CN103957473B - 一种数据中心服务器互联系统、构建与寻址方法、以及机柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据中心服务器互联系统、构建与寻址方法、以及机柜，其中，服务器互联系统包括一镜面反射器与多个基本单元，每个基本单元均包括多个机柜，每个机柜内均包含多个服务器，其特征在于，对于同一个基本单元内的设备而言，有且只有服务器与其所在的机柜之间、两个机柜之间这两种连接方式能以无线通信方式直接通信，其中，直接通信是指从发射端到接收端之间信号不再被其他设备接收或处理；镜面反射器为机柜之间的通信反射无线信号。

Description

一种数据中心服务器互联系统、构建与寻址方法、以及机柜

技术领域

本发明涉及通信工程领域，特别地，涉及一种数据中心的服务器互联系统、构建方法、寻址方法、以及机柜。

背景技术

数据中心是用于集中安置计算机系统、以及服务器，交换机等相关部件的设施，还包括备用电源、电流传输设备、空调灭火器等环境控制设备、以及安全设备。近年来，日益增长的应用需求促使了拥有十万到百万级服务器的数据中心的产生，这使得存储网络逐步发展成为数据中心网络。目前，国际知名网络服务企业，如美国谷歌、微软、亚马逊、腾迅、百度、阿里巴巴等，都陆续建立了大型数据中心用于存储大规模数据，并利用分布式存储和处理的强大功能，将数据及时高效的传输到全球各个用户，这些数据中心中的服务器和网络设备之间则通过特定的互联结构实现互联互通。

现有技术中，数据中心的互联结构是依靠交换机、核心交换机、核心路由器将服务器连接起来构成的固定树型结构。在固定树型结构中，数据中心带宽、流量、安全性的瓶颈均在于高层核心交换机、核心路由器等树根设备。随着市场需求的数据存储量与吞吐量大幅提高，数据中心的规模也急剧扩大，而在数据中心的扩展过程中，这种树型结构由于树根无力承担树梢端设备频繁变动带来的高负荷，越来越难以确保数据中心所追求的可扩展、高容错能力、高聚集带宽等系统指标。

针对现有技术中数据中心可扩展性差的问题，目前尚未有有效的解决方案。

发明内容

针对现有技术中数据中心可扩展性差的问题，本发明的目的在于提出一种数据中心的服务器互联系统、构建方法、寻址方法、以及机柜，能够提高数据中心的可扩展性，进而提高数据中心的数据存储量与吞吐量。

基于上述目的，本发明提供的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种数据中心的服务器互联系统，包括一镜面反射器与多个基本单元，每个基本单元均包括多个机柜，每个机柜内均包含多个服务器；其中，对于同一个基本单元内的所有设备而言，有且只有服务器与其所在的机柜之间、两个机柜之间这两种连接方式能以无线通信方式直接通信，其中，直接通信是指从发射端到接收端之间信号不再被其他设备接收或处理；镜面反射器为机柜之间的通信无差别地反射无线通信信号。

其中，每个服务器均包含一无线收发装置，每个机柜内均包含至少一柜内无线收发装置与至少一出柜无线收发装置；同一机柜所包含的柜内无线收发装置与出柜无线收发装置通过有线方式连接；服务器与其所在的机柜之间进行直接通信，是指通过无线收发装置与柜内无线收发装置之间发送与接收通信信息，进行直接通信；两个机柜之间进行直接通信，是指通过两机柜的出柜无线收发装置之间发送与接收通信信息，经由镜面反射器反射信号，进行直接通信。

并且，每个机柜的出柜无线收发装置均包括天线，出柜无线收发装置可以根据目标机柜的位置调整其天线的输出功率与指向角度，进而调整其通信信号传输的方向和能量；两个机柜之间进行直接通信，是指发送机柜根据发送机柜与接收机柜的出柜无线收发装置天线所在位置信息，调整其天线输出功率的指向角度，并发送通信信息，经由镜面反射器反射信号，将信号准确地传递到接收机柜天线所在位置，进行直接通信。

同时，每个机柜的柜内无线收发装置与该机柜内任一服务器的无线收发装置均不包含天线，二者在工作状态下具有一定的指向角度，该角度在服务器与机柜的上线部署时固定；每个机柜的柜内无线收发装置与该机柜内服务器的无线收发装置之间的通信可以采用单电线全向技术或多入多出技术，柜内无线收发装置可以在同一时刻支持一个或多个服务器的服务请求；在同一机柜内，每个机柜的柜内无线收发装置与该机柜内服务器的无线收发装置之间的通信可以采用时分多址或码分多址技术。

其中，数据中心包括至少三个基本单元，每个基本单元均包括一镜面反射器与至少九个机柜，每个机柜内均包含至少一百个服务器，其中，每个机柜内均包含至少一百个服务器为分层排列，每个机柜内包含至少五层，每层服务器采用环状拓扑形式围绕机柜中心摆放，每个机柜内包含至少五层，每个环状层垂直摆放为圆柱体置于机柜上。

其中，镜面反射器为金属材质，镜面反射器表面为光滑金属，用于镜面反射电磁波信号。

上述数据中心内的所有无线通信，包括柜内通信与柜间通信，均工作在60GHz的极高频段上。

根据本发明的另一个方面，提供了一种数据中心的服务器互联系统构建与扩容方法。

该方法包括：获取用户关于数据中心中待构建或待扩容的服务器的数目、机柜的数目、以及机柜中可摆放服务器的层数；赋予每个机柜唯一的位置标识(Rx，Ry)，并将有所有机柜按其二维标识以点阵形式排列，其中，Rx为行值，Ry为列值；将所有服务器装入机柜内，并赋予每个服务器唯一的位置标识(Rx，Ry，S，Sid)，其中，Rx为服务器所在机柜的行值，Ry为服务器所在机柜的列值，S为服务器所在的机柜层数，Sid服务器所在层中的具体序号；每个服务器或机柜均通过广播方式获得其他所有服务器与所有机柜的位置标识信息，并储存于该服务器或机柜中。

根据本发明的另一个方面，提供了一种数据中心的服务器互联系统寻址方法。

该方法包括：接收数据传输请求，数据传输请求包含数据传输的发送服务器与接收服务器的标识src(Rx，Ry，S，Sid)和dst(Rx’，Ry’，S’，Sid’)；判断src(Rx，Ry)与dst(Rx’，Ry’)是否相同；如相同，发送服务器和接收服务器可以直接通过机柜上的柜内无线收发装置完成数据传输；如不相同，发送服务器src(Rx，Ry，S，Sid)先通过无线收发装置将数据传输到所在机柜src(Rx，Ry)的柜内无线收发装置，再由其通过有线链路传输到出柜无线收发装置，然后根据接收服务器所在机柜的位置标识dst(Rx’，Ry’)获得接收服务器所在的机柜位置后，通过镜面反射器将数据传输到接收服务器所在机柜的出柜无线收发装置，通过有线链路传输到对应的柜内无线收发装置,最后由柜内无线收发装置将数据传输到接收服务器dst(Rx’，Ry’，S’，Sid’)中。

根据本发明的另一个方面，提供了一种机柜，该机柜可用于上述数据中心的服务器互联系统、构建与扩容方法、以及寻址方法中。

该机柜包括机柜框体与服务器，还包括至少一柜内无线收发装置与至少一出柜无线收发装置，出柜无线收发装置用于与其他机柜通信，柜内无线收发装置用于本机柜内服务器通信，其中，服务器为不连接有线通信接口的无线服务器；还包括存储模块，存储模块用于存储路由表，路由表包含该数据中心全部机柜与服务器设备的位置标识。

从上面所述可以看出，本发明提供的技术方案通过采用全无线通信方式完成服务器与机柜之间、两机柜之间的通信，使服务器与机柜免受有线通信方式的束缚，全无线通信方式所具有的扩展性远强于有线通信方式，解决了现有技术中心扩展性低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的一种数据中心的服务器互联系统的基本单元框图；

图2为根据本发明实施例的一种数据中心的服务器互联系统的机柜信号收发装置连接关系图；

图3为根据本发明实施例的一种数据中心的服务器互联系统的构建与扩容方法流程图；

图4为根据本发明实施例的一种数据中心的服务器互联系统的寻址方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进一步进行清楚、完整、详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种数据中心的服务器互联系统，该系统包括一镜面反射器13与多个基本单元(未示出)，每个基本单元均包括多个机柜11，每个机柜11内均包含多个服务器12，如图1所示。

在根据本发明实施例提供的一种数据中心的服务器互联系统中，对于同一个基本单元内的所有设备而言，有且只有服务器12与其所在的机柜11之间、两个机柜11之间这两种连接方式能以无线通信方式直接通信，其中，直接通信是指从发射端到接收端之间信号不再被其他设备接收或处理；镜面反射器13为机柜11之间的通信无差别地反射无线通信信号。这种通过采用全无线通信方式，在任意两服务器之间、任意两机柜之间、以及任意服务器与机柜之间不能以有线方式或其他无线方式直接通信的条件下，完成服务器与其所在机柜之间、两机柜之间通信的技术方案，使不同组合单元相对独立，服务器与机柜免受有线通信方式的束缚，全无线通信方式所具有的扩展性远强于有线通信方式，解决了现有技术中心布线复杂、难以扩展的问题。

图2示出的是机柜信号收发装置连接关系图，其中，虚线箭头表示无线连接，实线箭头表示有线连接。由图2可知，每个服务器12均包含一无线收发装置21，每个机柜11内均包含至少一柜内无线收发装置22与至少一出柜无线收发装置23；同一机柜11所包含的柜内无线收发装置22与出柜无线收发装置23通过有线方式连接；服务器12与其所在的机柜11之间进行直接通信，是指通过无线收发装置21与柜内无线收发装置21之间发送与接收通信信息，进行直接通信；两个机柜11之间进行直接通信，是指通过两机柜的出柜无线收发装置23之间发送与接收通信信息，经由镜面反射器13反射信号，进行直接通信。由前述内容可知，同机柜的两个服务器之间通信仅经过柜内无线收发装置一次中转即可，不同机柜的两个服务器之间通信仅经过两柜内无线收发装置两次中转即可，大幅度降低了传输延时，同时提高了带宽利用率，其最大传输速率可达4～15Gbit/s。另外，使用不同的无线收发装置处理柜内业务与柜间业务，同时使用有线链路将二者连接，这使得机柜能有效减少单个无线收发装置的工作压力，并且机柜可以灵活地根据服务器需要增加更多的无线收发装置，其工作效果不受服务器端的设备增减变化影响，提供了更强的可扩展性。

并且，每个机柜的出柜无线收发装置均包括天线(未示出)，出柜无线收发装置可以根据目标机柜的位置调整其天线的输出功率与指向角度，进而调整其通信信号传输的方向和能量；两个机柜之间进行直接通信，是指发送机柜根据发送机柜与接收机柜的出柜无线收发装置的天线所在位置信息，调整其天线输出功率的指向角度，并发送通信信息，经由镜面反射器反射信号，将信号准确地传递到接收机柜天线所在位置，进行直接通信。通过调整天线的输出功率与指向角度，达到控制其通信信号传输的方向和能量的目的，这种控制方式提高了传输的精确度，同时降低了机柜之间信号传输的耗能，也避免了非定向的广播方式传播带来的高无用信息传播率与信号干扰。

同时，每个机柜的柜内无线收发装置与该机柜内任一服务器的无线收发装置均不包含天线，二者在工作状态下具有一定的指向角度，该角度在服务器与机柜的上线部署时固定；每个机柜的柜内无线收发装置与该机柜内服务器的无线收发装置之间的通信可以采用单电线全向技术或多入多出技术，柜内无线收发装置可以在同一时刻支持一个或多个服务器的服务请求；在同一机柜内，每个机柜的柜内无线收发装置与该机柜内服务器的无线收发装置之间的通信可以采用时分多址或码分多址技术。同一机柜内的服务器因其位置相对固定，不需要移动，故不配置天线，在上线部署时校正无线收发装置正对柜内无线收发装置即可；柜内无线收发装置在机柜内使用广播方式向各无线收发装置传输信号，信号可占用不同带宽，采用不同编码形式，也可采用采用时分多址或码分多址等复用技术，不同无线收发装置可接收本服务器需要的数据，滤除与本服务器无关的数据。柜内无线收发装置可以使用多入多出技术，同时响应多个服务器的请求，也可扩展安装更多的柜内无线收发装置解决同一问题。

其中，数据中心包括至少三个基本单元，每个基本单元均包括一镜面反射器与至少九个机柜，每个机柜内均包含至少一百个服务器，其中，每个机柜内均包含至少一百个服务器为分层排列，每层至少包含二十个服务器，每层服务器采用环状拓扑形式围绕机柜中心摆放，每个机柜内包含至少五层，每个环状层垂直摆放为圆柱体置于机柜上。上述之数据与机柜内的摆放方式为一在实际工作中获得的较佳实施例。

其中，镜面反射器为金属材质，镜面反射器表面为光滑金属，用于镜面反射电磁波信号。镜面反射器的金属材质与光滑表面的技术效果均在于减小电磁波信号在镜面反射过程中的电磁波损失，提高反射信号的质量。

上述数据中心内的所有无线通信，包括柜内通信与柜间通信，均工作在60GHz的极高频段上。在60GHz的极高频段上，无线通信传输吞吐量可达4G bit/s，比传统的光纤通信高30％，也比传统的光纤通信占用带宽更小。同时，在60GHz的极高频段上，无线通信传输耗电仅为现有技术耗电的到大大减轻耗能负担。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种数据中心的服务器互联系统构建与扩容方法。

如图3所示，根据本发明实施例的数据中心的服务器互联系统构建与扩容方法包括：

步骤S301，获取用户关于数据中心中待构建或待扩容的服务器的数目、机柜的数目、以及机柜中可摆放服务器的层数；

步骤S303，赋予每个机柜唯一的位置标识(Rx，Ry)，并将有所有机柜按其二维标识以点阵形式排列，其中，Rx为行值，Ry为列值；

步骤S305，将所有服务器装入机柜内，并赋予每个服务器唯一的位置标识(Rx，Ry，S，Sid)，其中，Rx为服务器所述机柜的行值，Ry为服务器所述机柜的列值，S为服务器所在的机柜层数，Sid服务器所在层中的具体序号；

步骤S307，每个服务器或机柜均通过广播方式获得其他所有服务器与所有机柜的位置标识信息，并储存于该服务器或机柜中。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种数据中心的服务器互联系统寻址方法。

如图4所示，根据本发明实施例的数据中心的服务器互联系统寻址方法包括：

步骤S401，接收数据传输请求，数据传输请求包含数据传输的发送服务器与接收服务器的标识src(Rx，Ry，S，Sid)和dst(Rx’，Ry’，S’，Sid’)；

步骤S403，判断src(Rx，Ry)与dst(Rx’，Ry’)是否相同；

步骤S405，如相同，发送服务器和接收服务器可以直接通过机柜上的柜内无线收发装置完成数据传输；

步骤S407，如不相同，发送服务器src(Rx，Ry，S，Sid)先通过无线收发装置将数据传输到所在机柜src(Rx，Ry)的柜内无线收发装置，再由其通过有线链路传输到出柜无线收发装置，然后根据接收服务器所在机柜的位置标识dst(Rx’，Ry’)获得接收服务器所在的机柜位置后，通过镜面反射器将数据传输到接收服务器所在机柜的出柜无线收发装置，通过有线链路传输到对应的柜内无线收发装置,最后由柜内无线收发装置将数据传输到接收服务器dst(Rx’，Ry’，S’，Sid’)中。

设有位于机柜(1,1)内的两台服务器A(1,1,1,1)和B(1,1,3,8)，A与B通过机柜顶端的无线收发装置就可以完成数据传输；同时，对于不同机柜内的服务器C(1,1,2,0)和D(3,3,2,8)，其信号寻址方式为：服务器C(1,1,2,0)→(1,1)柜内无线收发装置→(1,1)出柜无线收发装置→镜面反射器→(3,3)出柜无线收发装置→(3,3)柜内无线收发装置→服务器D(3,3,2,8)。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种机柜，该机柜可用于上述数据中心的服务器互联系统、构建与扩容方法、以及寻址方法中。

如图2所示，该机柜11包括机柜框体(未示出)与服务器12，还包括至少一柜内无线收发装置22与至少一出柜无线收发装置23，出柜无线收发装置23用于与其他机柜通信，柜内无线收发装置22用于本机柜内服务器12通信，其中，服务器12为不连接有线通信接口的无线服务器；还包括存储模块(未示出)，存储模块用于存储路由表，路由表包含该数据中心全部机柜11与服务器12设备的位置标识。路由表用于为机柜提供目标设备的位置标识信息，并驱动柜内无线收发装置与出柜无线收发装置发送信号。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过采用全无线通信方式，完成服务器与机柜之间、两机柜之间通信的技术方案，使不同组合单元相对独立，服务器与机柜免受有线通信方式的束缚，全无线通信方式所具有的扩展性远强于有线通信方式，解决了现有技术中心布线复杂、难以扩展的问题；同时，同机柜的两个服务器之间通信只需经过柜内无线收发装置一次中转，不同机柜的两个服务器之间通信只需经过两柜内无线收发装置两次中转，通信的中转次数缩短大幅度降低了传输延时，同时提高了带宽利用率；另外，在60GHz的极高频段上通信使得无线通信传输速度更高、耗能更低。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数据中心的服务器互联系统，所述互联系统包括一镜面反射器与多个基本单元，每个基本单元均包括多个机柜，每个机柜内均包含多个服务器，其特征在于，对于同一个基本单元内的设备而言，有且只有服务器与其所在的机柜之间、两个机柜之间这两种连接方式能以无线通信方式直接通信，其中，直接通信是指从发射端到接收端之间信号不再被其他设备接收或处理；所述镜面反射器为机柜之间的通信反射无线信号；

其中，每个服务器均包含一无线收发装置，所述每个机柜内均包含至少一柜内无线收发装置与至少一出柜无线收发装置；同一机柜所包含的柜内无线收发装置与出柜无线收发装置通过有线方式连接；所述服务器与其所在的机柜之间进行直接通信，是指通过无线收发装置与柜内无线收发装置之间发送与接收通信信息，进行直接通信；所述两个机柜之间进行直接通信，是指通过两机柜的出柜无线收发装置之间发送与接收通信信息，经由镜面反射器反射信号，进行直接通信。

2.根据权利要求1所述的一种数据中心的服务器互联系统，其特征在于，每个机柜的所述出柜无线收发装置均包括天线，所述出柜无线收发装置可以根据目标机柜的位置调整其天线的输出功率与指向角度，进而调整其通信信号传输的方向和能量；所述两个机柜之间进行直接通信，是指发送机柜根据发送机柜与接收机柜的出柜无线收发装置天线所在位置信息，调整其天线输出功率的指向角度，并发送通信信息，经由镜面反射器反射信号，将信号准确地传递到接收机柜天线所在位置，进行直接通信。

3.根据权利要求1所述的一种数据中心的服务器互联系统，其特征在于，每个机柜的所述柜内无线收发装置与该机柜内任一所述服务器的无线收发装置均不包含天线，二者在工作状态下具有一定的指向角度，该角度在服务器与机柜的上线部署时固定；每个机柜的所述柜内无线收发装置与该机柜内所述服务器的无线收发装置之间的通信可以采用单天线全向通信技术或多入多出技术，所述柜内无线收发装置可以在同一时刻支持一个或多个服务器的服务请求；在同一机柜内，每个机柜的所述柜内无线收发装置与该机柜内所述服务器的无线收发装置之间的通信可以采用时分多址或码分多址技术。

4.根据权利要求1所述的一种数据中心的服务器互联系统，其特征在于，所述数据中心包括至少三个基本单元，所述每个基本单元均包括一镜面反射器与至少九个机柜，所述每个机柜内均包含至少一百个服务器，其中，所述每个机柜内均包含至少一百个服务器为分层排列，每层包含至少二十个服务器，每层服务器采用环状拓扑形式围绕机柜中心摆放，每个机柜内包含至少五层，每个环状层垂直摆放为圆柱体置于机柜上。

5.根据权利要求1所述的一种数据中心的服务器互联系统，其特征在于，所述镜面反射器为金属材质，镜面反射器表面为光滑金属，用于镜面反射电磁波信号。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种数据中心的服务器互联系统，其特征在于，所述数据中心内的所有无线通信，包括柜内通信与柜间通信，均工作在60GHz的极高频段上。

7.一种用于根据权利要求1-6中任意一项所述的数据中心的服务器互联系统中使用的机柜，所述机柜包括机柜框体与服务器，其特征在于，还包括至少一柜内无线收发装置与至少一出柜无线收发装置，所述出柜无线收发装置用于与其他机柜通信，所述柜内无线收发装置用于本机柜内所述服务器通信，其中，所述服务器为不连接有线通信接口的无线服务器；还包括存储模块，所述存储模块用于存储路由表，所述路由表包含该数据中心全部机柜与服务器设备的位置标识。