CN108683961A - 一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络，属于通信技术领域。该网络的数据平面采用波长选择开关与光耦合器级联方式互连数据中心机架内服务器，结合波长选择开关的波长路由特性与光耦合器的广播特性，既能够提供数据中心机架内服务器间的单播、组播与广播通信，又能够提供服务器与机架外部的数据通信；该结构的控制平面采用软件定义的机架控制器协调服务器通信，控制器收集服务器的请求并按需分配波长资源，服务器采用轮询方式使用波长、控制器采用加权Round‑Robin算法分配波长；基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络结构能够降低数据中心机架网络的建设成本与运营能耗，并且提高机架网络的吞吐量。

Description

一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络。

背景技术

传统的数据中心网络(DCN，DataCenterNetwork)采用分层的树形拓扑结构，使用电以太网交换机作为交换节点。这种网络存在很多缺陷：1)等分带宽小，网络吞吐量收到网络拓扑以及根节点以太网交换机容量的限制；2)扩展性差，位于树形拓扑顶端的电交换机容量有限，成为网络带宽瓶颈限制网络的扩展性；3)能耗高，接入层、汇聚层以及核心层使用大量的电以太网交换机，它们消耗大量的能量而能耗问题是数据中心运营商不可忽视的关键问题。

光互连网络能够解决传统数据中心网络带宽低、扩展性差以及能耗等问题。光互连技术被引入到数据中心网络，Helios网络架构是该类型的代表。Helios架构是由电架顶交换机(ToR switch)和核心层交换机构成的两层结构。架顶交换机是常见的电分组交换机，核心层由电分组交换机和光电路交换机组成，从而构成混合光电数据中心网络结构。其中核心层电分组交换机用于架顶交换机之间的全通信，而光电路交换机用于架顶交换机之间高带宽缓慢变换流量(通常是长持续时间流量)的通信。架顶交换机与光电路交换机连接时采用波分复用技术将多个端口的不同载波波长的光信号复用到同一条光纤链路中进行传输，充分利用光纤的高带宽、大容量的特性提高数据中心网络性能。这一类光互连网络结构存在一些不足：1)分组时延大，光交换中使用光电路交换机、即基于微电机系统(MEMS)的交换机，流量矩阵发生变化时，光电路交换机的重构过程非常耗时导致网络时延较大。2)网络能耗大，光电混合的网络架构中仍然有一部分电分组交换机，分组需要经过光-电-光转换，消耗大量的能量增加网络的能耗。

当前大部分光互连数据中心网络架构都是针对数据中心网络的核心层与汇聚层，直到近几年数据中心机架内部网络逐渐成为了研究的重点。这里主要有两个原因，一是能耗问题，架顶交换机每个端口的能耗达到了12.5W；当前数据中心的网络设备占据数据中心总能耗的15％并且该比例正在不断增加；而架顶交换机消耗的能量占据所有网络设备能耗的90％以上。因此想要降低数据中心网络的能耗需要替换高能耗的架顶交换机。另一个原因是带宽问题，据统计对于云计算数据中心，机架内网络的流量占据全网流量的80％以上。架顶交换机逐渐成为了数据中心网络的瓶颈。

一些新型数据中心网络使用无源阵列波导光栅路由器(AWGR)或者无源光耦合器取代电架顶交换机互连同一机架内的服务器。由于无源光器件无需电源供应便可工作，相比传统架顶交换机方案大大降低了网络的能耗，这类网络的典型代表是POXN和POTORI。POXN和POTORI都是在数据平面采用光耦合器互连服务器，POXN架构提出了一种分布式的媒体接入控制HEDA来协调数据中心机架内部的服务器通信。但是POXN架构也存在一些不足：1)分布式的接入控制协议会导致服务器之间频繁地交互控制信息，而POXN架构的数据与控制信息共享光链路资源，因此增加了控制平面的复杂程度；2)HEDA是一种分布式的接入控制协议，其需要在机架内的服务器之间进行同步，由于同一机架内的服务器距离较短，同步会对网络的控制平面提出很高的要求。POTORI采用软件定义的集中控制器，但控制平面采用全光方式，这样每台服务器需要装有多个激光器才能同时完成数据与控制信令的通信，增大网络成本与能耗；且控制分组通常不大，采用光载波承载控制分组造成资源的闲置与浪费、增加了控制信令的时延。POXN和POTORI在数据平面都采用光耦合器广播方式，每台服务器都能收到同一机架的其它服务器发出的全部消息，网络安全性难以得到保证，并且同一机架的服务器位于一个广播域，限制了网络吞吐量和扩展性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络，在解决现有数据中心的机架网络成本高、能耗高、等分带宽小、网络扩展性差等一系列问题，降低数据中心网络建设成本和运营能耗，提高数据中心机架网络吞吐量和扩展性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络，

1)由服务器节点、基于波长选择开关和光耦合器的光互连结构、机架控制器三个模块构成；

2)结合波长选择开关的波长路由特性与光耦合器的广播特性，既能够实现数据中心机架内服务器间的单播、组播与广播通信，又能够实现服务器与机架外部的数据通信；

3)机架控制器收集服务器的请求，运用Round-Robin或Weighted Round Robin算法为机架内服务器分配波长资源、协调机架内与机架间的数据通信。

进一步，所述基于波长选择开关和光耦合器的光互连结构满足：机架内服务器发出的光信号首先通过光耦合器耦合至波长选择开关，波长选择开关根据光信号的波长将其路由至不同的光耦合器，光耦合器将光信号广播至与其相连的光耦合器或者服务器；若光耦合器直接与服务器相连，提供机架内单播与组播服务；若光耦合器与其它光耦合器相连，提供机架内广播服务。

进一步，所述机架控制器满足：通过电网络与机架内服务器和波长选择开关相连；利用软件定义网络的思想，机架控制器收集各台服务器的请求后根据需求分配波长资源，控制器调谐服务器光源并配置波长选择开关，使光信号能够路由至目的服务器并且避免了因多台服务器使用相同波长发送数据而产生的碰撞；控制器运行软件定义的波长调度机制，服务器采用轮询方式使用波长、控制器采用WeightedRoundRobin或者Round-Robin算法分配波长。

进一步，所述服务器节点用于产生和接收光信号，满足：每台服务器都有一个激光器和接收器；接收器的波长是能调谐，激光器根据网络的需求能采用固定波长激光器或波长可调谐激光器；当采用固定波长激光器时，不同的服务器应使用不同的波长发送数据。

本发明的有益效果在于：

1)本发明结构可以降低数据中心网络的组网成本。对WSSIRN结构的成本进行数值分析，与采用光耦合器互连服务器的SD-POIRN与POTORI结构相比，本发明网络结构的成本更小；与采用电架顶交换机互连服务器的ToR结构相比，本发明网络结构的成本略高。这是因为在数值分析时，WSSIRN、SD-POIRN与POTORI的服务器光源都是按照可调谐激光器计算，WSSIRN中服务器也可以采用波长各不相同的固定波长激光器组网，此时成本低于架顶架顶交换机组网方案。图3所示随着机架内的服务器数目增加，四种组网方案的成本都随之增加，而WSSIRN的成本增加速率低于SD-POIRN与POTORI，略高于ToR；而当服务器数量一定时，WSSIRN结构的成本低于SD-POIRN与POTORI方案。

2)本发明结构可以降低数据中心网络的运营能耗。对WSSIRN结构的能耗进行数值分析，与采用电架顶交换机互连服务器的ToR结构相比，本发明网络结构的能耗更小，主要是因为WSSIRN方案使用的光耦合器是无源光器件而波长选择开关的能耗小于架顶交换机端口能耗；与采用光耦合器互连机架服务器的SD-POIRN与POTORI相比，本发明网络结构的能耗更小，主要是因为WSSIRN控制平面采用电网络、且机架内与机架间的通信合并在一张网络上进行，SD-POIRN结构机架内与机架间通信是两张光网络POTORI的控制平面与数据平面是两张光网络都增加了网络的能耗。图4所示随着机架内服务器数目增加，相比于其它三种组网方式，WSSIRN随服务器的增加能耗增长最缓慢。而当服务器数量一定时，WSSIRN结构的能耗低于ToR、SD-POIRN以及POTORI方案。

3)本发明结构采用软件定义的波长调度机制，该机制采用Weighted Round-Robin算法以及最大-最小公平共享带宽分配算法为机架内服务器分配波长资源；与SD-POIRN结构中采用SD-MAC机制的方案相比，这种算法能够提高机架内网络的吞吐量。图5比较了机架网络中服务器为80台时，WSSIRN与SD-POIRN结构的网络吞吐量。随着网络负载的增加，两种结构的网络吞吐量都随之增加，但是SD-POIRN结构的网络吞吐量始终低于WSSIRN结构，当网络负载为0.8时，WSSIRN比SD-POIRN结构的吞吐量高出37.8％。图7比较了机架网络中服务器数目为64台时，WSSIRN与SD-POIRN结构的网络吞吐量。随着网络负载的增加，SD-POIRN的吞吐量要低于WSSIRN。因此，本发明提出的软件定义的波长调度机制能够提升机架内网络的吞吐量，同时保证波长分配的公平。

4)本发明能够提高数据中心机架网络的分组端到端时延，图8比较了两种结构SD-POIRN与WSSIRN的分组平均端到端时延。机架网络中服务器数目为64台时，WSSIRN的时延维持在0.2ms，低于SD-POIRN结构的分组端到端时延。机架网络中服务器数目为80台时，

WSSIRN的时延维持在0.24ms，低于SD-POIRN结构的分组时延。因此，本发明提出的WSSIRN结构采用软件定义的波长调度机制能降低机架网络的分组平均端到端时延。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络结构；

图2为WSSIRN结构的实现方式；

图3为WSSIRN方案与电以太网交换机方案、基于光耦合器的光互连机架网络方案的成本比较；

图4为WSSIRN方案与电以太网交换机方案、基于光耦合器的光互连机架网络方案的能耗比较；

图5为WSSIRN方案与基于光耦合器的SD-POIRN方案的机架网络吞吐量比较(80台服务器)；

图6为WSSIRN结构中服务器i向服务器j发送数据流程图；

图7为WSSIRN方案与基于光耦合器的SD-POIRN方案的机架网络吞吐量比较(64台服务器)；

图8为WSSIRN方案与基于光耦合器的SD-POIRN方案网络时延的比较。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

1.基于波长选择开关的数据中心机架内光互连结构(WSSIRN)

本发明“一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连结构”由服务器节点、基于波长选择开关和光耦合器的光互连结构、机架控制器三个模块构成。图1所示为WSSIRN网络结构。该结构的数据平面采用波长选择开关和光耦合器的级联方式；该结构的控制平面利用了软件定义网络的思想，机架控制器通过电网络与服务器和波长选择开关相连、收集服务器的请求消息并按需地分配波长资源。机架内服务器发出的光信号首先通过光耦合器耦合至波长选择开关，波长选择开关根据光信号的波长将其路由至不同的光耦合器，光耦合器将光信号广播至与其相连的光耦合器或服务器。要实现以上方案的技术问题，WSSIRN结构的一种连接方式如图2所示：

WSSIRN结构结合波长选择开关的波长路由特性与光耦合器的广播特性。WSSIRN结构中N台服务器通过波长可调谐激光器或者波长各不相同的固定波长激光器连接到(N+1)×1光耦合器的N个输入端口；光耦合器的输出端口与1×M波长选择开关的输入端口相连；波长选择开关的M-2个输出端口都连接着一个2×k的光耦合器，再通过2×k光耦合器的输出端口连接N台服务器的波长可调谐接收机，实现机架内多服务器之间多点对多点的光通信。波长选择开关余下两个输出端口中的一个端口和(N+1)×1光耦合器余下的一个输入端口分别作为机架外部的输出与输入端口。波长选择开关余下的另一个输出端口通过一个1×(M-2)耦合器，连接到M-2个2×k光耦合器实现组播或广播通信。波长选择开关、服务器光收发器都通过电网络与机架控制器相连。

其中，N是机架内服务器数量，M是波长选择开关输出端口的数量，k是用于连接到服务器接收器的光耦合器输出端口数量，三者应该满足如下数量关系：

WSSIRN结构既能够实现数据中心机架内服务器之间的单播、组播与广播通信，又能够实现服务器与机架外部的数据通信。各种通路具体的实现方式为：

机架内单播通路：服务器在发送数据前，首先统一向机架控制器发送请求消息；若判定源服务器需在机架内发送单播数据，机架控制器向源服务器、波长选择开关和目的服务器发送控制消息，调谐源服务器的发送波长和目的服务器的接收波长并对波长选择开关进行配置。服务器发出的光信号经过光耦合器汇合成密集波分复用信号，再经由已被机架控制器配置后的波长选择开关路由至与目的服务器相连的光耦合器；最终，目的服务器在其波长可调谐接收器经机架控制器的控制消息调谐到与源服务器发射器相同的波长的情况下，从其所连接的光耦合器中收到源服务器所发送的单播数据。

机架内广播通路：当机架控制器判定服务器需要向机架内发送广播消息时，通过配置波长选择开关使光信号路由至1×(M-2)光耦合器，该光耦合器将光信号广播至与其相连的M-2个2×k光耦合器，M-2个光耦器进而将光信号广播至相连的N台服务器，实现机架内广播。进行广播通信时，机架控制器向机架内各台服务器发出控制消息、使每台服务器的接收波长都与源服务器的发送波长相同。

机架内组播通路：当机架控制器判定服务器需要向机架内的部分服务器发送组播消息时，控制器首先判定组播组服务器所在的位置；若同一组播组的服务器都与一个2×k光耦合器相连，则采用上述单波方式完成组播通信；若同一组播组的服务器与不同的2×k光耦合器相连，则采用上述广播方式完成组播通信。组播组服务器的接收波长应调谐至与源服务器的发送波长相同。

与机架外部通信：当机架内服务器需要向机架外部发送数据时，服务器需要先向机架控制器发送请求，机架控制器会对波长选择开关进行配置。波长选择开关将源服务器的已调制光信号从密集波分复用光波中分离出来，并从波长选择开关预留的到机架外输出端口路由到机架外部。当机架外服务器需要向机架内发送数据时，也需要向机架控制器发出请求，光信号通过(N+1)×1光耦合器预留的机架外输入端口进入机架，进入机架后的传输过程也分为单播、组播和广播，分别与机架内服务器的单播、组播和广播过程相同。

2.软件定义的波长调度机制

本发明“一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络结构”中的机架控制器采用软件定义的波长调度机制。该机制的目标是为机架内服务器公平高效地分配波长资源，避免因多台服务器使用相同的波长发送数据而产生碰撞。公平体现在机架内各台服务器都能够使用波长、不会出现某些服务器频繁使用波长而其它服务器饿死的现象；高效体现在各波长在服务器之间轮转使用、不会出现某些波长承载大量数据而其它波长闲置的现象。要实现以上方案的技术问题，软件定义的波长调度机制包含以下四个部分：

服务器请求：机架内的各台服务器通过控制信道向控制器发送请求消息；机架控制器收集每台服务器的请求消息后知道各台服务器本周期需要发送的数据总量、需要向机架内各台服务器发送的数据量以及向机架外部发送的数据量。

带宽分配：机架控制器采用最大-最小公平共享带宽分配算法计算每台服务器在本周期允许发送的数据量；带宽分配算法的输入即是各台服务器本周期请求发送的数据总量，输出是每台服务器允许发送的数据量；采用这种算法既能保证网络资源的分配效率，同时能保证分配的公平性。

波长分配：机架控制器采用Weighted Round Robin算法为服务器分配波长，服务器采用轮询方式依次使用波长；每台服务器都有一个权值weight，权值初始值为0，权值高的服务器先使用波长、两台服务器权值相同时序号较小的服务器先使用波长；通过加权Round-Robin算法和最大-最小公平共享带宽分配算法机架控制器确定在本周期内服务器使用哪个波长、使用波长的先后顺序、使用波长发送多少数据量；波长分配完成后，机架控制器通知各服务器将激光器调谐至相应的波长。

数据传输：轮到某台服务器使用波长发送数据时，会将其本周期内需要通信的目的服务器上锁，机架控制器维持一张锁定表Lock Table；当源服务器完成与目的服务器的通信后，目的服务器的锁定解除；在锁定期间，其它新获得波长的源服务器不能对已经上锁的服务器上锁，即不能与已上锁的服务器通信；当一台源服务器因为目的服务器被上锁而不能进行通信时，其权值weight加1，在下一个周期优先使用波长减少数据包的时延，同时避免饿死现象。数据传输过程中，机架控制器还需要对每台服务器发出的数据包进行单播、组播与广播的判定、实时配置波长选择开关使得数据包能够路由至目的服务器。当一台服务器完成波长的使用后，空闲的波长立即交付下一台服务器使用；当一个周期结束后，每台服务器的权值weight将作为下一个周期使用波长先后顺序的依据。

本发明“一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络结构”与现有的数据中心机架方案之间最主要的差别有：1)数据平面以波长选择开关作为主要器件，结合波长选择开关的波长路由特性与光耦合器的广播特性，既能够提供机架内服务器之间的单播、组播与广播通信，又能提供与机架外部的数据通信。2)控制平面利用软件定义网络的思想，机架控制器通过电网络与服务器和波长选择开关相连，收集网络全局状态和各台服务器的请求消息，并对服务器光源和波长选择开关进行动态配置，避免网络发生碰撞，提高网络吞吐量。3)提出了一种软件定义的波长调度机制，该机制采用Weighted Round-Robin以及最大-最小公平共享带宽分配算法为机架内服务器公平高效地分配波长资源。

本发明“一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络结构”WSSIRN结构与已有的数据中心机架网络方案进行仿真对比。传统的数据中心网络使用电以太网交换机(也称为架顶交换机，ToR)互连同一机架内的服务器；新型的无源光互连网络结构采用光耦合器互连同一机架内的服务器，如SD-POIRN与POTORI结构。通过仿真比较可知，本发明具有以下优势：

1)本发明结构可以降低数据中心网络的组网成本。对WSSIRN结构的成本进行数值分析，与采用光耦合器互连服务器的SD-POIRN与POTORI结构相比，本发明网络结构的成本更小；与采用电架顶交换机互连服务器的ToR结构相比，本发明网络结构的成本略高。这是因为在数值分析时，WSSIRN、SD-POIRN与POTORI的服务器光源都是按照可调谐激光器计算，WSSIRN中服务器也可以采用波长各不相同的固定波长激光器组网，此时成本低于架顶架顶交换机组网方案。图3所示随着机架内的服务器数目增加，四种组网方案的成本都随之增加，而WSSIRN的成本增加速率低于SD-POIRN与POTORI，略高于ToR；而当服务器数量一定时，WSSIRN结构的成本低于SD-POIRN与POTORI方案。

2)本发明结构可以降低数据中心网络的运营能耗。对WSSIRN结构的能耗进行数值分析，与采用电架顶交换机互连服务器的ToR结构相比，本发明网络结构的能耗更小，主要是因为WSSIRN方案使用的光耦合器是无源光器件而波长选择开关的能耗小于架顶交换机端口能耗；与采用光耦合器互连机架服务器的SD-POIRN与POTORI相比，本发明网络结构的能耗更小，主要是因为WSSIRN控制平面采用电网络、且机架内与机架间的通信合并在一张网络上进行，SD-POIRN结构机架内与机架间通信是两张光网络POTORI的控制平面与数据平面是两张光网络都增加了网络的能耗。图4所示随着机架内服务器数目增加，相比于其它三种组网方式，WSSIRN随服务器的增加能耗增长最缓慢。而当服务器数量一定时，WSSIRN结构的能耗低于ToR、SD-POIRN以及POTORI方案。

3)本发明结构采用软件定义的波长调度机制，该机制采用Weighted Round-Robin算法以及最大-最小公平共享带宽分配算法为机架内服务器分配波长资源；与SD-POIRN结构中采用SD-MAC机制的方案相比，这种算法能够提高机架内网络的吞吐量。图5比较了机架网络中服务器为80台时，WSSIRN与SD-POIRN结构的网络吞吐量。随着网络负载的增加，两种结构的网络吞吐量都随之增加，但是SD-POIRN结构的网络吞吐量始终低于WSSIRN结构，当网络负载为0.8时，WSSIRN比SD-POIRN结构的吞吐量高出37.8％。图7比较了机架网络中服务器数目为64台时，WSSIRN与SD-POIRN结构的网络吞吐量。随着网络负载的增加，SD-POIRN的吞吐量要低于WSSIRN。因此，本发明提出的软件定义的波长调度机制能够提升机架内网络的吞吐量，同时保证波长分配的公平。

4)本发明能够提高数据中心机架网络的分组端到端时延，图8比较了两种结构SD-POIRN与WSSIRN的分组平均端到端时延。机架网络中服务器数目为64台时，WSSIRN的时延维持在0.2ms，低于SD-POIRN结构的分组端到端时延。机架网络中服务器数目为80台时，WSSIRN的时延维持在0.24ms，低于SD-POIRN结构的分组时延。因此，本发明提出的WSSIRN结构采用软件定义的波长调度机制能降低机架网络的分组平均端到端时延。

本发明“一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络结构”在实践中可以部署在数据中心的机架网络中。在数据平面，数据中心机架内的服务器通过光耦合器和波长选择开关的级联结构互连；控制平面，软件定义的机架控制器调度服务器机架内的数据通信。如图6所示，在数据中心中位于同一机架的服务器i向服务器j发送数据的流程包括：

步骤601：服务器i向机架控制器发送请求消息，请求消息包含服务器i在本周期需要发送的数据总量以及需要向各台服务器和机架外部发送的数据量。

步骤602：机架控制器收到服务器i的请求消息后，得知服务器i本周期需要向服务器j发送的数据量。控制器也收到其它服务器的请求消息，采用最大-最小公平共享带宽分配算法与加权Round-Robin算法计算服务器i在本周期使用哪个波长发送数据、什么时候使用该波长以及使用该波长发送多少数据。

步骤603：机架控制器将波长分配的结果告知源服务器i、目的服务器j以及波长选择开关。服务器i提前将激光器调谐至机架控制器分配的波长λ上。轮到服务器i向服务器j发送数据时，波长选择开关根据机架控制器的指令进行配置、目的服务器j调谐接收器的波长至源服务器i的发送波长。

步骤604：服务器i发出的光信号通过(N+1)×1的光耦合器，与其它服务器发送的光信号耦合至波长选择开关。

步骤605：波长选择开关进行波长路由，将服务器i发出的波长为λ的光信号路由至与目的服务器j相连的光耦合器，光耦合器广播光信号；机架内多台服务器能够收到该信号，但是只有服务器j的接收波长与信号的波长相同能够正确接收信号。

本实例实现了一个周期内服务器i向机架内服务器j的单播数据传输。

下文中将结合附图2对本发明中服务器i向服务器1、服务器j和服务器N的组播通信实施进行详细地说明。

步骤201：服务器i向机架控制器发送请求消息，请求消息包含服务器i在本周期需要发送的数据总量以及需要向各台服务器和机架外部发送的数据量。

步骤202：机架控制器收到服务器i的请求消息后，得知服务器i本周期需要发送组播数据，组播组为服务器1、服务器j与服务器N。由于同一组播组的服务器与不同的光耦合器相连，因此通过波长选择开关后走广播与组播信道。控制器也收到其它服务器的请求消息，采用最大-最小公平共享带宽分配算法与加权Round-Robin算法计算服务器i在本周期使用哪个波长发送数据、什么时候使用该波长以及使用该波长发送多少数据。

步骤203：机架控制器将波长分配的结果告知源服务器i、目的服务器1、目的服务器j、目的服务器N以及波长选择开关。服务器i提前将激光器调谐至机架控制器分配的波长λ上。轮到服务器i发送组播数据时，波长选择开关根据机架控制器的指令将波长λ路由至广播与组播通路上，该组播组的三台目的服务器根据机架控制器的指令调谐接收器的波长至源服务器i的发送波长。

步骤204：服务器i发出的光信号通过(N+1)×1的光耦合器，与其它服务器发送的光信号耦合至波长选择开关。

步骤205：波长选择开关进行波长路由，将服务器i发出的波长为λ的光信号路由至广播与组播通路，1×(M-2)光耦合器将组播信号广播至与其相连的M-2个2×k光耦合器，M-2个光耦器进而将光信号广播至相连的N台服务器，实现机架内广播。机架内各台服务器能够收到该信号，但是只有位于接收组的目的服务器1，目的服务器j和目的服务器N的接收波长与组播信号的波长相同能够正确接收信号。

本实例实现了一个周期内服务器i向机架内服务器1，服务器j和服务器N的组播数据传输。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络，其特征在于：

1)由服务器节点、基于波长选择开关和光耦合器的光互连结构、机架控制器三个模块构成；

2)结合波长选择开关的波长路由特性与光耦合器的广播特性，既能够实现数据中心机架内服务器间的单播、组播与广播通信，又能够实现服务器与机架外部的数据通信；

3)机架控制器收集服务器的请求，运用Round-Robin或Weighted Round Robin算法为机架内服务器分配波长资源、协调机架内与机架间的数据通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络，其特征在于：所述基于波长选择开关和光耦合器的光互连结构满足：机架内服务器发出的光信号首先通过光耦合器耦合至波长选择开关，波长选择开关根据光信号的波长将其路由至不同的光耦合器，光耦合器将光信号广播至与其相连的光耦合器或者服务器；若光耦合器直接与服务器相连，提供机架内单播与组播服务；若光耦合器与其它光耦合器相连，提供机架内广播服务。

3.根据权利要求1所述的一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络，其特征在于：所述机架控制器满足：通过电网络与机架内服务器和波长选择开关相连；利用软件定义网络的思想，机架控制器收集各台服务器的请求后根据需求分配波长资源，控制器调谐服务器光源并配置波长选择开关，使光信号能够路由至目的服务器并且避免了因多台服务器使用相同波长发送数据而产生的碰撞；控制器运行软件定义的波长调度机制，服务器采用轮询方式使用波长、控制器采用Weighted Round Robin或者Round-Robin算法分配波长。

4.根据权利要求1所述的一种基于波长选择开关的数据中心机架内光互连网络，其特征在于：所述服务器节点用于产生和接收光信号，满足：每台服务器都有一个激光器和接收器；接收器的波长是能调谐，激光器根据网络的需求能采用固定波长激光器或波长可调谐激光器；当采用固定波长激光器时，不同的服务器应使用不同的波长发送数据。