CN112804002B - 基于mpo光纤跳线的短距互连网络 - Google Patents

基于mpo光纤跳线的短距互连网络 Download PDF

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Abstract

一种N×N的基于MPO光纤跳线的短距互连网络，使用m个r×r的m芯MPO‑MPO光纤跳线互连模块，r个m×m的r芯MPO‑MPO光纤跳线互连模块和N个N×N的LC光纤跳线连接器构成的N×N互连网络，其中N＝mr，互连网的连线复杂度仅为O(N)，本发明在保证互连网络的连线复杂度为O(N)的同时，将互连网络端到端的插入损耗控制在较低的水平，降低了数据中心连线网络的维护成本；适用于数据中心等场合，大幅度减少短距互联网络的连线复杂度。

Description

基于MPO光纤跳线的短距互连网络
技术领域
本发明涉及光纤互连网络技术领域，特别是一种基于MPO(multi-fiber push on)光纤跳线的短距互连网络。
背景技术
近年来，新兴的宽带应用和信息消费大量涌现，对信息传输、存储和计算提出了新的挑战。为了应对这一挑战，集中了大量交换机等设备的超大规模数据中心不断出现，已成为信息化社会的基础设施。在此背景下，传统设备端口直连的连线方式，使得超大型数据中心缆线连接变得十分复杂。
复杂缆线会给系统维护带来巨大困难。首先，网络连接关系发生改变或线路失效时，系统维护极其困难。其次，密集线缆会影响机架散热。因此，连线问题已经影响到系统的扩展性和能耗，而成为数据中心发展的瓶颈之一。如何寻求复杂度低的连线方式成为一个新的研究课题。
目前，业界所提出的降低连线复杂度的互连方式大致可以分成以下几种：
(1)基于无线技术的连线方式
基于无线技术的连线方式主要利用无线链路替代部分或者所有设备的有线链路。该种连线方式存在的问题包括：(a)无线链路带宽不能满足大带宽的通信需求；(b)无线信道抗干扰能力较弱，需要引入额外的精确调度机制来避免信道间的干扰，使得设备扩展性差；(c)功耗高。
(2)基于光波分复用(WDM)技术的连线方式
该方式主要利用WDM环网实现机架间逻辑上的全互连，其中每对波长连接一对机架。这种连线方式表面上简化了网络结构和连线复杂度，但它连接N个ToR需要O(N2)个波长。面对成百上千个机架，则需要几万到几十万个波长，因此方案扩展性差。
(3)基于阵列波导光栅(AWG)的模块化互连方式
发明专利CN201711054631.1提出的基于AWG的模块化互连方式主要采用光纤的波分复用(WDM)技术和AWG波长路由功能相互配合的方式来降低布线复杂度。一个N×N的AWG互连网络由(N/r)2个r×r的AWG互连而成的三级网络构成，缆线数量可以减少到O(N2/r)。因此，将AWG模块化互连网络应用于数据中心网络，可以在保障通信带宽的同时显著减少连线数量。但是，这种方案存在以下几个问题：首先，网络需要使用大量波长不同的光端机，系统部署成本高；其次，AWG自身带有5dB的插入损耗，这将使得网络端到端的插入损耗口高达15dB；再次，O(N2/r)的连线复杂度依然还是比较高。
因此，面向超大规模数据中心连线问题，本发明提供一种基于MPO光纤跳线的短距互联方案，不仅可将N×N连线网络的连线复杂度降到O(N)，无需使用波长不同的光端机，还可使端到端的插入损耗保持在较低水平。
发明内容
本发明的目的是针对超大规模数据中心网络连线复杂度、可扩展性问题，提供一种基于MPO光纤跳线的短距互连网络，以减少网络连线复杂度，增强短距互连系统的扩展性。特别用于支持N个左侧交换机和N个右侧交换机的互连，使得一个左侧交换机和一个右侧交换机之间有且只有一条通路。
为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案如下：
一种基于MPO光纤跳线的短距互连网络，其特点在于：该短距互连网络是一个三级互连网络，输入级由m个r×r的m芯MPO-MPO光纤跳线互连模块构成，标号为1,2,…,α,…,m，输出级由r个m×m的r芯MPO-MPO光纤跳线互连模块构成，标号为1,2,…,β,…,r；所述的输入级和输出级的MPO-MPO光纤跳线互连模块通过中间级的N个N×N的LC光纤跳线互连模块相连，且N＝mr。
每个所述的m芯MPO-MPO光纤跳线互连模块由包含r个MPO-N芯跳线转MPO-m芯跳线连接器的输入端，以及包含r个MPO-m芯跳线转MPO-N芯跳线连接器的输出端构成；每个所述的r芯MPO-MPO光纤跳线互连模块由包含m个MPO-N芯跳线转MPO-r芯跳线连接器的输入端，以及包含m个MPO-r芯跳线转MPO-N芯跳线连接器输出端构成；每个所述的N×N的LC光纤跳线互连模块由包含1个MPO-N芯跳线转LC跳线连接器的输入端，该连接器的LC接口分成r组，每组m个LC接口，以及包含1个LC跳线转MPO-N芯跳线连接器输出端，该连接器的LC接口分成m组，每组r个LC接口构成。
所述的中间级的N个N×N的LC光纤跳线互连模块分别标号为(1,1),(1,2),…,(α,β),…,(m,r)；输入级的第a个r×r的m芯MPO-MPO光纤跳线互连模块的第β个输出端口通过一条N芯的MPO-MPO光纤跳线与中间级的标号为(α,β)的N×N的LC光纤跳线互连模块的输入端口相连，输出级的第β个m×m的r芯MPO-MPO光纤跳线互连模块的第α个输入端口通过一条N芯的MPO-MPO光纤跳线与中间级的标号为(α,β)的N×N的LC光纤跳线互连模块的输出端口相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
使用r个m×m的MPO光纤跳线连接器和m个r×r的MPO光纤跳线连接器互连构成N×N的互连网络，其中N＝mr，在保证互连网络的连线复杂度为O(N)的同时，无需使用波长不同的光端机，将互连网络端到端的插入损耗控制在较低的水平，降低了数据中心连线网络的维护成本。
附图说明
图1是MPO-N芯跳线转MPO-k芯跳线连接器示意图；
图2是MPO-N芯跳线转LC跳线连接器示意图；
图3是l×l的k芯MPO-MPO光纤跳线互连模块示意图；
图4是N×N的LC光纤跳线互连模块示意图；
图5是基于MPO光纤跳线的N×N短距互连网络结构示意图；
图6是MPO-9芯跳线转MPO-3芯跳线连接器示意图；
图7是MPO-9芯跳线转LC跳线连接器示意图；
图8是3×3的3芯MPO-MPO光纤跳线互连模块示意图；
图9是9×9的LC光纤跳线互连模块示意图；
图10是基于MPO光纤跳线的9×9短距互连网络结构示意图；
图11是基于MPO光纤跳线的9×9短距互连网络的使用方法。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
基于MPO光纤跳线的短距互连网络，包括以下组件和参数：
(1)k芯MPO-MPO光纤跳线：该跳线的两端均有一个k芯MPO光纤接口，两个MPO光纤接口通过k根并行的光纤相连接；
(2)MPO-N芯光纤跳线转MPO-k芯光纤跳线连接器，如图1所示：该连接器为一个封装好的标准模块，输入端是1个MPO-N芯跳线接口，输出端是l个MPO-k芯跳线接口，连接MPO-N芯跳线接口和MPO-k芯跳线接口的是1分l的MPO-N芯分支跳线，其中N＝lk；
(3)MPO-N芯光纤跳线转LC光纤跳线连接器，如图2所示：该连接器为一个封装好的标准模块，输入端是1个MPO-N芯跳线接口，输出端是N个LC跳线接口，连接MPO-N芯跳线接口和LC跳线接口的是1分N的MPO-N芯分支跳线；
(4)l×l的k芯MPO-MPO光纤跳线互连模块：该互连模块为一个封装好的标准模块，输入端包含l个MPO-N芯跳线转MPO-k芯跳线连接器，输出端包含l个MPO-k芯跳线转MPO-N芯跳线的连接器，其中N＝lk，输入跳线连接器l2根k芯MPO-MPO光纤跳线与输出跳线连接器连接，其中i,j＝1,2,…,l；
(5)N×N的LC光纤跳线互连模块：该互连模块为一个封装好的标准模块，输入端包含1个MPO-N芯跳线转LC跳线连接器，连接器的LC接口分成r组，每组m个LC接口，输出端包含1个LC跳线转MPO-N芯跳线连接器，连接器的LC接口分成m组，每组r个LC接口，输入跳线连接器通过N根LC光纤跳线与输出跳线连接器相连，其中i＝1,2,…,r，j＝1,2,…,m，N＝mr；
(6)基于MPO的N×N短距互连网络：该网络是一个三级的互连网络，包括输入级m个r×r的m芯MPO-MPO光纤跳线互连模块和输出级r个m×m的r芯MPO-MPO光纤跳线互连模块，输入级和输出级的MPO-MPO光纤跳线互连模块通过中间级的N个N×N的LC光纤跳线互连模块相连。
基于MPO光纤跳线的短距互连网络的构建步骤如下：
(1)构建l×l的k芯MPO-MPO光纤跳线互连模块，如图3所示：输入端包含l个MPO-N芯跳线转MPO-k芯跳线连接器，输出端包含l个MPO-k芯跳线转MPO-N芯跳线的连接器，其中N＝lk，第i个输入跳线连接器的第j个MPO-k芯接口通过一根k芯MPO-MPO光纤跳线与第j个输出跳线连接器的第i个MPO-k芯接口连接，其中i,j＝1,2,…,l；
(2)构建N×N的LC光纤跳线互连模块，如图4所示：输入端包含1个MPO-N芯跳线转LC跳线连接器，连接器的LC接口分成r组，每组m个LC接口，输出端包含1个LC跳线转MPO-N芯跳线连接器，连接器的LC接口分成m组，每组r个LC接口，输入跳线连接器的第i组的第j个LC接口通过一根LC光纤跳线与第j个输出跳线连接器的第i个LC接口连接，其中i＝1,2,…,r，j＝1,2,…,m，N＝mr；
(3)构建基于MPO光纤跳线的N×N短距互连网络，如图5所示：基于MPO光纤跳线的N×N短距互连网络是一个三级网络，包含输入级的m个r×r的m芯MPO-MPO光纤跳线互连模块，分别标号为1,2,…,α,…,m，中间级的N个N×N的LC光纤跳线互连模块，分别标号为(1,1),(1,2),…,(α,β),…,(m,r)，输出级的r个m×m的r芯MPO-MPO光纤跳线互连模块，分别标号为1,2,…,β,…,r，输入级的第α个r×r的m芯MPO-MPO光纤跳线互连模块的第β个输出端口通过一条N芯的MPO-MPO光纤跳线与中间级标号为(α,β)的LC光纤跳线互连模块的输入端口相连，输出级的第β个m×m的r芯MPO-MPO光纤跳线互连模块的第α个输入端口通过一条N芯的MPO-MPO光纤跳线与中间级标号为(α,β)的LC光纤跳线互连模块的输出端口相连，其中α＝1,2,…,r，β＝1,2,…,m。
实施例：基于MPO光纤跳线的9×9短距互连网络，包括以下组件和参数：
(1)9芯MPO-MPO光纤跳线互连模块：该跳线的两端均有一个9芯MPO光纤接口，两个MPO光纤接口通过9根并行的光纤相连接；
(2)MPO-9芯跳线转MPO-3芯跳线连接器，如图6所示：该连接器为一个封装好的标准模块，输入端是1个MPO-9芯跳线接口，输出端是3个MPO-3芯跳线接口，连接MPO-9芯跳线接口和MPO-3芯跳线接口的是1分3的MPO-9芯分支跳线，其中N＝lk；
(3)MPO-9芯跳线转LC跳线连接器，如图7所示：该连接器为一个封装好的标准模块，输入端是1个MPO-9芯跳线接口，输出端是9个LC跳线接口，连接MPO-9芯跳线接口和LC跳线接口的是1分9的MPO-N芯分支跳线；
(4)3×3的3芯MPO光纤跳线互连模块，如图8所示：该互连模块为一个封装好的标准模块，输入端包含3个MPO-9芯跳线转MPO-3芯跳线连接器，输出端包含3个MPO-3芯跳线转MPO-9芯跳线的连接器，输入跳线连接器9根3芯MPO-MPO光纤跳线与输出跳线连接器连接；
(5)9×9的LC光纤跳线互连模块，如图9所示：该互连模块为一个封装好的标准模块，输入端包含1个MPO-9芯跳线转LC跳线连接器，连接器的LC接口分成3组，每组3个LC接口，输出端包含1个LC跳线转MPO-9芯跳线连接器，连接器的LC接口分成3组，每组3个LC接口，输入跳线连接器通过9根LC光纤跳线与输出跳线连接器相连；
(6)基于MPO的9×9短距互连网络：该网络是一个三级的互连网络，包括输入级3个3×3的3芯MPO-MPO光纤跳线互连模块和输出级3个3×3的3芯MPO-MPO光纤跳线互连模块，输入级和输出级的MPO-MPO光纤跳线互连模块通过中间级的9个9×9的LC跳线互连模块相连。
基于MPO光纤跳线的9×9短距互连网络，包括如下构建步骤：
(1)构建3×3的3芯MPO-MPO光纤跳线互连模块，如图8所示：该模块为一个封装好的标准模块，输入端包含3个MPO-9芯跳线转MPO-3芯跳线连接器，输出端包含3个MPO-3芯跳线转MPO-9芯跳线的连接器，第i个输入跳线连接器的第j个MPO-3芯接口通过一根3芯MPO-MPO光纤跳线与第j个输出跳线连接器的第i个MPO-3芯接口连接，其中i,j＝1,2,3；
(2)构建9×9的LC光纤跳线互连模块，如图9所示：该模块为一个封装好的标准模块，输入端包含1个MPO-9芯跳线转LC跳线连接器，连接器的LC接口分成3组，每组3个LC接口，输出端包含1个LC跳线转MPO-9芯跳线连接器，连接器的LC接口分成3组，每组3个LC接口，输入跳线连接器的第i组的第j个LC接口通过一根LC光纤跳线与第j个输出跳线连接器的第i个LC接口连接，其中i,j＝1,2,3；
(3)构建基于MPO光纤跳线的9×9短距互连网络，如图10所示：基于MPO光纤跳线的9×9短距互连网络是一个三级网络，包含输入级的3个3×3的3芯MPO-MPO光纤跳线互连模块，标号为1,2,3，中间级的9个9×9的LC光纤跳线互连模块，标号为(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3)，输出级的3个3×3的3芯MPO-MPO光纤跳线互连模块，标号为1,2,3，输入级的第α个3×3的3芯MPO-MPO光纤跳线互连模块的第αβ个输出端口通过一条9芯的MPO-MPO光纤跳线与中间级标号为(α,β)的LC光纤跳线互连模块的输入端口相连，输出级的第β个3×3的3芯MPO-MPO光纤跳线互连模块的第α个输入端口通过一条9芯的MPO-MPO光纤跳线与中间级标号为(α,β)的LC光纤跳线互连模块的输入端口相连相连，其中α,β＝1,2,3。
(4)基于MPO光纤跳线的短距互连网络的使用方法，如图11所示：左侧的9个交换节点L1～L9分别通过一个9芯MPO-MPO光纤跳线与输入级的3×3的3芯MPO光纤跳线互连模块的一个MPO-9芯光纤接口相连，右侧的9个交换节点R1～R9分别通过一个9芯MPO-MPO光纤跳线与输出级的3×3的3芯MPO光纤跳线互连模块的一个MPO-9芯光纤接口相连，从而互连网络可为一个左侧交换节点和一个右侧交换节点恰好提供一条通路。
本实施案例基于MPO的9×9短距互连网络由9根9芯MPO-MPO光纤跳线、6个3×3的MPO-3光纤跳线连接器和9个9×9的LC光纤跳线连接器互连构成。在上述实施例中，相比于以往的基于AWG的连线方案，参与交叉的线缆数量从54根降低到27，且不需要用多种波长的光收发模块，端到端的插入损耗大幅度下降。

Claims (2)

1.一种基于MPO光纤跳线的短距互连网络，其特征在于：该短距互连网络是一个三级互连网络，输入级由m个r×r的m芯MPO-MPO光纤跳线互连模块构成，标号为1，2，…，α，…，m，输出级由r个m×m的r芯MPO-MPO光纤跳线互连模块构成，标号为1，2，…，β，…，r；所述的输入级和输出级的MPO-MPO光纤跳线互连模块通过中间级的N个N×N的LC光纤跳线互连模块相连，且N＝mr；
每个所述的r×r的m芯MPO-MPO光纤跳线互连模块由包含r个MPO-N芯跳线转MPO-m芯跳线连接器的输入端，以及包含r个MPO-m芯跳线转MPO-N芯跳线连接器的输出端构成；每个所述的m×m的r芯MPO-MPO光纤跳线互连模块由包含m个MPO-N芯跳线转MPO-r芯跳线连接器的输入端，以及包含m个MPO-r芯跳线转MPO-N芯跳线连接器输出端构成；每个所述的N×N的LC光纤跳线互连模块由包含1个MPO-N芯跳线转LC跳线连接器的输入端，该连接器的LC接口分成r组，每组m个LC接口，以及包含1个LC跳线转MPO-N芯跳线连接器输出端，该连接器的LC接口分成m组，每组r个LC接口构成。
2.根据权利要求1所述的基于MPO光纤跳线的短距互连网络，其特征在于：所述的中间级的N个N×N的LC光纤跳线互连模块分别标号为(1，1)，(1，2)，…，(α，β)，…，(m，r)；输入级的第α个r×r的m芯MPO-MPO光纤跳线互连模块的第β个输出端口通过一条N芯的MPO-MPO光纤跳线与中间级的标号为(α，β)的N×N的LC光纤跳线互连模块的输入端口相连，输出级的第β个m×m的r芯MPO-MPO光纤跳线互连模块的第α个输入端口通过一条N芯的MPO-MPO光纤跳线与中间级的标号为(α，β)的N×N的LC光纤跳线互连模块的输出端口相连。
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