CN117675729A - 光网络的n×m交换架构及数据中心网络和城域网络 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光网络的N×M交换架构，其以较低的成本实现NxM交换架构，包括N个线路侧单元和M个客户侧单元，所述客户侧单元的器件采用twin 1×B波长选择开关；所述线路侧单元的器件采用两个1×A光分路器或1个1×A光分路器和1×A波长选择开关或者2个1×A波长选择开关中的任意一种，其中器件的端口数满足B≥N，A≥M；线路侧单元发送端器件的支路端口与M个客户侧单元接收端器件的支路端口分别相连，线路侧单元接收端器件的支路端口与M个客户侧单元发送端器件的支路端口相连，此外，本发明还提供了具有该光网络的N×M交换架构的数据中心网络和城域网络。

Description

光网络的N×M交换架构及数据中心网络和城域网络

技术领域

本发明涉及全光网络技术领域，具体涉及光网络的N×M交换架构及数据中心网络和城域网络。

背景技术

随着5G时代来临，对网络传输的需求越来越高，传统电交换技术的带宽及时延已无法满足新时代的网络需求。随着光交换技术的逐渐完善，全光网络已逐渐普及。在全光网络中，用户与用户之间的信号传输和交换完全采用光波技术，中间不存在光电转换过程。相比传统的光通信系统，全光网具有兼容性良好；无光电转换、传输速率高；对信号形式无限制，允许不同的速率和协议；可根据通信容量需求，动态改变网络结构等优势。其中光网络的交换架构是构建全光网络系统的重要组成部分。

目前常见的全光网络交换架构为ROADM(Reconfigurable Optical Add-DropMultiplexer，可重构光分插复用器)架构。ROADM交换架构如图1所示，客户侧采用2个B×M的波长选择开关，线路侧采用N对1×A的WSS(Wavelength Selective Switch，波长选择开关)(其中要求A＞N，B≥N)。A、B为对应波长选择开关的端口数量，线路侧一般会使用给N为线路侧端口数量，M为客户侧端口数量。在这种架构中，当线路侧向客户侧发送光信号时，可通过线路侧波长选择开关将信号发送给客户侧波长选择开关，线路侧B×M波长选择开关，可将接收到的光信号分配到想要接收的对应端口；当客户侧向线路侧发送光信号时，可通过客户侧B×M波长选择开关把某端口的光信号发送到想要发送的客户侧波长选择开关。同时，ROADM光网络交换架构还支持线路侧节点互联，实现光信号转发。

在ROADM架构中，在客户侧需使用BxM交换模块，其结构如图2所示。当前NxM光交换模块的主要技术方案有BxM WSS模块和BxM MCS(Multi-Cast Switch多播交换光开关)光交换模块。

N×M WSS光交换模块结构如图3所示，采用1个B：M的波长选择开关构成。在这种结构构中，可直接通过波长选择开关实现光路的交换。

N×M MCS光交换模块结构如图4所示，采用N个1×A的光分路器和M个1×B的光开关构成(其中要求A≥M，B≥N)。在这种结构中，发射端通过光分路器向多个独立的光开关发送光信号，接收端则通过光开关选择需要接收的支路光信号从而实现光网络的N×M交换架构。

在现有的ROADM光交换架构中主要依赖B×M的光交换模块，主要存在以下问题：

1、采用WSS方案的ROADM架构中使用的B×M的波长选择开关由于现阶段相关技术和生产能力有限，仍处于实验室样机阶段，生产成本和生产难度较高。并且器件稳定性和可靠性难以保证，很难在现网环境中大规模使用。

2、采用MCS方案的ROADM架构中使用的光开关和光分路器都不具备波长选择能力，无法构建波长无关的光交换网络，在搭建光网络时必须考虑网络中的光信号波长不能相同。

3、采用MCS方案的ROADM架构中使用的1×B光开关为单路选择开关，无法同时实现多发多收的网络架构需求。

4、采用MCS方案的ROADM架构中无法实现同侧网络节点之间的互联，实现信号转发，提高光网络稳定性。

现有的ROADM架构中，客户侧的交换能力有限，更加重视南北向的流量交换(客户侧与线路侧间)即线路侧间的流量交互，与目前数据中心网络及城域网络的业务需求不符。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明提供了一种光网络的N×M交换架构，其以较低的成本实现NxM交换架构，此外，本发明还提供了具有该光网络的N×M交换架构的数据中心网络和城域网络。

其技术方案是这样的:一种光网络的N×M交换架构，包括N个线路侧单元和M个客户侧单元，其特征在于：

所述客户侧单元的器件采用twin 1×B波长选择开关；

所述线路侧单元的器件采用两个1×A光分路器或1个1×A光分路器和1×A波长选择开关或者2个1×A波长选择开关中的任意一种，其中器件的端口数满足B≥N，A≥M；

线路侧单元发送端器件的支路端口与M个客户侧单元接收端器件的支路端口分别相连，线路侧单元接收端器件的支路端口与M个客户侧单元发送端器件的支路端口相连。

进一步的，当所述线路侧单元采用两个1×A光分路器时，两个1×A光分路器分别作为线路侧单元的发送端和接收端，线路侧单元发送端光分路器的支路端口与M个客户侧单元接收端波长选择开关的支路端口分别相连，线路侧单元接收端光分路器的支路端口与M个客户侧单元发送端波长选择开关相连；

进一步的，当所述线路侧单元采用1个1×A光分路器和1×A波长选择开关时，1×A波长选择开关作为线路侧单元发射端，1×A光分路器作为线路侧单元的接收端，线路侧单元发送端波长选择开关的支路端口与M个客户侧单元接收端波长选择开关的支路端口分别相连，线路侧单元接收端光分路器的支路端口与M个客户侧单元发送端的波长选择开关的支路端口相连；

进一步的，当所述线路侧单元采用2个1×A波长选择开关时，2个1×A波长选择开关分别作为线路侧单元发射端和接收端，线路侧单元发送端波长选择开关的支路端口与M个客户侧单元接收端波长选择开关的支路端口分别相连，线路侧接收端波长选择开关与M个客户侧单元发送端波长选择开关的支路端口分别相连。

进一步的，当所述线路侧单元采用两个1×A光分路器时，在线路侧单元向客户侧单元发送光信号时：线路侧单元向所有客户侧单元发送相同的光信号，客户侧单元通过控制接收端波长选择开关实现对客户侧发送光信号的选收，在客户侧单元向线路侧单元发送信号时，客户侧单元通过控制发射端波长选择开关，将对应波长的光信号发送到想要发送的线路侧支路端口，线路侧单元接收端接收所有向自身发送的光信号。

进一步的，当所述线路侧单元采用1个1×A光分路器和1×A波长选择开关时，在线路侧单元向客户侧单元发送光信号时，线路侧单元通过波长选择开关向想要发送光信号的客户侧单元发送的光信号，客户侧单元通过控制接收端波长选择开关实现对客户侧单元发送光信号的选收；在客户侧单元向线路侧单元发送信号时，客户侧单元通过控制发射端波长选择开关，将对应波长的光信号发送到想要发送的线路侧单元的支路端口，线路侧单元接收端接收所有向自身发送的光信号。

进一步的，当所述线路侧单元采用2个1×A波长选择开关时，客户侧单元和线路侧单元分别能够通过控制波长选择开关，选择将光信号发送给任意对侧的单元，也能够选择接收任意对侧的单元的光信号。

进一步的，当客户侧单元的twin 1×B波长选择开关满足B≥M+N时，将客户侧单元发射端波长选择开关的支路端口与其他客户侧单元接收端波长选择开关的支路端口相连接，以实现所有客户侧单元互联。

一种数据中心网络，其特征在于，包括权利要求1所述的一种光网络的N×M交换架构，每个所述客户侧单元与不同的ToR交换机相连接，ToR交换机分别连接服务器，所述客户侧单元支持数据中心东西向流量交互，线路侧单元实现本地业务与多个数据中心间的业务交换。

一种城域网络，其特征在于，包括权利要求1所述的一种光网络的N×M交换架构，每个所述客户侧单元与不同的城域OTN相连接以接入不同的城域OTN环网，所述客户侧单元支持环网间的波长调度、所述线路侧单元支持环网与多个传输方向间的互联。

本发明的光网络的N×M交换架构具有以下优点：

采用现有成熟光器件产品，可在现网使用的光网络基础上进行升级改进，使用原有光器件，具有良好的可操作性、可实行性,不使用特定的NxM交换模块，通过现有光网络设备实现N×M交换能力；其解决现有技术中采用WSS方案的ROADM N×M交换架构中依赖实验室试验产品，不具备工业化大规模使用的问题，本发明的光网络的N×M交换架构使用现有的市面上大规模使用的常规、稳定的光器件搭建光网络N×M交换架构，以较低的成本实现NxM交换架构，本发明所使用的全部光器件全部采用1xN的架构，可在市场中较为便利的获得，不使用任何难以制造的定制器件；

并且，还解决现有技术中采用MCS方案的ROADM N×M交换架构，无法满足无色、无方向、无竞争(CDC)全光网络发展需要的问题；此外，解决现有技术中采用MCS方案的ROADMN×M交换架构，无法同时实现多发多收、同侧节点互联等的光网络交换架构的问题。

此外本发明推出的新型光网络的N×M交换架构，可支持线路侧交换单元灵活扩展，并支持多种线路侧方案。

本发明推出的新型光网络的N×M交换架构可应用于数据中心内部网络及城域网络架构，满足数据中心网络及城域网络的业务需求，符合数据中心网络需求，增加线路侧的交换能力，支持多个客户侧间建立波长交换网络。

附图说明

图1为ROADM光网络N×M交换架构的示意图；

图2为光网络B×M交换模块的示意图；

图3为N×M WSS光交换模块结构图；

图4为N×M MCS光交换模块结构图；

图5为实施例中的一种光网络的N×M交换架构的示意图；

图6为实施例中的客户侧单元的示意图；

图7为具体实施例1的线路侧单元的示意图；

图8为具体实施例2的线路侧单元的示意图；

图9为具体实施例3的线路侧单元的示意图；

图10为实施例中的另一种光网络的N×M交换架构的示意图；

图11为现有的数据中心网络架构图；

图12为实施中的数据中心网络架构图；

图13为实施中的数据中心网络架构图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

具体实施例1：

见图5、图6、图7，一种光网络的N×M交换架构，包括N个线路侧单元1和M个客户侧单元2，

客户侧单元2的器件采用twin 1×B波长选择开关；

线路侧单元1的器件采用两个1×A光分路器，其中器件的端口数满足B≥N，A≥M；两个1×A光分路器分别作为线路侧单元1的发送端和接收端，线路侧单元1发送端的光分路器的支路端口与M个客户侧单元2接收端的波长选择开关的支路端口分别相连，线路侧单元1接收端光分路器的支路端口与M个客户侧单元发送端波长选择开关相连；

当线路侧单元采用两个1×A光分路器时，在线路侧单元向客户侧单元发送光信号时：线路侧单元向所有客户侧单元发送相同的光信号，客户侧单元通过控制接收端波长选择开关实现对客户侧发送光信号的选收，在客户侧单元向线路侧单元发送信号时，客户侧单元通过控制发射端波长选择开关，将对应波长的光信号发送到想要发送的线路侧支路端口，线路侧单元接收端接收所有向自身发送的光信号。在此实施例中，线路侧单元支持线路侧信号向多个客户侧单元分发，同时接收多个客户侧单元的信号，可以实现无色、无方向的全光网络，但需要合理分配光网络中的波长，确保信号互不干扰。

具体实施例2：

见图5、图6、图8，一种光网络的N×M交换架构，包括N个线路侧单元1和M个客户侧单元2，

客户侧单元2的器件采用twin 1×B波长选择开关；

线路侧单元1的器件采用1个1×A光分路器和1×A波长选择开关，其中器件的端口数满足B≥N，A≥M；

具体而言，采用1×A波长选择开关作为线路侧单元发射端，1×A光分路器作为线路侧单元的接收端，线路侧单元发送端波长选择开关的支路端口与M个客户侧单元接收端波长选择开关的支路端口分别相连，线路侧单元接收端光分路器的支路端口与M个客户侧单元发送端的波长选择开关的支路端口相连；

当线路侧单元采用1个1×A光分路器和1×A波长选择开关时，在线路侧单元向客户侧单元发送光信号时，线路侧单元通过波长选择开关向想要发送光信号的客户侧单元发送的光信号，客户侧单元通过控制接收端波长选择开关实现对客户侧单元发送光信号的选收；在客户侧单元向线路侧单元发送信号时，客户侧单元通过控制发射端波长选择开关，将对应波长的光信号发送到想要发送的线路侧单元的支路端口，线路侧单元接收端接收所有向自身发送的光信号。在此方案中，线路侧单元支持同时向任意客户侧单元分发指定波长业务，并同时接收多个客户侧单元的信号，可以实现无色、无方向、无竞争的全光网络。具体实施例3：

见图5、图6、图9，一种光网络的N×M交换架构，包括N个线路侧单元1和M个客户侧单元2，

客户侧单元2的器件采用twin 1×B波长选择开关；

线路侧单元1的器件采用2个1×A波长选择开关，图9中的twin 1×A WSS表示两个1×A波长选择开关其中器件的端口数满足B≥N，A≥M；

2个1×A波长选择开关分别作为线路侧单元发射端和接收端，线路侧单元发送端波长选择开关的支路端口与M个客户侧单元接收端波长选择开关的支路端口分别相连，线路侧接收端波长选择开关与M个客户侧单元发送端波长选择开关的支路端口分别相连，当线路侧单元采用2个1×A波长选择开关时，客户侧单元和线路侧单元分别能够通过控制波长选择开关，选择将光信号发送给任意对侧的单元，也能够选择接收任意对侧的单元的光信号。在此方案中，线路侧单元支持同时向任意客户侧单元分发指定波长业务，可以实现无色、无方向、无竞争的全光网络。

在上述三个实施例中，可通过增加客户侧单元波长选择开关支路端口的数量，将客户侧单元发射端波长选择开关支路端口与其他客户侧单元接收端波长选择开关支路端口相连，参见图10。在此连接方式中，当客户侧单元的twin 1×B波长选择开关满足B≥M+N时，可实现所有客户侧单元互联，实现光信号转发。

上述实施中的光网络的N×M交换架构具有以下优点：

(1)采用现有成熟光器件产品，可在现网使用的光网络基础上进行升级改进，使用原有光器件，具有良好的可操作性、可实行性。

(2)符合数据中心网络需求，增加线路侧的交换能力，支持多个客户侧间建立波长交换网络。

(3)不使用特定的NxM交换模块，通过现有光网络设备实现N×M交换能力。

通过实施例中光网络的N×M交换架构的应用，解决采用WSS方案的ROADM N×M交换架构中依赖实验室试验产品，不具备工业化大规模使用的问题。使用现有的市面上大规模使用的常规、稳定的光器件搭建光网络N×M交换架构，以较低的成本实现NxM交换架构。本发明所使用的全部光器件全部采用1xN的架构，可在市场中较为便利的获得，不使用任何难以制造的定制器件；解决采用MCS方案的ROADM N×M交换架构，无法满足无色、无方向、无竞争(CDC)全光网络发展需要的问题；解决采用MCS方案的ROADM N×M交换架构，无法同时实现多发多收、同侧节点互联等的光网络交换架构的问题。

实施例中光网络的N×M交换架构，可支持线路侧交换单元灵活扩展，并支持多种线路侧方案，可应用于数据中心内部网络及城域网络架构。

具体实施例4：

如图11，在数据中心网络中，不同服务器或者TOR间的业务交换通常通过(Spine-Leaf)交换机进行交换。该种架构依赖于电交换机的性能，无法很好的满足大带宽、低时延的交换需求。随着数据中心业务的发展，数据中心流量需求也在发生变化。从传统的南北向流量(上传和下载)为主，转变为更重视数据中心内部东西向流量(数据中心内部的服务器之间)。

鉴于现有数据中心网络中存在的问题，见图12，在本发明的实施例中，还提供了一种数据中心网络，包括实施例2中光网络的N×M交换架构，也可以采用实施例1、3中的光网络的N×M交换架构，每个客户侧单元与不同的ToR交换机(Top of Rack，架顶交换机)相连接，ToR交换机分别连接服务器，通过客户侧单元实现数据中心东西向流量交互，线路侧单元实现本地业务与多个数据中心间的业务交换。

服务器业务流量通过ToR交换机汇聚成数个波长信号，不同波长通道业务通过耦合器耦合后接入波长选择开关的公共端。按网络规划模式调制到波长选择开关的支路端口。数据中心东西向流量交互通过twin 1×M波长选择开关的支路端口互联实现。根据数据中心光网络规划，线路侧单元数量可按线路侧数量灵活配置，线路侧单元的结构可按需求替换为实施例1、2、3中任意一种线路侧单元的器件。

具体实施例5：

在城域网络中，城域网络通产会通过城域的OTN设备组件环网。多个环网在汇聚时通常通过FOADM(Fixed Optical Add/DropMultiplexer，固定光分插复用器)器件实现。该器件可实现波长的汇聚及调度，但每次变动都需要人工干预，难以自动运行。

鉴于现有城域网络中存在的问题，见图13，在本发明的实施例中，还提供了一种城域网络，包括实施例2中光网络的N×M交换架构，也可以采用实施例1、3中的光网络的N×M交换架构，每个客户侧单元与不同的城域OTN相连接以接入不同的城域OTN环网，客户侧单元用于城域OTN环网接入，并可支持环网间的波长调度，还可按需求选择客户侧单元间是否互联，对于无需进行环网间交互的城域场景，可选用低维度波长选择开关，降低系统设计成本，基于网管系统远程操作，线路侧单元可支持多个环网之间、环网与多个传输方向间的互联。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种光网络的N×M交换架构，包括N个线路侧单元和M个客户侧单元，其特征在于：所述客户侧单元的器件采用twin 1×B波长选择开关；

所述线路侧单元的器件采用两个1×A光分路器或1个1×A光分路器和1×A波长选择开关或者2个1×A波长选择开关中的任意一种，其中器件的端口数满足B≥N，A≥M；

线路侧单元发送端器件的支路端口与M个客户侧单元接收端器件的支路端口分别相连，线路侧单元接收端器件的支路端口与M个客户侧单元发送端器件的支路端口相连。

2.根据权利要求1所述的一种光网络的N×M交换架构，其特征在于：当所述线路侧单元采用两个1×A光分路器时，两个1×A光分路器分别作为线路侧单元的发送端和接收端，线路侧单元发送端光分路器的支路端口与M个客户侧单元接收端波长选择开关的支路端口分别相连，线路侧单元接收端光分路器的支路端口与M个客户侧单元发送端波长选择开关相连。

3.根据权利要求2所述的一种光网络的N×M交换架构，其特征在于：当所述线路侧单元采用两个1×A光分路器时，在线路侧单元向客户侧单元发送光信号时：线路侧单元向所有客户侧单元发送相同的光信号，客户侧单元通过控制接收端波长选择开关实现对客户侧发送光信号的选收，在客户侧单元向线路侧单元发送信号时，客户侧单元通过控制发射端波长选择开关，将对应波长的光信号发送到想要发送的线路侧支路端口，线路侧单元接收端接收所有向自身发送的光信号。

4.根据权利要求1所述的一种光网络的N×M交换架构，其特征在于：当所述线路侧单元采用1个1×A光分路器和1×A波长选择开关时，1×A波长选择开关作为线路侧单元发射端，1×A光分路器作为线路侧单元的接收端，线路侧单元发送端波长选择开关的支路端口与M个客户侧单元接收端波长选择开关的支路端口分别相连，线路侧单元接收端光分路器的支路端口与M个客户侧单元发送端的波长选择开关的支路端口相连。

5.根据权利要求4所述的一种光网络的N×M交换架构，其特征在于：当所述线路侧单元采用1个1×A光分路器和1×A波长选择开关时，在线路侧单元向客户侧单元发送光信号时，线路侧单元通过波长选择开关向想要发送光信号的客户侧单元发送的光信号，客户侧单元通过控制接收端波长选择开关实现对客户侧单元发送光信号的选收；在客户侧单元向线路侧单元发送信号时，客户侧单元通过控制发射端波长选择开关，将对应波长的光信号发送到想要发送的线路侧单元的支路端口，线路侧单元接收端接收所有向自身发送的光信号。

6.根据权利要求1所述的一种光网络的N×M交换架构，其特征在于：当所述线路侧单元采用2个1×A波长选择开关时，2个1×A波长选择开关分别作为线路侧单元发射端和接收端，线路侧单元发送端波长选择开关的支路端口与M个客户侧单元接收端波长选择开关的支路端口分别相连，线路侧接收端波长选择开关与M个客户侧单元发送端波长选择开关的支路端口分别相连。

7.根据权利要求6所述的一种光网络的N×M交换架构，其特征在于：当所述线路侧单元采用2个1×A波长选择开关时，客户侧单元和线路侧单元分别能够通过控制波长选择开关，选择将光信号发送给任意对侧的单元，也能够选择接收任意对侧的单元的光信号。

8.根据权利要求1所述的一种光网络的N×M交换架构，其特征在于：，当客户侧单元的twin1×B波长选择开关满足B≥M+N时，将客户侧单元发射端波长选择开关的支路端口与其他客户侧单元接收端波长选择开关的支路端口相连接，以实现所有客户侧单元互联。

9.一种数据中心网络，其特征在于：包括权利要求1所述的一种光网络的N×M交换架构，每个所述客户侧单元与不同的ToR交换机相连接，ToR交换机分别连接服务器，所述客户侧单元支持数据中心东西向流量交互，线路侧单元实现本地业务与多个数据中心间的业务交换。

10.一种城域网络，其特征在于：包括权利要求1所述的一种光网络的N×M交换架构，每个所述客户侧单元与不同的城域OTN相连接以接入不同的城域OTN环网，所述客户侧单元支持环网间的波长调度、所述线路侧单元支持环网与多个传输方向间的互联。