調(diào)諧激光器為數(shù)據(jù)調(diào)制和傳輸提供大量光載波。
[0041]光載波分發(fā)單元主要由波長(zhǎng)選擇開關(guān)構(gòu)成，如圖3所示。波長(zhǎng)選擇開關(guān)是典型的IXn光器件,將輸入的光載波波長(zhǎng)集分發(fā)到不同的輸出端口，輸出端口輸出不同的波長(zhǎng)的光載波。
[0042]本發(fā)明的交換網(wǎng)絡(luò)包括有電交換網(wǎng)絡(luò)和光路由網(wǎng)絡(luò)，要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)光路由路徑對(duì)架頂交換機(jī)的大容量流量進(jìn)行路由，而電交換網(wǎng)絡(luò)部分負(fù)責(zé)發(fā)送小流量的分組，解決方法包括:交換網(wǎng)絡(luò)由光路由和電交換兩個(gè)路徑構(gòu)成，光路由路徑采用C-AWGR循環(huán)陣列波長(zhǎng)路由器連接架頂交換機(jī)構(gòu)成，電交換路徑由一個(gè)電分組交換機(jī)連接架頂交換機(jī)構(gòu)成。構(gòu)建所述交換網(wǎng)絡(luò)的架頂交換機(jī)和電分組交換機(jī)均支持Openflow功能。網(wǎng)絡(luò)管理者通過(guò)控制模塊自動(dòng)發(fā)送控制信息給架頂交換機(jī)用于配制光路由和電交換混合互連網(wǎng)絡(luò)。在所述控制平面的控制模塊的管理下把電子幀調(diào)制到光載波上將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，被發(fā)送到光互連網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行路由。在接收端，目的服務(wù)器的上層架頂交換機(jī)只要簡(jiǎn)單地把快速可調(diào)諧濾波器調(diào)制到相應(yīng)波長(zhǎng)的光載波上就能夠接收數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的傳輸和交換。
[0043]控制模塊連接各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括架頂交換機(jī)和光載波分發(fā)單元?？刂颇K要解決的技術(shù)問(wèn)題是收集整個(gè)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，并由運(yùn)行的相應(yīng)算法程序?qū)λ芯W(wǎng)絡(luò)設(shè)備的行為進(jìn)行統(tǒng)一控制?？刂颇K包括兩個(gè)方面:I)控制光載波分發(fā)單元進(jìn)行有效的光載波分發(fā)。控制模塊獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息后，根據(jù)光載波分發(fā)算法，選擇最優(yōu)的方案并將控制信息寫入光載波分發(fā)單元的控制程序中。2)控制架頂交換機(jī)間流量的合理分配?？刂颇K通過(guò)對(duì)流量特性及架頂交換機(jī)緩存狀態(tài)的分析，決定流量發(fā)送至電交換網(wǎng)絡(luò)或光路由網(wǎng)絡(luò)，并將對(duì)應(yīng)規(guī)則寫入相關(guān)的架頂交換機(jī)。
[0044]本發(fā)明與已有的混合光電路交換和電分組交換數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)之間最主要的差別有:1)將軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集中式控制方式獲取網(wǎng)絡(luò)整體視圖，并根據(jù)整體視圖對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。提高了網(wǎng)絡(luò)管理效率，降低了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度。2)與現(xiàn)有的混合光電數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)采用光混合光電路交換和電分組交換不同，本發(fā)明避免使用光電路交換導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)配置復(fù)雜和長(zhǎng)時(shí)延，而使用C-AWGR循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵路由器構(gòu)成的光路由網(wǎng)絡(luò)和電分組交換網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，利用循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵路由器的循環(huán)波長(zhǎng)路由特性，無(wú)需配置，直接路由，提高了網(wǎng)絡(luò)性能，降低復(fù)雜度和時(shí)延。3)本發(fā)明的光路由網(wǎng)絡(luò)部分采用基于循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵的光路由。循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵具有循環(huán)波長(zhǎng)路由的特性:不同的波長(zhǎng)可承載不同類型的信號(hào)，而且相同的波長(zhǎng)也可承載不同的信號(hào)從不同的輸入端口輸入，而在輸出端口不會(huì)發(fā)生碰撞。圖4所不是5X5的循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵路由器的波長(zhǎng)傳輸關(guān)系，al、a2、a3、a4、a5是輸入端口，bl、b2、b3、b4、b5是輸出端口，每個(gè)輸入端口輸入5個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分別到5個(gè)輸出端口中，而每個(gè)輸出端口中輸出的5個(gè)不同波長(zhǎng)光信號(hào)分別來(lái)自5個(gè)輸入端口，輸入和輸出之間有循環(huán)移位特性，從而實(shí)現(xiàn)路由選擇功能。同時(shí)光互連網(wǎng)絡(luò)中使用的C-AWGR循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵路由器是無(wú)源光學(xué)器件，可以有效降低網(wǎng)絡(luò)整體能耗。
[0045]本發(fā)明是一種基于軟件定義的混合光路由和電分組交換數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的控制方法，如圖5所示，該方法包括:
[0046]步驟501，位于控制平面的流量分發(fā)機(jī)制通過(guò)對(duì)流量特性及交換機(jī)緩存狀態(tài)的分析，決定流量發(fā)送至電交換網(wǎng)絡(luò)或者光互連網(wǎng)絡(luò)，并將對(duì)應(yīng)規(guī)則發(fā)送至架頂交換機(jī)。
[0047]電交換網(wǎng)絡(luò)為第二層電分組交換機(jī)構(gòu)成。流量在電交換網(wǎng)絡(luò)中是以電分組交換的形式進(jìn)行的，在交換機(jī)節(jié)點(diǎn)處需要將分組存儲(chǔ)后，對(duì)分組頭部的轉(zhuǎn)發(fā)地址進(jìn)行匹配后再轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出端口。在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中存在時(shí)延，因此大量高速數(shù)據(jù)流通過(guò)電分組交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)經(jīng)歷分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)處理時(shí)延。光路由是采用循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵路由器(C-AWGR:cycle array waveguide grating router)構(gòu)成的光互連網(wǎng)絡(luò)。流量在光互連網(wǎng)絡(luò)中以光信號(hào)的形式路由，C-AWGR根據(jù)不同的載波波長(zhǎng)被路由到相應(yīng)的輸出端口。在光互連網(wǎng)絡(luò)中不需要對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處理或者轉(zhuǎn)換，也不需要對(duì)交換設(shè)備進(jìn)行配置，數(shù)據(jù)流在光互連網(wǎng)絡(luò)中透明的傳輸。
[0048]步驟502，控制模塊在滿足數(shù)據(jù)信息傳輸和調(diào)制的前提下，為數(shù)據(jù)信息分發(fā)高質(zhì)量的光載波。
[0049]數(shù)據(jù)流量通過(guò)光互連網(wǎng)絡(luò)時(shí)利用C-AWGR的波長(zhǎng)循環(huán)路由特性實(shí)現(xiàn)在服務(wù)器之間的通信?？刂颇K為不同速率的、不同輸出端口的數(shù)據(jù)流分配合適的高質(zhì)量載波，使得數(shù)據(jù)流能夠準(zhǔn)確的、高效的被路由到目的服務(wù)器。
[0050]步驟503，控制模塊面向流量接收的節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)機(jī)制利用通用分布式算法來(lái)協(xié)調(diào)交換機(jī)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。
[0051]實(shí)施例一
[0052]如圖6所示，數(shù)據(jù)分組通過(guò)銅纜到達(dá)架頂交換機(jī)，經(jīng)過(guò)控制模塊分析，通過(guò)電交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。服務(wù)器A向服務(wù)器B發(fā)送連接請(qǐng)求，首先將數(shù)據(jù)分組發(fā)送到架頂交換機(jī)處緩存?？刂颇K根據(jù)分析流量特征和交換機(jī)緩存信息的數(shù)據(jù)，決定數(shù)據(jù)分組通過(guò)電交換網(wǎng)絡(luò)傳輸。
[0053]在架頂交換機(jī)處緩存的數(shù)據(jù)分組被調(diào)制到光載波上，經(jīng)過(guò)光纖到達(dá)核心電交換機(jī)。
[0054]在核心電交換機(jī)端口處進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，變成電信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)并進(jìn)行輸出端口地址匹配，經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換經(jīng)輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)，再經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)竭_(dá)目的架頂交換機(jī)。光電光轉(zhuǎn)換電路將攜帶有數(shù)據(jù)分組的光載波解調(diào)成為電信號(hào)，然后存儲(chǔ)在交換機(jī)緩存中。交換機(jī)對(duì)分組頭部進(jìn)行匹配然后轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口處，經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換將電分組信號(hào)調(diào)制成為光信號(hào)，以便于通過(guò)光纖傳輸?shù)侥康募茼斀粨Q機(jī)。
[0055]在目的架頂交換機(jī)處解調(diào)光載波信號(hào)，然后將電分組信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的目的服務(wù)器。
[0056]實(shí)施例二
[0057]如圖7所示，數(shù)據(jù)分組通過(guò)銅纜到達(dá)架頂交換機(jī)，經(jīng)過(guò)控制模塊分析，通過(guò)光路由網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。服務(wù)器C向服務(wù)器D發(fā)送連接請(qǐng)求，首先將數(shù)據(jù)分組發(fā)送到架頂交換機(jī)處緩存，控制模塊根據(jù)分析流量特征和交換機(jī)緩存信息的數(shù)據(jù)，決定數(shù)據(jù)分組通過(guò)光路由網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。
[0058]架頂交換機(jī)匯聚數(shù)據(jù)信息，并將電信號(hào)的數(shù)據(jù)信息調(diào)制到特定波長(zhǎng)的光載波信號(hào)上轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口，通過(guò)光纖傳輸?shù)紺-AWGR中。架頂交換機(jī)將到同一目的架頂交換機(jī)的數(shù)據(jù)信息匯聚到一起，在控制模塊協(xié)調(diào)控制下調(diào)制到特定光波長(zhǎng)的光載波信號(hào)上，然后光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖被傳輸?shù)紺-AWGR中，經(jīng)過(guò)光互連網(wǎng)絡(luò)路由到目的架頂交換機(jī)。
[0059]在C-AWGR處，不同的載波波長(zhǎng)根據(jù)C-AWGR的波長(zhǎng)路由特性被路由到不同輸出端口，然后經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)侥康募茼斀粨Q機(jī)。電信號(hào)的數(shù)據(jù)信息在架頂交換機(jī)處已經(jīng)根據(jù)路由規(guī)則被調(diào)制到特定波長(zhǎng)的光載波，在C-AWGR處只需要根據(jù)其固有的波長(zhǎng)路由特性即可將光信號(hào)路由到相應(yīng)的輸出端口。在這過(guò)程中光信號(hào)不需要進(jìn)行光-電-光轉(zhuǎn)換，同時(shí)也不需要進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。
[0060]在目的架頂交換機(jī)處解調(diào)光載波信號(hào)，然后將電分組信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的服務(wù)器D。
[0061]以上兩個(gè)實(shí)施例描述了兩臺(tái)服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的路徑和經(jīng)歷的過(guò)程。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中混合了電分組交換網(wǎng)絡(luò)和光路由網(wǎng)絡(luò)。由于光路由網(wǎng)絡(luò)中所采用的C-AWGR本身具有循環(huán)波長(zhǎng)路由的特性，所以攜帶數(shù)據(jù)的光載波通過(guò)光路由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由時(shí)不需要對(duì)光信號(hào)進(jìn)行光電光轉(zhuǎn)換，同時(shí)也不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，只需要軟件控制平臺(tái)對(duì)光載波波長(zhǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)分配就可以實(shí)現(xiàn)透明的光傳輸網(wǎng)絡(luò)。
[0062]為了實(shí)現(xiàn)以上方法，波長(zhǎng)分配的的具體方法為:
[0063]選用可調(diào)諧波長(zhǎng)選擇開關(guān)在一系列連續(xù)波長(zhǎng)的多波長(zhǎng)光源中靈活的選擇經(jīng)過(guò)C-AffGR能夠準(zhǔn)確路由到相應(yīng)的目的交換機(jī)的光波長(zhǎng)作為光路由網(wǎng)絡(luò)的光載波?？烧{(diào)諧波長(zhǎng)選擇開關(guān)靈活的選擇載波波長(zhǎng)，使網(wǎng)絡(luò)能夠靈活的適應(yīng)流量需求的變化。
[0064]采用基于軟件控制的可調(diào)諧激光器作為多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)。通過(guò)控制模塊的協(xié)調(diào)管理控制可調(diào)諧激光器產(chǎn)生適合在光路由網(wǎng)絡(luò)中作為載波信號(hào)傳輸信息的波長(zhǎng)，也能夠?qū)y帶有信息的光載波路由到正確的目的服務(wù)器處。
[0065]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括有核心電交換機(jī)、光路由器、架頂交換機(jī)、服務(wù)器、控制模塊、光載波分發(fā)單元和多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)，每臺(tái)架頂交換機(jī)下均連接有一臺(tái)以上的服務(wù)器，每臺(tái)架頂交換機(jī)均分別與核心電交換機(jī)和光路由器連接，控制模塊控制架頂交換機(jī)選擇電交換或光路由進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，控制模塊控制光載波分發(fā)單元分配多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)產(chǎn)生的光載波，為每臺(tái)架頂交換機(jī)提供相應(yīng)波長(zhǎng)的光載波。
2.如權(quán)利要求1所述的基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于:所述光載波分發(fā)單元為波長(zhǎng)選擇開關(guān)或由光耦合器與波長(zhǎng)選擇開關(guān)構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于:所述架頂交換機(jī)設(shè)置有電光電轉(zhuǎn)換電路，用于將服務(wù)器上傳的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，發(fā)送至核心電交換機(jī)或光路由器；并將核心電交換機(jī)或光路由器發(fā)送的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再轉(zhuǎn)發(fā)至目的服務(wù)器。
4.如權(quán)利要求3所述的基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于:所述核心電交換機(jī)設(shè)置有光電光轉(zhuǎn)換電路，用于將架頂交換機(jī)上傳的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，讀取其轉(zhuǎn)發(fā)的目的服務(wù)器地址信息，再轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，根據(jù)目的服務(wù)器地址信息發(fā)送至相應(yīng)架頂交換機(jī)和目的服務(wù)器。
5.如權(quán)利要求1所述的基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于:所述光路由器為C-AWGR循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵路由器。
6.權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)為每臺(tái)服務(wù)器分配唯一的服務(wù)器地址，確定每臺(tái)架頂交換機(jī)接入光路由器的進(jìn)口序號(hào)和出口序號(hào)；. 2)源服務(wù)器將需要發(fā)送的信息封裝后發(fā)送至架頂交換機(jī)，封裝的信息包括有源服務(wù)器的地址信息和目的服務(wù)器的地址信息； 3)控制模塊根據(jù)架頂交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)信息的流量特征和目的服務(wù)器地址信息，決定架頂服務(wù)器選擇電交換或光路由，若選擇電交換，則轉(zhuǎn)入步驟4)，若選擇光路由，則轉(zhuǎn)入步驟5)； 4)架頂交換機(jī)根據(jù)控制模塊的控制，將源服務(wù)器上傳的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并將光信號(hào)發(fā)送至核心電交換機(jī)，核心電交換機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，讀取目的服務(wù)器地址信息，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換回光信號(hào)，并根據(jù)目的服務(wù)器地址信息，將光信號(hào)發(fā)送至目的服務(wù)器所在架頂交換機(jī)，目的服務(wù)器所在架頂交換機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)發(fā)送至目的服務(wù)器； 5)架頂交換機(jī)根據(jù)控制模塊的控制，將源服務(wù)器上傳的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)；在控制模塊中儲(chǔ)存有光載波波長(zhǎng)分配列表，控制模塊根據(jù)源服務(wù)器上傳的源服務(wù)器地址信息和目的服務(wù)器地址信息，查找目的服務(wù)器所在架頂交換機(jī)連接光路由器的出口序號(hào)和源服務(wù)器所在架頂交換機(jī)連接光路由器的進(jìn)口序號(hào)；控制模塊根據(jù)目的服務(wù)器地址信息、目的服務(wù)器所在架頂交換機(jī)連接光路由器的出口序號(hào)、源服務(wù)器地址信息和源服務(wù)器所在架頂交換機(jī)連接光路由器的進(jìn)口序號(hào)確定分配給架頂交換機(jī)用于數(shù)據(jù)調(diào)制和發(fā)送的光信號(hào)載波波長(zhǎng)；源服務(wù)器所在的架頂交換機(jī)將轉(zhuǎn)換的光信號(hào)發(fā)送至光路由器，光路由器根據(jù)光信號(hào)的波長(zhǎng)，將光信號(hào)發(fā)送至目的服務(wù)器所在的架頂交換機(jī)，目的服務(wù)器所在的架頂交換機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，讀取目的服務(wù)器地址信息，將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)發(fā)送至目的服務(wù)器。
7.如權(quán)利要求6所述的基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，步驟3)中所述控制模塊決定架頂交換機(jī)選擇電交換或光路由的原則是:將架頂交換機(jī)接收到的數(shù)據(jù)信息分為大流量信息和小流量信息，大流量信息選擇光路由，小流量信息選擇電交換。
8.如權(quán)利要求6所述的基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，步驟4)和步驟5)中架頂交換機(jī)在上傳數(shù)據(jù)的過(guò)程中，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)時(shí)采用以下方法:多波長(zhǎng)光源子系統(tǒng)一直產(chǎn)生多波長(zhǎng)的光載波，光載波分發(fā)單元根據(jù)控制模塊指令，為各個(gè)架頂交換機(jī)的數(shù)據(jù)流量分配對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光載波。
9.如權(quán)利要求6所述的基于軟件定義的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，步驟4)和步驟5)中架頂交換機(jī)在上傳數(shù)據(jù)的過(guò)程中，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)時(shí)采用以下方法:控制模塊控制光載波分發(fā)單元對(duì)光源產(chǎn)生的多個(gè)光載波進(jìn)行分配，架頂交換機(jī)對(duì)分配的光載波進(jìn)行數(shù) 據(jù)調(diào)制和傳輸。
【文檔編號(hào)】H04Q11/00GK103441942SQ201310375288
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】蔡岳平, 晏堯, 周麗 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)