CN114124216A - 基于小波变换的数据中心内部自由空间光通信系统接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于小波变换的数据中心内部自由空间光通信系统接收机，包括方向选择反射镜、准直器、光电探测器、模数转换器、数据分流器、离散小波变换、抽样判决模块和分形数据恢复器；所述方向选择反射镜，用于调整方向接收来自发射机通过自由空间大气信道传输的平行光传输信号；所述离散小波变换，对由接收数字电信号x(t)获得的N条支路信号进行离散小波变换，从而获得各支路离散小波信号的系数，即公式(1)中的
Figure RE-DDA0002821612850000011
为第m支路分形数据在t＝nTm时刻的数据比特，Tm为第m条分形数据的比特周期。本发明数据中心内部数据接收机节约了宝贵的核心交换机资源，方便水平扩展，能够满足分布式计算和大数据等新业务的需求。

Description

基于小波变换的数据中心内部自由空间光通信系统接收机
技术领域
本发明涉及数据中心的通信系统领域，尤其涉及一种数据中心内部数据接收机。
背景技术
为了满足数据中心内部不断增长的通信带宽需求和减少数据中心的能耗，光通信技术已引起人们的重视。传统的数据中心网络架构通常是三层：接入层、汇聚层和核心层，这种架构由核心交换机、汇聚交换机和接入交换机组成，接入交换机通常位于机架顶部，所以它们也被称为ToR(Top of Rack)，它们物理连接服务器。汇聚交换机连接接入交换机，根据物理位置将服务器划分为不同的POD(Point of Delivery)。汇聚层由多个重复的POD组成。每个POD包括服务器，存储和网络设备，完成一种或者多种业务。核心交换机为进出数据中心的包提供高速的转发，为多个汇聚层POD提供连接性，包括核心交换机，出口路由器等设备。随着云计算、大数据等的兴起，在数据中心的服务器之间产生大量的流量，根据CiscoGlobal Cloud Index:Forecast and Methodology, 2015–2020，到2020年77％的数据中心流量将会是数据中心内部的流量，也就是东西向流量。虚拟机的引入，使得应用部署方式越来越分布式，东西向流量越来越大，这些流量需要被高效地处理，还要保证可预测的低延迟。传统的数据中心内部网络三层架构的带宽成为瓶颈，并且服务器到服务器的延迟随流量路径不同而不同。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于小波变换的数据中心内部自由空间光通信系统接收机，该数据中心内部数据接收机解决数据中心内部网络面临的问题，减少了数据中心内部多层转发带来的延时和了数据中心内部服务器机架之间的光纤连接，节约了宝贵的核心交换机资源，方便水平扩展，能够满足分布式计算和大数据等新业务的需求，数据传输速率高，具有更高的频谱利用率和更好的误码率性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于小波变换的数据中心内部自由空间光通信系统接收机，包括方向选择反射镜、准直器、光电探测器、模数转换器、数据分流器、离散小波变换、抽样判决模块和分形数据恢复器；
所述方向选择反射镜，用于调整方向接收来自发射机通过自由空间大气信道传输的平行光传输信号；
所述准直镜，用于将来自方向选择反射镜的平行光传输信号调制为接收光信号；
所述光电探测器，用于将接收光信号转换为接收模拟电信号；
所述模数转换器，将接收模拟电信号转换为接收数字电信号x(t)；
所述数据分流器，将来自模数转换器的接收数字信号进行数据分流获得N条支路的数字信号；
所述离散小波变换，对由接收数字电信号x(t)获得的N条支路信号进行离散小波变换，从而获得各支路离散小波信号的系数，即公式(1)中的
Figure RE-GDA0002821612840000023
为第m 支路分形数据在t＝nTm时刻的数据比特，Tm为第m条分形数据的比特周期；
Figure RE-GDA0002821612840000021
具体为：第m条支路的波形为一个小波函数，记为离散小波ψm(t)，如公式 (2)所示，其中，ψ(t)是母小波函数：
Figure RE-GDA0002821612840000022
所述抽样判决模块(7)，接收离散小波变换的N路分形数据比特，根据各支路的速率对各支路信号进行抽样判决，记为x0，x1，…，xN-1，每条支路的速率均是2的幂次方，记为Rn，最低的速率为R，如公式(3)所示：
Rn＝2n·R (3)；
所述分形数据恢复器(8)，接收抽样判决模块的N路不同速率的分形数据比特，将其恢复成原来的信息数据比特流。
上述技术方案中进一步改进的方案如下：
上述方案中，所述电光调制器为马赫增德尔调制器。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明数据中心内部数据接收机，其解决数据中心内部网络面临的问题，减少了数据中心内部多层转发带来的延时和了数据中心内部服务器机架之间的光纤连接，节约了宝贵的核心交换机资源，方便水平扩展，能够满足分布式计算和大数据等新业务的需求，数据传输速率高，具有更高的频谱利用率和更好的误码率性能。
附图说明
附图1为本发明数据中心内部机架之间连接示意图；
附图2为本发明数据中心内部数据接收机原理示意图。
以上附图中：1、方向选择反射镜；2、准直镜；3、光电探测器；4、数模转换器；5、数据分流器；6、离散小波变换；7、抽样判决模块；8、分形数据恢复器。
具体实施方式
在本专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利的具体含义。
实施例1：一种基于小波变换的数据中心内部自由空间光通信系统接收机，包括方向选择反射镜1、准直器2、光电探测器3、模数转换器4、数据分流器5、离散小波变换6、抽样判决模块7和分形数据恢复器8；
所述方向选择反射镜1，用于调整方向接收来自发射机通过自由空间大气信道传输的平行光传输信号；
所述准直镜2，用于将来自方向选择反射镜1的平行光传输信号调制为接收光信号；
所述光电探测器3，用于将接收光信号转换为接收模拟电信号；
所述模数转换器4，将接收模拟电信号转换为接收数字电信号x(t)；
所述数据分流器5，将来自模数转换器4的接收数字信号进行数据分流获得N 条支路的数字信号；
所述离散小波变换6，对由接收数字电信号x(t)获得的N条支路信号进行离散小波变换，从而获得各支路离散小波信号的系数，即公式(1)中的
Figure RE-GDA0002821612840000044
为第m 支路分形数据在t＝nTm时刻的数据比特，Tm为第m条分形数据的比特周期；
Figure RE-GDA0002821612840000041
具体为：第m条支路的波形为一个小波函数，记为离散小波ψm(t)，如公式 (2)所示，其中，ψ(t)是母小波函数：
Figure RE-GDA0002821612840000042
所述抽样判决模块(7)，接收离散小波变换的N路分形数据比特，根据各支路的速率对各支路信号进行抽样判决，记为x0，x1，…，xN-1，每条支路的速率均是2的幂次方，记为Rn，最低的速率为R，如公式(3)所示：
Rn＝2n·R (3)；
所述分形数据恢复器(8)，接收抽样判决模块的N路不同速率的分形数据比特，将其恢复成原来的信息数据比特流。
实施例2：一种基于小波变换的数据中心内部自由空间光通信系统接收机，包括方向选择反射镜1、准直器2、光电探测器3、模数转换器4、数据分流器5、离散小波变换6、抽样判决模块7和分形数据恢复器8；
所述方向选择反射镜1，用于调整方向接收来自发射机通过自由空间大气信道传输的平行光传输信号；
所述准直镜2，用于将来自方向选择反射镜1的平行光传输信号调制为接收光信号；
所述光电探测器3，用于将接收光信号转换为接收模拟电信号；
所述模数转换器4，将接收模拟电信号转换为接收数字电信号x(t)；
所述数据分流器5，将来自模数转换器4的接收数字信号进行数据分流获得N 条支路的数字信号；
所述离散小波变换6，对由接收数字电信号x(t)获得的N条支路信号进行离散小波变换，从而获得各支路离散小波信号的系数，即公式(1)中的
Figure RE-GDA0002821612840000043
为第m 支路分形数据在t＝nTm时刻的数据比特，Tm为第m条分形数据的比特周期；
Figure RE-GDA0002821612840000051
具体为：第m条支路的波形为一个小波函数，记为离散小波ψm(t)，如公式(2)所示，其中，ψ(t)是母小波函数：
Figure RE-GDA0002821612840000052
所述抽样判决模块(7)，接收离散小波变换的N路分形数据比特，根据各支路的速率对各支路信号进行抽样判决，记为x0，x1，…，xN-1，每条支路的速率均是2的幂次方，记为Rn，最低的速率为R，如公式(3)所示：
Rn＝2n·R (3)；
所述分形数据恢复器(8)，接收抽样判决模块的N路不同速率的分形数据比特，将其恢复成原来的信息数据比特流。
上述电光调制器5为马赫增德尔调制器。
采用上述数据中心内部数据接收机时，其解决数据中心内部网络面临的问题，减少了数据中心内部多层转发带来的延时和了数据中心内部服务器机架之间的光纤连接，节约了宝贵的核心交换机资源，方便水平扩展，能够满足分布式计算和大数据等新业务的需求，数据传输速率高，具有更高的频谱利用率和更好的误码率性能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于小波变换的数据中心内部自由空间光通信系统接收机，其特征在于：包括方向选择反射镜(1)、准直器(2)、光电探测器(3)、模数转换器(4)、数据分流器(5)、离散小波变换(6)、抽样判决模块(7)和分形数据恢复器(8)；
所述方向选择反射镜(1)，用于调整方向接收来自发射机通过自由空间大气信道传输的平行光传输信号；
所述准直镜(2)，用于将来自方向选择反射镜(1)的平行光传输信号调制为接收光信号；
所述光电探测器(3)，用于将接收光信号转换为接收模拟电信号；
所述模数转换器(4)，将接收模拟电信号转换为接收数字电信号x(t)；
所述数据分流器(5)，将来自模数转换器(4)的接收数字信号进行数据分流获得N条支路的数字信号；
所述离散小波变换(6)，对由接收数字电信号x(t)获得的N条支路信号进行离散小波变换，从而获得各支路离散小波信号的系数，即公式(1)中的
Figure RE-FDA0002821612830000013
为第m支路分形数据在t＝nTm时刻的数据比特，Tm为第m条分形数据的比特周期；
Figure RE-FDA0002821612830000011
具体为：第m条支路的波形为一个小波函数，记为离散小波ψm(t)，如公式(2)所示，其中，ψ(t)是母小波函数：
Figure RE-FDA0002821612830000012
所述抽样判决模块(7)，接收离散小波变换的N路分形数据比特，根据各支路的速率对各支路信号进行抽样判决，记为x0，x1，…，xN-1，每条支路的速率均是2的幂次方，记为Rn，最低的速率为R，如公式(3)所示：
Rn＝2n·R (3)；
所述分形数据恢复器(8)，接收抽样判决模块的N路不同速率的分形数据比特，将其恢复成原来的信息数据比特流。
2.根据权利要求1所述的数据中心内部数据接收机，其特征在于：所述电光调制器(5)为马赫增德尔调制器。
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