CN105516830A - 基于波长交换的数据中心光网络通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于波长交换的数据中心光网络通信方法和系统。其中第一数据交换设备在接收到需要发送的业务数据时，确定与业务数据目标节点相关联的第二数据交换设备；第一数据交换设备选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给对应光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF；第二数据交换设备中的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF接收到业务数据时，通过下行端口将业务数据发送给目标节点。通过单层交换机网络完成服务器之间数据通信，降低多层交换机网络带来的OEO和转发成本，从而实现交换机之间连接的可管理和灵活调整，提高网络灵活性和可靠性。

Description

基于波长交换的数据中心光网络通信方法和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种基于波长交换的数据中心光网络通信方法和系统。

背景技术

数据中心(IDC)是Internet的重要组成部分，随着大数据、云计算等技术的兴起，数据逐渐成为Internet生态链中的核心元素，数据中心的重要性和地位也在不断上升，与数据中心相关的各项技术也逐渐成为热门。

数据中心内部通常采用层次化的二层(Layer2)交换网络完成服务器之间以及服务器与IDC数据出口设备之间的数据通信，如图1所示。接入层的架顶交换机(TORSwitch)负责本机架范围内服务器之间的数据通信，同时负责将本机架服务器与其它机架服务器之间的数据通信转发至汇聚层交换机；汇聚层交换机负责该交换机服务范围内各接入层架顶交换机之间的信息交互，同时出口数据和非服务范围内交互信息转发至核心/出口层交换机(或路由器)。

这种层次化组网结构存在如下问题：

1、机架之间服务器数据通信需要通过至少三台设备转发(两台架顶交换机和一台汇聚层交换机)，带来高昂的OEO(OpticalElectricalOptical，光－电－光)再生和转发成本。

2、随着数据中心规模的不断扩大，服务器和各种交换机设备和端口的数量都在快速增长，按照这种组网结构，每一对端口连接都需要占用一对光纤(即使采用单纤双向传输技术，一对端口连接也一根光纤)；大量的光纤连接缺乏软件管理能力和调整灵活性，后续扩容和调整难度非常大。

3、为了管理数据中心设备之间的光纤连接，一些公司也推出了基于大规模光开光的光交叉(OXC)设备，可以提供几十甚至几百根光纤连接灵活配置和管理；这种方案的成本非常高，而且光交叉(OXC)设备成为单一故障点，影响网络安全性。

数据中心(IDC)内部组网存在的上述问题目前还没有很好的解决方案，随着IDC规模的不断扩大，这些问题将越来越突出。

发明内容

本发明实施例提供一种基于波长交换的数据中心光网络通信方法和系统。通过单层交换机网络完成服务器之间数据通信，降低多层交换机网络带来的OEO和转发成本；同时通过波长复用(WDM)技术和波长路由技术实现交换机之间连接的可管理和灵活调整，提高网络灵活性和可靠性。

根据本发明的一个方面，提供一种基于波长交换的数据中心光网络通信方法，包括：

第一数据交换设备在接收到需要发送的业务数据时，确定与业务数据目标节点相关联的第二数据交换设备；

第一数据交换设备选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给对应光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF；

第二数据交换设备中的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点，其中上行端口P和P′对应的波长相同。

在一个实施例中，在所述数据交换设备中，包括L个上行端口组，其中在每个上行端口组中包括N个上行端口，N不超过WDM波长总数，L个上行端口组复用N个WDM波长，每个上行端口组具有对应的波长交换光交叉设备和光纤环，每个上行端口通过相关联的波长交换光交叉设备发送或接收业务数据。

在一个实施例中，数据交换设备S_ij对应的光纤环包括第i个横向光纤环和第j个纵向光纤环，从而数据交换设备S_ij能够和与第i个横向光纤环对应的数据交换设备S_im进行交互，其中1≤m≤K+1，m≠j，还能够和与第j个纵向光纤环对应的数据交换设备S_nj进行交互，其中1≤n≤K+1，n≠i，K为波长交换光交叉设备中波长选择光开关的端口数目。

在一个实施例中，第一数据交换设备选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给对应光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF的步骤包括：

第一数据交换设备判断是否存在与第二数据交换设备共同对应的光纤环；

若第一数据交换设备存在与第二数据交换设备共同对应的光纤环，则第一数据交换设备在与共同对应的光纤环相关联的上行端口中选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给所述共同对应的光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF。

在一个实施例中，若第一数据交换设备与第二数据交换设备不存在共同对应的光纤环，则第一数据交换设备查询第三数据交换设备，其中第三数据交换设备与第一数据交换设备存在共同对应的光纤环C1，与第二数据交换设备存在共同对应的光纤环C2；

第一数据交换设备在与光纤环C1相关联的上行端口中选择上行端口P1，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C1中与第一数据交换设备和第三数据交换设备相关联的环形光纤OF1；

第三数据交换设备中的上行端口P3在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF1接收到所述业务数据时，在与光纤环C2相关联的上行端口中选择上行端口P2，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C2中与第三数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF2；

第二数据交换设备中的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF2接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点。

根据本发明的另一方面，提供一种基于波长交换的数据中心光网络通信系统，包括数据交换设备集、光纤环，其中每个数据交换设备具有上行端口和下行端口，上行端口与相应的波长交换光交叉设备相关联，下行端口与相应的业务节点关联，光纤环为环形光纤集合，其中环形光纤与两个数据交换设备相关联，其中：

第一数据交换设备，用于在接收到需要发送的业务数据时，确定与业务数据目标节点相关联的第二数据交换设备；选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给对应光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF；

第二数据交换设备，用于在自身的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点，其中上行端口P和P′对应的波长相同。

在一个实施例中，在所述数据交换设备中，包括L个上行端口组，其中在每个上行端口组中包括N个上行端口，N不超过WDM波长总数，L个上行端口组复用N个WDM波长，每个上行端口组具有对应的波长交换光交叉设备和光纤环，每个上行端口通过相关联的波长交换光交叉设备发送或接收业务数据。

在一个实施例中，数据交换设备S_ij对应的光纤环包括第i个横向光纤环和第j个纵向光纤环，从而数据交换设备S_ij能够和与第i个横向光纤环对应的数据交换设备S_im进行交互，其中1≤m≤K+1，m≠j，还能够和与第j个纵向光纤环对应的数据交换设备S_nj进行交互，其中1≤n≤K+1，n≠i，K为波长交换光交叉设备中波长选择光开关的端口数目。

在一个实施例中第一数据交换设备还用于判断是否存在与第二数据交换设备共同对应的光纤环；若第一数据交换设备存在与第二数据交换设备共同对应的光纤环，则在与共同对应的光纤环相关联的上行端口中选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给所述共同对应的光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF。

在一个实施例中，第一数据交换设备还用于在与第二数据交换设备不存在共同对应的光纤环时，查询第三数据交换设备，其中第三数据交换设备与第一数据交换设备存在共同对应的光纤环C1，与第二数据交换设备存在共同对应的光纤环C2；在与光纤环C1相关联的上行端口中选择上行端口P1，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C1中与第一数据交换设备和第三数据交换设备相关联的环形光纤OF1；

第三数据交换设备，用于在自身的上行端口P3在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF1接收到所述业务数据时，在与光纤环C2相关联的上行端口中选择上行端口P2，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C2中与第三数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF2；

第二数据交换设备还用于在自身的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF2接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点。

本发明通过单层交换机网络完成服务器之间数据通信，降低多层交换机网络带来的OEO和转发成本；同时通过波长复用技术和波长路由技术实现交换机之间连接的可管理和灵活调整，提高网络灵活性和可靠性。

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，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中数据中心层次化组网结构示意图。

图2为本发明基于波长交换的数据中心光网络通信系统一个实施例的示意图。

图3为本发明基于波长交换的数据中心光网络通信系统另一实施例的示意图。

图4为本发明基于波长交换的数据中心光网络通信系统又一实施例的示意图。

图5为本发明二维组网扩展方案一个实施例的示意图。

图6为本发明跨环通信一个实施例的示意图。

图7为图6跨环通信的二维组网扩展示意图。

图8为本发明基于波长交换的数据中心光网络通信方法一个实施例的示意图。

图9为本发明兼容组网方案一个实施例的示意图。

具体实施方式

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行清楚、完整地描述，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图2为本发明基于波长交换的数据中心光网络通信系统一个实施例的示意图。通过波长复用方式(WavelengthDivisionMultiplexing，简称：WDM)实现两台交换机之间所有端口连接复用一对光纤，减少光纤数量；通过波长路由方式交换机之间连接关系的灵活调整，实现组网结构的重构。

在图2所示实施例中，可以为(K+1)台数据中心数据通信设备(这里以架顶交换机TORSwitch为示例，也可用于汇聚交换机、路由器等其它类型数据通信设备)提供通信服务，其中：

1、架顶交换机(TORSwitch)下行端口连接服务器，负责本机架服务器间之间的数据通信，采用常用的灰光接口(GreyInterface或ColorlessInterface)；上行端口完成跨机架服务器之间的数据通信，采用符合WDM技术要求的彩光接口(ColorfulInterface)。

2、两台架顶交换机之间通过一根环形光纤实现物理连接，双向通信占用环形光纤的两边，物理连接简单可靠；(K+1)台交换机需要(K+1)×K/2根环形光纤实现连接。

3、通过一个波长交换光交叉子系统(如图2中的虚线框所示)实现波长路由功能，该子系统的核心器件是1×K波长选择光开光(WavelengthSelectiveSwitch，简称：WSS)，1×KWSS可以灵活配置本地端口中的N个波长通道中的任意一个波长通道与K个线路端口中的任意一个端口之间的对应关系，因此本地交换机的任意一个上行端口可以与K个其它交换机的任意一个的相同波长上行端口进行连接，这种连接关系可见可管，而且可以灵活重构，无需更改物理连接。

4、该实施例的组网规模受K和N两个参数的限制：K受限于WSS器件的能力，由于WSS器件可级联扩展，实际上K参数的受限容易解决；N首先与WDM技术的能力，目前N的最大值96或192，分别对应C波段和C+L波段，C波段技术和器件更加成；随着未来FlexiWDM技术的成熟，可以通过压缩波道间隔的方式扩展N的数量，但是由于可用光谱宽度的现实，N的扩展能力是有限的，因此本发明也考虑了系统的扩展能力，在下面的实施例中具体说明。

下面对该实施例的通信方式进行说明。如图2所示，该系统可包括数据交换设备集、光纤环，其中每个数据交换设备具有上行端口和下行端口，上行端口与相应的波长交换光交叉设备相关联，下行端口与相应的业务节点关联，光纤环为环形光纤集合，其中环形光纤与两个数据交换设备相关联，其中：

第一数据交换设备，用于在接收到需要发送的业务数据时，确定与业务数据目标节点相关联的第二数据交换设备；选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给对应光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF；

第二数据交换设备，用于在自身的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点，其中上行端口P和P′对应的波长相同。

本发明通过单层交换机网络完成服务器之间数据通信，从而可降低多层交换机网络带来的OEO和转发成本；同时通过波长复用技术和波长路由技术实现交换机之间连接的可管理和灵活调整，提高网络灵活性和可靠性。

这里需要说明的是，机架内服务器的数据通信通过架顶交换机实现，这与传统数据中心组网方式一致。

此外，对于由于某些原因没有建立架顶交换机直达链路的机架间服务器的通信可以通过一台与这两台架顶交换机均建立直达链路的中间架顶交换机转发：例如SD和SE两台服务器分别对应架顶交换机D和E，由于某些原因(例如两者之间数据通信业务量较少、端口数量较少，等等)，没有建立直达波道链路，但是D和E分别同架顶交换机C建立了直达波道链路，此时可以通过C分别对应D和E的上行端口之间的转发来完成SD和SE之间的数据通信，此时会带来额外的转发成本。本发明专利通信方法的基本原则是只要两台架顶服务器之间数据通信业务量达到一定门限，且设备有空余端口，优先建立直达波道连接。

针对图2所示实施例中存在的上行端口数量N和节点数量K受限的问题，可针对图2所示的结构进行扩展。

图3为本发明基于波长交换的数据中心光网络通信系统另一实施例的示意图。如图3所示，给出了一种并行组网扩展方案，有效实现了上行端口数量的线性扩展。

其中，在所述数据交换设备中，包括L个上行端口组，其中在每个上行端口组中包括N个上行端口，N不超过WDM波长总数，L个上行端口组复用N个WDM波长，每个上行端口组具有对应的波长交换光交叉设备和光纤环，每个上行端口通过相关联的波长交换光交叉设备发送或接收业务数据。

具体的，在设备上行端口数量超出WDM技术支持的端口数上限N时，对于超出N的上行端口复用λ₁～λ_N的N个WDM波长，引入一组平行工作的基本结构，可以将上行端口数量从N扩展到2N；而且还可以继续扩展到3N、4N，等等。此时光纤数量也随之线性增长。

在并行扩展方案下，相应的通信方式并未发生本质变化。

图4为本发明基于波长交换的数据中心光网络通信系统又一实施例的示意图。如图4所示，给出了一种二维组网扩展方案。相应的二维组网方式如图5所示，图5中出现的圆点代表数据交换设备。

其中，数据交换设备S_ij对应的光纤环包括第i个横向光纤环和第j个纵向光纤环，从而数据交换设备S_ij能够和与第i个横向光纤环对应的数据交换设备S_im进行交互，其中1≤m≤K+1，m≠j，还能够和与第j个纵向光纤环对应的数据交换设备S_nj进行交互，其中1≤n≤K+1，n≠i，K为波长交换光交叉设备中波长选择光开关的端口数目。

如图4和图5所示的二维组网方式，横向和纵向分别实现(K+1)

的节点环形组网方式，因此二维组网方式一共可以支持(K+1)×(K+1)个节点，实现节点规模的几何扩展。

实际上通过WSS级联的方式也可以实现K参数的扩展(即扩展节点数量)。例如1×KWSS二级级联可以提供K²(K×K)个线路端口，及实现节点数量的平方扩展，但这种扩展方式的光纤连接数量达到K⁴量级，对光纤建设和维护带来一定压力；同时如果N的数量无法大幅增长，这种扩展将失去实际价值。

本发明提出的二维组网扩展方式可以实现K²量级的节点数量，但是光纤数量是K³量级，减少了一个量级。

在二维组网扩展方案下，由于发送方和接收方可能处于不同的环上，因此需要进行跨环通信处理。其中：

第一数据交换设备A在第二数据交换设备C进行通信时，判断是否存在与第二数据交换设备C共同对应的光纤环；若第一数据交换设备A存在与第二数据交换设备C共同对应的光纤环，则在与共同对应的光纤环相关联的上行端口中选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给所述共同对应的光纤环中与第一数据交换设备A和第二数据交换设备C相关联的环形光纤OF。

如图6和图7所示，若第一数据交换设备A与第二数据交换设备C不存在共同对应的光纤环，则查询第三数据交换设备B，其中第三数据交换设备B与第一数据交换设备A存在共同对应的光纤环C1，与第二数据交换设备C存在共同对应的光纤环C2；在与光纤环C1相关联的上行端口中选择上行端口P1，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C1中与第一数据交换设备A和第三数据交换设备B相关联的环形光纤OF1。

第三数据交换设备B，用于在自身的上行端口P3在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF1接收到所述业务数据时，在与光纤环C2相关联的上行端口中选择上行端口P2，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C2中与第三数据交换设备B和第二数据交换设备C相关联的环形光纤OF2；

第二数据交换设备C还用于在自身的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF2接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点。

需要说明的是，如图7所示，对于节点A来说，可根据需要和网络环境选择节点B和/或节点D与节点C进行通信。

上述两种扩展方式分别对应不同的应用场景。并行扩展方案对应节点数量较少，但是节点间数据通信业务量较大，需要多端口并行的应用场景。二维扩展方案对应节点数量较多，但是节点间数据通信业务量较小的应用场景。

图8为本发明基于波长交换的数据中心光网络通信方法一个实施例的示意图。如图8所示，本实施例的方法步骤包括：

步骤801，第一数据交换设备在接收到需要发送的业务数据时，确定与业务数据目标节点相关联的第二数据交换设备。

步骤802，第一数据交换设备选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给对应光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF。

步骤803，第二数据交换设备中的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点，其中上行端口P和P′对应的波长相同。

本发明通过单层交换机网络完成服务器之间数据通信，从而可降低多层交换机网络带来的OEO和转发成本；同时通过波长复用技术和波长路由技术实现交换机之间连接的可管理和灵活调整，提高网络灵活性和可靠性。

在一个实施例中，数据交换设备可进行并行扩展，其中，如图3所示，在所述数据交换设备中，包括L个上行端口组，其中在每个上行端口组中包括N个上行端口，N不超过WDM波长总数，L个上行端口组复用N个WDM波长，每个上行端口组具有对应的波长交换光交叉设备和光纤环，每个上行端口通过相关联的波长交换光交叉设备发送或接收业务数据。

在另一实施例中，本发明数据交换设备还可进行二维组网扩展，其中如图4、图5所示，数据交换设备S_ij对应的光纤环包括第i个横向光纤环和第j个纵向光纤环，从而数据交换设备S_ij能够和与第i个横向光纤环对应的数据交换设备S_im进行交互，其中1≤m≤K+1，m≠j，还能够和与第j个纵向光纤环对应的数据交换设备S_nj进行交互，其中1≤n≤K+1，n≠i，K为波长交换光交叉设备中波长选择光开关的端口数目。

在二维组网扩展方案中，由于发送方和接收方可能处于不同的环上，因此需要进行跨环通信处理。其中，上述步骤802可包括：

第一数据交换设备判断是否存在与第二数据交换设备共同对应的光纤环。若第一数据交换设备存在与第二数据交换设备共同对应的光纤环，则第一数据交换设备在与共同对应的光纤环相关联的上行端口中选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给所述共同对应的光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF。

即，在二维组网扩展方案中，若发送方和接收方共环，则可直接进行通信。

若第一数据交换设备与第二数据交换设备不存在共同对应的光纤环，则第一数据交换设备查询第三数据交换设备，其中第三数据交换设备与第一数据交换设备存在共同对应的光纤环C1，与第二数据交换设备存在共同对应的光纤环C2。

第一数据交换设备在与光纤环C1相关联的上行端口中选择上行端口P1，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C1中与第一数据交换设备和第三数据交换设备相关联的环形光纤OF1。

第三数据交换设备中的上行端口P3在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF1接收到所述业务数据时，在与光纤环C2相关联的上行端口中选择上行端口P2，通过相关联的波长交换光交叉设备，

以对应的波长将业务数据发送给光纤环C2中与第三数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF2。

第二数据交换设备中的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF2接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点。

即，在发送方A和接收方C处于不同环的情况下，发送方A通过交叉节点B与接收方C进行通信。

此外，本发明涉及的数据交换设备可支持扁平化的单层组网结构，正常条件下推荐采用Mesh组网，即各台设备之间两两建立端口连接，避免层次化组网结构中的层层转发成本。但是在实际组网中应用中，本发明装置也可以支持中间设备转发能力。特别是对于数据通信业务量较少、不足以建立直达链路的节点对，可以通过本层设备进行转发，反而具有更高的性价比。具体实现例如下：在图2所示的基本结构中，选择某一台交换机设备作为中转设备，业务量不足以建立的端口直达连接的节点设备若有数据通信需求，均将数据业务转发到该转发设备对应的端口，通过该中转设备完成转发(类似二维组网扩展方案中的节点B)。

同时，本发明涉及的数据交换设备具有良好的兼容性，在引入现网应用中，完全可以采用新建设备之间通信采用本发明装置，新建设备与老设备通信采用传统层次化组网模式的方案，如图9所示：该架顶交换机左侧上联端口采用本发明的配置，右侧上联端口采用灰光接口，上联汇聚层交换机设备，采用传统层次化组网结构与老设备完成数据通信。目前IDC数据通信设备全面支持可插拔光模块，交换机配置为彩光还是灰光端口只需要更换光模块和端口软件配置。

通过实施本发明与传统IDC内部组网装置相比较，具有如下优点：

1、减少IDC内部组网跨机架光纤连接数量：以本发明装置基本结构为例，可以将跨机架光纤连接数量从(K+1)×N对(单纤单向传输)或(K+1)×N对(单线双向传输)减少到(K+1)×K/2根环形光纤。

2、减少IDC内部组网数据通信设备数量，降低能耗和成本：本发明装置采用单层交换机架构，实现了IDC内部组网的扁平化，减少了IDC内部组网数据通信设备数量，有利于降低跨层转发成本。

3、实现了IDC内部组网拓扑的可控可管和灵活调整，提高故障应对效率和客户感知：本发明装置通过WDM技术和波长路由技术，实现了IDC内部组网拓扑的可控可管和灵活调整能力，改变了传统组网方式拓扑固化和调整困难的局面，适应了IDC业务未来的快速变化特点；同时在设备板卡或端口故障条件下，能够通过拓扑重构的方式快速恢复业务，提高客户感知。

4、具备良好的可扩展性，通过简单的技术方案可以实现端口数量和节点规模的扩展：本发明装置提供了并行扩展和二维组网扩展两种扩展方案，分别对上行端口数量和节点数量进行扩展；且采用现有设备的冗余交换能力实现扩展，无需引入新的设备，扩展成本低廉。

5、具备良好的兼容性：通过上行端口分区管理的方式，可以支持部分端口采用传统组网方式与既有设备互通，新建设备之间采用本发明通信方式，实现保持兼容性的扩容。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种基于波长交换的数据中心光网络通信方法，其特征在于，包括：

第一数据交换设备在接收到需要发送的业务数据时，确定与业务数据目标节点相关联的第二数据交换设备；

第一数据交换设备选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给对应光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF；

第二数据交换设备中的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点，其中上行端口P和P′对应的波长相同。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述数据交换设备中，包括L个上行端口组，其中在每个上行端口组中包括N个上行端口，N不超过WDM波长总数，L个上行端口组复用N个WDM波长，每个上行端口组具有对应的波长交换光交叉设备和光纤环，每个上行端口通过相关联的波长交换光交叉设备发送或接收业务数据。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

数据交换设备S_ij对应的光纤环包括第i个横向光纤环和第j个纵向光纤环，从而数据交换设备S_ij能够和与第i个横向光纤环对应的数据交换设备S_im进行交互，其中1≤m≤K+1，m≠j，还能够和与第j个纵向光纤环对应的数据交换设备S_nj进行交互，其中1≤n≤K+1，n≠i，K为波长交换光交叉设备中波长选择光开关的端口数目。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

第一数据交换设备选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给对应光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF的步骤包括：

第一数据交换设备判断是否存在与第二数据交换设备共同对应的光纤环；

若第一数据交换设备存在与第二数据交换设备共同对应的光纤环，则第一数据交换设备在与共同对应的光纤环相关联的上行端口中选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给所述共同对应的光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

若第一数据交换设备与第二数据交换设备不存在共同对应的光纤环，则第一数据交换设备查询第三数据交换设备，其中第三数据交换设备与第一数据交换设备存在共同对应的光纤环C1，与第二数据交换设备存在共同对应的光纤环C2；

第一数据交换设备在与光纤环C1相关联的上行端口中选择上行端口P1，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C1中与第一数据交换设备和第三数据交换设备相关联的环形光纤OF1；

第三数据交换设备中的上行端口P3在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF1接收到所述业务数据时，在与光纤环C2相关联的上行端口中选择上行端口P2，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C2中与第三数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF2；

第二数据交换设备中的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF2接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点。

6.一种基于波长交换的数据中心光网络通信系统，其特征在于，包括数据交换设备集、光纤环，其中每个数据交换设备具有上行端口和下行端口，上行端口与相应的波长交换光交叉设备相关联，下行端口与相应的业务节点关联，光纤环为环形光纤集合，其中环形光纤与两个数据交换设备相关联，其中：

第一数据交换设备，用于在接收到需要发送的业务数据时，确定与业务数据目标节点相关联的第二数据交换设备；选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给对应光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF；

第二数据交换设备，用于在自身的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点，其中上行端口P和P′对应的波长相同。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

在所述数据交换设备中，包括L个上行端口组，其中在每个上行端口组中包括N个上行端口，N不超过WDM波长总数，L个上行端口组复用N个WDM波长，每个上行端口组具有对应的波长交换光交叉设备和光纤环，每个上行端口通过相关联的波长交换光交叉设备发送或接收业务数据。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，

数据交换设备S_ij对应的光纤环包括第i个横向光纤环和第j个纵向光纤环，从而数据交换设备S_ij能够和与第i个横向光纤环对应的数据交换设备S_im进行交互，其中1≤m≤K+1，m≠j，还能够和与第j个纵向光纤环对应的数据交换设备S_nj进行交互，其中1≤n≤K+1，n≠i，K为波长交换光交叉设备中波长选择光开关的端口数目。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

第一数据交换设备还用于判断是否存在与第二数据交换设备共同对应的光纤环；若第一数据交换设备存在与第二数据交换设备共同对应的光纤环，则在与共同对应的光纤环相关联的上行端口中选择上行端口P，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给所述共同对应的光纤环中与第一数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

第一数据交换设备还用于在与第二数据交换设备不存在共同对应的光纤环时，查询第三数据交换设备，其中第三数据交换设备与第一数据交换设备存在共同对应的光纤环C1，与第二数据交换设备存在共同对应的光纤环C2；在与光纤环C1相关联的上行端口中选择上行端口P1，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C1中与第一数据交换设备和第三数据交换设备相关联的环形光纤OF1；

第三数据交换设备，用于在自身的上行端口P3在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF1接收到所述业务数据时，在与光纤环C2相关联的上行端口中选择上行端口P2，通过相关联的波长交换光交叉设备，以对应的波长将业务数据发送给光纤环C2中与第三数据交换设备和第二数据交换设备相关联的环形光纤OF2；

第二数据交换设备还用于在自身的上行端口P′在通过相关联的波长交换光交叉设备从环形光纤OF2接收到所述业务数据时，通过下行端口将所述业务数据发送给所述目标节点。