KR101657956B1 - 광학 데이터 송신 시스템 - Google Patents
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Abstract
데이터 송신 시스템(200)은: 복수의 분리된 패킷 송신 채널들을 포함하는 메인 광학 패킷 링(201); 및 메인 광학 패킷 링을 통해 상호접속된 복수의 2차 광학 패킷 링들(202)을 포함한다. 2차 광학 패킷 링들(202) 각각은 복수의 노드들(400)을 포함한다. 메인 광학 패킷 링(201)의 상기 패킷 송신 채널들 각각은 각 2차 광학 패킷 링(202)의 상이한 노드에 각각 접속된다.
Description
본 발명은 광학 통신 시스템들의 광학 패킷 스위칭의 기술 분야에 관한 것이다. 본 발명은 또한 광학 패킷 스위칭을 이용하여 데이터 센터들에 데이터를 저장/제공하기 위한 네트워크 노드들과 데이터 송신 시스템들과, 각각의 방법들에 관한 것이다.
근년에, 데이터 센터들의 사용이 더욱더 일반화되고 있다. 종래 데이터 센터들의 문제들 중 하나는, 데이터 센터의 상당히 많은 수의 구성요소들 때문에, 구성요소들 사이에 상당히 많은 수의 데이터 접속들이 필요하다는 것이다. 데이터 센터들에 대한 종래의 네트워크 아키텍처들은 일반적으로 데이터 접속들로서 이더넷(Ethernet) 케이블들을 통해 접속된 이더넷 스위치들을 사용한다. 이는 다음에서 설명될 바와 같은 복잡한 네트워크 구조를 야기한다.
도 1은 3개의 계층들을 갖는 데이터 센터의 종래 네트워크 아키텍처(100)의 예를 도시한다(계층들 2와 3만이 도시된다). 도 1로부터 얻어질 수 있는 바와 같이, 네트워크 계층 2에서, 복수의 톱 오브 랙(Top of Rack(ToR)) 스위치들이 복수의 스위치들(S)에 접속된다. 스위치들(S)은 통합 스위치들(AS)에 접속된다. 통합 스위치들(AS)은 계층 3에 위치된 액세스 라우터들(AR)에 접속된다. 액세스 라우터들(AR)은 이후 계층 3에 위치된 코어 라우터들(CR)에 접속된다. 코어 라우터들(CR)은 인터넷과 같은 외부 통신 네트워크에 접속된다.
이러한 아키텍처에서, (ToR 스위치들로부터 인터넷을 향하여) 데이터가 데이터 센터 네트워크를 통해 스위치 계층으로 흐름에 따라, 높은 지연 효과들(latency effects)을 야기하는 데이터 병목들이 발생할 수 있다. 더 많은 하드웨어를 데이터 센터로 부가하는 것에 의해, 즉 데이터 센터의 하드웨어 비용들을 증가시키는 것으로("오버프로비저닝(overprovisioning"), 네트워크의 데이터 병목들을 제거하는 것이 가능하다. 오버프로비저닝의 양은 본질적으로 얼마나 많은 하드웨어 용량이 프로비저닝되는가에 대한 데이터 센터 네트워크의 최대 데이터 트래픽 요청/하드웨어 리소스 요청을 나타내는 "초과 비율(oversubscription ratio)"에 의해 규정될 수 있다.
도 1에 도시된 아키텍처(100)는 데이터 센터의 구성요소들을 서로 접속하기 위한 상당히 많은 수의 인터페이스들과 케이블들을 필요로 한다. 또한, 케이블들은 종종 서로 교차한다. 이는 데이터 센터를 유지하기 위한 높은 비용들과 노력들을 야기한다.
일 실시예에서, 데이터 송신 시스템이 제공된다. 데이터 송신 시스템은 복수의 패킷 송신 채널들을 갖는 메인 광학 패킷 링과 메인 광학 패킷 링을 통해 상호접속된 복수의 2차 광학 패킷 링들을 포함한다. 2차 광학 패킷 링들 각각은 복수의 노드들을 포함한다. 메인 광학 패킷 링의 패킷 송신 채널들 각각은 각각의 2차 광학 패킷 링의 상이한 노드에 각각 접속된다. 따라서, 각 노드는 메인 광학 패킷 링의 패킷 송신 채널과 2차 광학 패킷 링에 접속된다. 2차 광학 패킷 링에 접속된 노드들은 전형적으로 메인 광학 패킷 링의 상이한 패킷 송신 채널들에 접속된다. 일 실시예에서, 각 노드는 메인 광학 패킷 링의 하나의 패킷 송신 채널과 하나의 2차 광학 패킷 링에 접속될 수 있다. 따라서, 어떠한 병목들도 없이 모든 노드들이 접속되는 완전하게 상호접속된 네트워크 아키텍처가 제공된다.
일 실시예에서, 각 노드는 적어도 하나의 데이터 처리 유닛, 예를 들면 데이터 센터의 서버 컴퓨터에 접속가능한 데이터 인터페이스를 포함할 수 있다. 각 데이터 인터페이스는 노드의 메인 광학 패킷 링에 그리고 2차 광학 패킷 링에 선택적으로 접속가능할 수 있다. 노드들이 구성되어 메인 광학 패킷 링의 패킷 송신 채널 상에서 전파하고 데이터 패킷을 전달하는 패킷 송신 채널에 접속되지 않은 목적지 노드의 데이터 인터페이스로 어드레스되는 광학 데이터 패킷이 데이터 패킷을 전달하는 패킷 송신 채널에 접속되는 노드에 의해 수신될 수 있다. 패킷은 이후 2차 광학 패킷 링을 통해 목적지 노드로 전달될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 노드들은 2차 광학 패킷 링을 통해 소스 노드로부터 광학 데이터 패킷을 2차 광학 패킷 링에 또한 접속되는 다른 노드로 전달하고, 다른 노드에 접속된 메인 광학 패킷 링의 패킷 송신 채널을 통해 광학 데이터 패킷을 목적지 노드로 송신하도록 구성될 수 있다. 따라서, 각 노드는 2차 광학 패킷 링 상의 한번의 데이터 전송과 메인 광학 패킷 링 상의 한번이 데이터 전송을 통해 각 노드와 통신할 수 있다.
따라서, 네트워크의 모든 노드들과 데이터 처리 유닛들 사이의 완전한 접속이 이루어진다. 노드들 사이의 네트워크 트래픽이 메인 광학 패킷 링의 복수의 광학 패킷 송신 채널들에 의해 전달된다. 각각이 노드들의 특정 세트로 할당된 복수의 2차 패킷 링들은 예를 들면, 소스 노드의 2차 패킷 링에서, 목적지 노드의 2차 패킷 링에서, 또는 메인 광학 패킷 링의 중간 노드의 임의의 2차 패킷 링에서 채널 전환들을 허용한다.
일 실시예에서, 메인 광학 패킷 링의 각 패킷 송신 채널은 분리된 물리적 채널일 수 있으며 분리된 광학 신호를 사용할 수 있다. 패킷 송신 채널들은 다중화된 송신 채널들일 수 있다. 일 실시예에서, 메인 광학 패킷 링은: 상이한 광학 모드들에서 신호들의 동시 전파를 허용하는 다중 모드 광학 섬유 내의 공간적으로 다중화된 모드 채널들; 각 코어가 적어도 하나의 광학 신호의 전파를 허용하는, 다중 코어 광학 섬유의 섬유 코어들; 상이한 파장들의 신호들의 동시 전파를 허용하는 광학 섬유 내의 파장 채널들; 및 각각의 광학 섬유가 적어도 하나의 광학 신호의 전파를 허용하는, 다중 광 케이블 내의 광학 섬유들 중 적어도 하나를 포함한다. 다시 말하면, 메인 광학 패킷 링은 상이한 광학 모드들의 신호들의 동시 전파를 허용하는 다중 모드 광학 섬유를 포함할 수 있거나, 각 코어가 적어도 하나의 광학 신호의 전파를 허용하는 다중 코어 광학 섬유를 포함할 수 있다. 대안적으로, 메인 광학 패킷 링은 광학 섬유들의 다발을 포함하는 다중 섬유 케이블을 포함할 수 있으며, 각각의 광학 섬유는 적어도 하나의 광학 신호의 전파를 허용한다. 또한, 메인 광학 패킷 링은 상이한 파장들의 신호들의 동시 전파를 허용하는 다중 파장 광학 섬유를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 메인 광학 패킷 링은 메인 광학 패킷 링의 패킷 송신 채널들을 분리시키거나 역다중화시키도록 적응된 적어도 하나의 역다중화기, 및 메인 광학 패킷 링으로 패킷 송신 채널들을 조합 또는 다중화시키도록 적응된 적어도 하나의 다중화기를 포함할 수 있다. 데이터 송신 시스템은 복수의 제 1 광학 섬유들을 포함할 수 있다. 각각의 제 1 광학 섬유는 메인 광학 패킷 링의 하나의 패킷 송신 채널을 전달할 수 있다. 제 1 광학 섬유들은 전형적으로 역다중화기와 다중화기 사이에 위치되며 개별적인 패킷 송신 채널들로 분리된 메인 광학 패킷 링의 광학 패킷들을 전달한다. 복수의 증폭기들이 제 1 광학 섬유들에 위치될 수 있다. 증폭기들은 각각 메인 광학 패킷 링의 패킷 송신 채널에 대응하고 제 1 광학 섬유 상에서 전파하는 신호를 증폭시킨다. 대안적으로, 메인 광학 패킷 링의 모든 패킷 송신 채널들을 함께 증폭시키기 위하여 공통 증폭기가 메인 광학 패킷 링에 위치될 수 있다. 증폭기들은 예를 들면 다중 모드 섬유들을 위한 다중 모드 증폭기들, 다중 코어 섬유들을 위한 다중 코어 증폭기들, 섬유 다발들을 위한 그리고 또한 다중 코어/모드 섬유들을 위한 모노 모드 증폭기들일 수 있다(이 경우에 증폭기들은 역다중화 수단 뒤에 위치될 수 있다).
일 실시예에서, 각 노드는 각각 메인 광학 패킷 링의 패킷 송신 채널에 접속된 제 1 송신기 유닛과 제 1 수신기 유닛을 포함할 수 있다. 제 1 송신기 유닛과 제 1 수신기 유닛은 메인 광학 패킷 링과 연관된 제 1 광학 섬유에 접속될 수 있다. 노드는 또한 2차 광학 패킷 링에 각각 접속된 제 2 송신기 유닛과 제 2 수신기 유닛을 포함할 수 있다. 제 2 송신기 유닛과 제 2 수신기 유닛은 2차 광학 패킷 링과 연관된 제 2 광학 섬유에 접속될 수 있다. 노드는 또한 데이터 처리 유닛에 접속가능한 데이터 인터페이스와, 제 1 송신기 유닛, 제 1 수신기 유닛, 제 2 송신기 유닛, 제 2 수신기 유닛, 그리고 데이터 인터페이스에 접속된 스위칭 유닛을 포함할 수 있다. 스위칭 유닛은 제 1 수신기 유닛 또는 제 2 수신기 유닛과 제 1 송신기 유닛 또는 제 2 송신기 유닛 사이에, 또는 제 1 수신기 유닛, 제 2 수신기 유닛, 제 1 송신기 유닛, 또는 제 2 송신기 유닛 중 하나와 데이터 인터페이스 사이에 접속 경로들을 선택적으로 확립하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예로 높은 네트워크 성능과 데이터 처리 유닛들 사이의 완전한 접속이 이루어지는 반면, 구성요소들 사이의 접속들의 수는 상당히 감소된다. 따라서, 대규모 데이터 센터를 위한 효율적인 데이터 송신 시스템이 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 메인 광학 패킷 링과 2차 광학 패킷 링들은 투명하다. 메인 광학 패킷 링과 2차 광학 패킷 링으로부터의 전송은 광전자 변환들을 통한다. 예를 들면, 제 1 및/또는 제 2 송신기 유닛(들)은 패킷들을 방출하고, 잠재적으로 각 패킷에 대한 파장을 변화시키는 빠른 파장 조정가능한 송신기(들)일 수 있다. 유사하게, 제 1 및/또는 제 2 수신기 유닛(들)은 패킷들을 수신하고, 잠재적으로 각 패킷에 대한 파장을 변화시키는 빠른 파장 조정가능한 수신기 유닛(들)일 수 있다.
일 실시예에서, 각 노드는 메인 광학 패킷 링에 결합된 제 1 광학 패킷 차단기에 접속가능한 제 1 광학 패킷 제어 인터페이스를 포함할 수 있다. 노드는 제 1 광학 패킷 제어 인터페이스를 통해 제 1 차단 정보를 제 1 광학 패킷 차단기로 전달하도록 구성될 수 있다. 제 1 차단 정보는 메인 광학 패킷 링 상에서 이동하는 광학 패킷들이 제 1 광학 패킷 차단기에 의해 차단되는지 또는 통과되어야 하는지의 여부를 나타낸다.
일 실시예에서, 각 노드는 노드의 2차 광학 패킷 링에 결합된 제 2 광학 패킷 차단기에 접속가능한 제 2 광학 패킷 제어 인터페이스를 포함할 수 있다. 노드는 제 2 광학 패킷 제어 인터페이스를 통해 제 2 차단 정보를 제 2 광학 패킷 차단기로 전달하도록 구성될 수 있다. 제 2 차단 정보는 2차 광학 패킷 링 상에서 이동하는 광학 패킷들이 제 2 광학 패킷 차단기에 의해 차단되는지 또는 통과되어야 하는지의 여부를 나타낸다.
광학 패킷 차단기들은 예를 들면, 각 광학 패킷 링 상의 패킷 트래픽을 제어하는, 즉, 패킷을 드롭 또는 교체하기 위해 광학 패킷들이 패킷 시간 슬롯을 트랜짓하거나 치우도록 하는, 집적 패킷 차단기들일 수 있다. 예를 들면, 실리콘 집적 포토닉스 패킷 차단기들이 사용될 수 있다. 이러한 패킷 차단기들은 파장 역다중화기, 광학 게이트들, 및 다중화기를 포함할 수 있다. 차단 기능은 개별적인 구성요소들을 사용하여 수행될 수 있다(광학 게이트는 SOA(Semiconductor Optical Amplifier) 또는 R-SOA(Reflective SOA) 또는 임의의 1:1 빠른 광 스위치일 수 있다). 이러한 차단 기능은 또한 다른 기술들: 예를 들면, III-V 반도체 기술, 실리콘 포토닉스 기술, 또는 실리콘 포토닉스 상의 하이브리드 III-V 반도체, 또는 임의의 다른 기술(평판형 실리카와 같은)을 사용하여 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 유닛은 메인 광학 패킷 링에 접속가능한 제 1 제어 정보 인터페이스를 포함할 수 있다. 스위칭 유닛은 제 1 제어 정보 인터페이스를 통해 메인 광학 패킷 링으로부터/으로 제어 정보를 수신하도록/전송하도록 구성될 수 있다. 스위칭 유닛은 또한 노드의 2차 광학 패킷 링에 접속가능한 제 2 제어 정보 인터페이스를 포함할 수 있다. 스위칭 유닛은 제 2 제어 정보 인터페이스를 통해 2차 광학 패킷 링으로부터/으로 제어 정보를 수신하도록/전송하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 유닛은 제 1 제어 정보 인터페이스를 통해 또는 제 2 제어 정보 인터페이스를 통해 수신된 제어 정보에 기초하여, 제 1 수신기 유닛 또는 제 2 수신기 유닛과 제 1 송신기 유닛 또는 제 2 송신기 유닛 사이에, 또는 제 1 수신기 유닛, 제 2 수신기 유닛, 제 1 송신기 유닛, 또는 제 2 송신기 유닛 중 하나와 데이터 인터페이스 사이에 접속 경로들을 선택적으로 확립하도록 구성될 수 있다. 이는 스위칭 유닛이 효율적으로 제어될 수 있도록 한다.
일 실시예에서, 제 1 광학 패킷 차단기와 제 2 광학 패킷 차단기를 제어하기 위한 제 1 차단 정보와 제 2 차단 정보가 제 1 제어 정보 인터페이스를 통해 또는 제 2 제어 정보 인터페이스를 통해 수신된 제어 정보에 기초하여 생성될 수 있다. 따라서, 패킷 차단기들의 동작이 효율적으로 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 2차 광학 패킷 링들은 단일 모드/단일 코어 섬유 링들일 수 있다. 복수의 증폭기들이 2차 광학 패킷 링에 위치될 수 있다. 증폭기들은 각각 2차 광학 패킷 링을 통해 전파하는 신호를 증폭시킨다. 전형적으로, 증폭기들의 수는 2차 광학 패킷 링에 접속된 노드들(또는 데이터 처리 유닛들)의 수보다 적다. 예를 들면, 모든 n개의 노드들마다 증폭기가 광학 패킷 링에 배열된다(위치된다). 이는 전형적으로 노드들(의 수신기들과 송신기들) 사이의 거리들이 작고 따라서 섬유 손실들이 작기 때문에 가능하다. 또한, 작은 색 분산 때문에, (장거리 송신 시스템들에서 사용된 종래의 코히어런트 수신기들보다) 더 낮은 디지털 신호 처리 용량들이 필요한 수신기 유닛이 사용될 수 있고, 이는 더 낮은 전력 소비를 갖는다. 이러한 실시예의 하나의 효과는 하드웨어 노력이 더욱 감소될 수 있다는 것이다.
일 실시예에서, 2차 광학 패킷 링에 접속된 노드들이 메인 광학 패킷 링에 결합된 공통 제어 유닛을 가질 수 있다. 공통 제어 유닛은 메인 광학 패킷 링에 결합된 제 1 광학 패킷 차단기들을 선택적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 제 1 광학 패킷 차단기들은 공통 제어 유닛의 제어 하에서 메인 광학 패킷 링 상에서 이동하는 광학 패킷들을 선택적으로 차단하거나 통과시키도록 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 송신기 유닛과 제 1 수신기 유닛 및/또는 제 2 송신기 유닛과 제 2 수신기 유닛이 각각 다중 파장들에서 동작하도록 구성될 수 있다. 따라서, 메인 패킷 링의 동작이 파장 분할 다중화(WDM)에 기초될 수 있다. 예를 들면, 메인 광학 링 상에서 패킷들을 송신하기 위해 각 섬유 또는 코어 또는 모드 상에서 80개의 상이한 파장들이 사용될 수 있다. 실시예들에서, 복수의 파장들 중 특정 파장이 특정 노드 또는 데이터 인터페이스(또는 데이터 처리 유닛)로 할당된다. 그러므로, 높은 네트워크 성능이 이루어질 수 있는 반면, 노드들 사이의, 따라서 데이터 인터페이스들(또는 데이터 처리 유닛들) 사이의 접속들의 수는 더욱 감소된다.
일 실시예에서, 노드들에 접속된 데이터 처리 유닛들은 데이터 저장을 제공하고 기능을 검색하는 서버 유닛들일 수 있다. 따라서, 제안된 네트워크 아키텍처에 기초하여 매우 효율적인 데이터 센터가 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 정보는 대응하는 광학 데이터 패킷들과 동기하여 메인 광학 패킷 링 및/또는 2차 광학 패킷 링들을 통해 전파할 수 있다. 이러한 방식으로, 링 상의 모든 노드들이 서로 쉽게 동기될 수 있고, 메인 및/또는 2차 광학 링들 상의 시간 슬롯들에서 패킷들이 송신될 수 있는 동기화된 광 네트워크가 제공된다. 전형적으로, 메인 광학 패킷 링의 동기화는 2차 광학 패킷 링들의 동기화와 독립적이다.
일 실시예에서, 제어 정보는 전용 제어 채널을 이용하여 메인 광학 패킷 링 및/또는 2차 광학 패킷 링들을 통해 전파할 수 있다. 각 섬유/코어/모드에서, 전용 파장(예를 들면, 2.5Gbit/s로 변조된)이 제어 채널을 위해 할당될 수 있으며, 또는 대안적으로 하나의 섬유, 모드 또는 코어가 모든 파장들과 모든 코어들/모드들 상에서 전달된 모든 패킷들에 대한 제어 데이터를 전달하도록 전용될 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 정보가 모든 노드들에서 투명하게 얻어질 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 노드들을 포함하는 수퍼 노드가 제공된다. 수퍼 노드 내의 노드의 제 1 송신기 유닛과 제 1 수신기 유닛이 다중 모드 광학 섬유의 동일 모드, 또는 다중 코어 광학 섬유의 동일 코어, 또는 섬유 다발의 동일 섬유와 접속될 수 있다. 상이한 노드들의 제 1 송신기 유닛들이 다중 모드 광학 섬유의 상이한 모드들, 또는 다중 코어 광학 섬유의 상이한 코어들과 각각 접속될 수 있다. 상이한 노드들의 제 1 수신기 유닛들이 다중 모드 광학 섬유의 상이한 모드들, 또는 다중 코어 광학 섬유의 상이한 코어들, 또는 섬유 다발의 동일 섬유에 각각 접속될 수 있다. 이러한 실시예의 효과는 상당히 많은 수의 노드들에 대해 매우 효율적인 시스템이 얻어진다는 것이다. 복수의 수퍼 노드들을 포함하는 시스템은 데이터 처리 유닛들을 접속하기 위해 매우 큰 수의 데이터 인터페이스를 제공할 수 있으며, 그에 의해 큰 데이터 센터에 효율적인 완전하게 매쉬된(fully-meshed) 네트워크 인프라스트럭처를 제공한다.
일 실시예에서, 수퍼 노드의 각 노드의 제 2 송신기 유닛과 제 2 수신기 유닛이 공통의 2차 광학 패킷 링에 접속된다. 따라서, 최소량의 케이블들에 의해 접속된 복수의 완전히 접속된 노드들의 조밀한 시스템이 얻어진다.
일 실시예에서, 각 수퍼 노드는 (메인 광학 패킷 링의) 다중 모드 광학 섬유의 모드를 제 1 광학 섬유로 분리하거나, (메인 광학 패킷 링의) 다중 코어 광학 섬유의 코어를 제 1 광학 섬유와 결합시키기 위한 광 (공간적) 역다중화 수단을 포함할 수 있다. 수퍼 노드는 또한 모드를 (메인 광학 패킷 링의) 다중 모드 광학 섬유로 다중화하기 위한 광 다중화 수단을 포함할 수 있다. 모드에 대응하는 광학 신호는 제 1 광학 섬유 상에서 전달될 수 있다. 다중화 수단은 또한 제 1 광학 섬유를 (메인 광학 패킷 링의) 다중 코어 광학 섬유의 코어로 결합시키도록 사용될 수 있다. 이러한 (역)다중화 수단은 메인 광학 패킷 링의 다중 모드/코어 섬유와 개별적인 노드와의 효율적인 결합을 허용한다. 메인 광학 패킷 링이 다중 광학 섬유들을 갖는 케이블을 포함하는 경우에, 다발의 각 광학 섬유가 개별적인 제 1 수신기/제 1 송신기와 접속될 수 있기 때문에 (역)다중화 수단은 필요하지 않으며, 따라서 신호 중첩이 필요하지 않다.
일 실시예에서, 데이터 송신 시스템에서 네트워크 노드들을 상호접속시키는 방법이 제공된다. 방법은 복수의 분리된 패킷 송신 채널들을 포함하는 메인 광학 패킷 링을 제공하는 단계; 2차 광학 패킷 링들 각각이 복수의 노드들을 포함하는, 상기 복수의 2차 광학 패킷 링들을 제공하는 단계; 및 메인 광학 패킷 링의 상기 패킷 송신 채널들 각각을 각각의 2차 광학 패킷 링의 상이한 노드에 각각 접속시킴으로써 상기 메인 광학 패킷 링을 통해 상기 복수의 2차 광학 패킷 링들을 상호접속시키는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이, 데이터 송신 시스템은 복수의 패킷 송신 채널들을 포함하는 메인 광학 패킷 링; 복수의 2차 광학 패킷 링들; 및 메인 광학 패킷 링을 따라 위치된 복수의 노드들을 포함할 수 있다. 각 노드는 메인 광학 패킷 링과 2차 광학 패킷 링의 패킷 송신 채널에 접속될 수 있다. 네트워크 노드는 하나 그 이상의 데이터 저장/검색 유닛들에 접속가능한 데이터 인터페이스를 포함할 수 있다. 노드의 데이터 인터페이스는 제 1 수신기 유닛 또는 제 1 송신기 유닛을 통해 메인 광학 패킷 링에 접속가능할 수 있다. 노드의 데이터 인터페이스는 또한 제 2 수신기 유닛 또는 제 2 송신기 유닛을 통해 2차 광학 패킷 링에 접속가능할 수 있다.
방법은 또한 메인 광학 패킷 링의 패킷 송신 채널 상에서 목적지 노드로 어드레스된 광학 데이터 패킷을 제 1 노드로 송신하는 단계로서, 목적지 노드는 데이터 패킷을 전달하는 페킷 송신 채널에 접속되지 않은, 상기 송신하는 단계; 및 수신된 광학 데이터 패킷을 2차 광학 패킷 링을 통해 제 1 노드로부터 목적지 노드로 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 2차 광학 패킷 링은 제 1 노드와 목적지 노드를 상호접속시킨다.
방법은 소스 노드로부터 2차 광학 패킷 링을 따라 제 2 노드로 광학 데이터 패킷을 송신하는 단계로서, 2차 광학 패킷 링은 소스 노드와 제 2 노드를 상호접속시키는, 상기 송신하는 단계; 및 수신된 광학 데이터 패킷을 메인 광학 패킷 링의 패킷 송신 채널 상에서 제 2 노드로부터 그의 목적지로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
데이터 송신 시스템들과 시스템의 노드들에 대하여 위에서 언급된 양태들은 제안된 방법에 대하여 또한 적용가능하다는 것이 주의되어야 한다. 따라서, 유사한 효과들과 장점들을 이루기 위하여 시스템과 노드들의 실시예들에 대하여 기술된 모든 양태들이 제안된 방법과 조합될 수 있다.
발명의 이러한 및 다른 양태들이 도면들을 참조하여, 예시의 방법으로서, 이하로 설명된 실시예들로부터 명백해질 것이며 이들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 종래의 데이터 센터의 네트워크 아키텍처를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 3a는 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템의 일부를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 데이터 송신 시스템에서 사용될 수 있는 일 실시예에 따른 노드를 개략적으로 도시한 도면.
도 4a는 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 도 3에 도시된 데이터 송신 시스템의 일부의 가능한 실현을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 3a는 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템의 일부를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 데이터 송신 시스템에서 사용될 수 있는 일 실시예에 따른 노드를 개략적으로 도시한 도면.
도 4a는 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 도 3에 도시된 데이터 송신 시스템의 일부의 가능한 실현을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 일 실시예에 따른 데이터 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
복수의 실시예들이 이하에서 설명되는 동안, 하나보다 많은 실시예로부터의 개별적인 특성들이 조합될 수 있으며 본 문서의 개시는 실시예들과 함께 설명된 특성들의 모든 가능한 조합으로 확장한다는 것이 당업자에게 명확해진다. 특히, 예시적인 방법과 함께 개시된 특성들이 예시적인 시스템에 관한 실시예들과 함께 조합될 수 있으며, 그 반대도 성립한다.
도 2는 토러스 토폴로지(torus topology)에 기초한 데이터 센터에 대한 광학 데이터 송신 시스템(200)에 대한 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 데이터 송신 시스템(200)은 다수(N)의 분리된 패킷 송신 채널들을 포함하는 메인 광학 패킷 링(201)을 포함한다. 각 패킷 송신 채널은 예를 들면, 다중 섬유 케이블의 분리된 섬유, 다중 코어 섬유의 코어, 다중 모드 섬유의 모드, 또는 다중 파장 분할 섬유의 파장으로 수행될 수 있다. 다중 섬유 케이블, 다중 코어 섬유, 또는 다중 모드 섬유의 경우에는, 다중 파장들(예를 들면, W개의 파장들)을 전달하기 위해 각 섬유/코어/모드가 파장 분할 다중화에서 또한 사용될 수 있다.
메인 광학 패킷 링(201)을 따라 POADM(Packet Optical Add Drop Multiplex) 노드들(400)이 배열된다. 각 노드(400)는 메인 광학 패킷 링(201)의 하나의 패킷 송신 채널과 결합된다. 각각이 상이한 패킷 송신 채널과 결합된 N개의 노드들(400)은 2차 광학 패킷 링(202)에 의해 접속된다. 2차 광학 패킷 링(202)에 의해 결합된 노드들(400)의 세트는 수퍼 노드(500)라고 불린다. 따라서, 메인 광학 패킷 링(201)이 수퍼 노드들(500)을 접속하는 반면에, 2차 광학 패킷 링들(202)은 수퍼 노드들(500) 내에 노드들(400)의 접속을 제공하며, 또한 각 노드(400)가 메인 광학 패킷 링(201)의 오직 하나의 패킷 송신 채널에 접속되기 때문에 채널간 접속을 제공한다.
예에서, W개 까지의 2차 광학 패킷 링들(202)이 제공되며, 각각은 N개의 노드들(400)을 포함한다. 이러한 배열은 병목현상 없이 그리고 임의의 중심 제어 없이 N x W 개의 노드들(400)을 완전히 상호접속시키는 것을 허용한다. 이더넷 스위치를 포함하는 데이터 인터페이스가 각 노드(400)와 접속될 수 있다. 이는 다수의(예를 들면, 10개 또는 20개의) 서버 컴퓨터들을 데이터 송신 시스템(200)의 각 노드(400)와 접속하는 것을 허용하며 서버들 사이의 데이터 트래픽을 지원하도록 완전히 접속된 데이터 아키텍처를 제공한다.
일 실시예에서, 데이터 송신 시스템은 메인 광학 패킷 링(201)과, 메인 광학 패킷 링(201)을 따라 위치되고 2차 광학 패킷 링들(202)에 의해 부분적으로 상호접속된 복수의 노드들(400)을 포함한다. 노드들(400)이 구성되어 메인 광학 패킷 링(201)의 패킷 송신 채널 상에서 전파하고 목적지 노드의 데이터 인터페이스(즉, 데이터 저장/검색 유닛)를 향해 어드레스되는 광학 데이터 패킷이 2차 광학 패킷 링(202)을 통해 패킷 송신 채널과 목적지 노드에 접속되는 적어도 하나의 노드에 의해 수신될 수 있게 한다. 상기에서 이미 언급된 바와 같이, 메인 광학 패킷 링(201)은 다중 모드/다중 코어 링일 수 있다. 일 실시예에서, 2차 광학 패킷 링들은 단일 모드/코어 섬유 링들일 수 있다.
이러한 방식으로, 데이터 저장/검색 유닛(예를 들면, 데이터 저장/검색 기능을 포함하는 서버 유닛)과 대응하는 목적지 노드가 목적지 데이터 저장/검색 유닛으로 향하는 광학 패킷이 전송되는 메인 광학 패킷 링의 섬유 또는 코어 또는 모드로 직접 접속되지 않는다 하더라도, 그럼에도 불구하고 광학 패킷은 목적지 데이터 저장/검색 유닛으로 향하는 광학 패킷이 전송되는 메인 광학 패킷 링 각각의 섬유/코어/모드에 접속된 다른 노드에 의해 픽업될 수 있다. 광학 패킷은 이후 2차 광학 패킷 링을 통해 목적지 노드 및 데이터 저장/검색 유닛으로 라우팅된다. 유사하게, 소스 노드의 데이터 저장/검색 유닛이 광학 패킷을 소스 노드에 직접 접속되지 않은 메인 광학 패킷 링의 특정 섬유/코어/모드로 전송하길 원한다면(즉, 소스 노드의 제 1 수신기/송신기가 이러한 섬유/코어/모드와 접속되지 않는다면), 광학 패킷은 먼저 소스 노드의 2차 광학 패킷 링을 통해 (그의 제 1 수신기/송신기를 통해) 메인 광학 패킷 링의 특정 섬유/코어/모드로 직접 접속되는 상이한 노드로 라우팅될 수 있다. 광학 패킷은 이후 이러한 노드로부터 메인 광학 패킷 링의 특정 섬유/코어/모드로 전송되고, 이어서 (메인 광학 패킷 링의 특정 섬유/코어/모드에 접속된 각각의 노드를 통해) 그의 목적지 노드에서 수신된다. 따라서, 네트워크의 모든 데이터 저장/검색 유닛들 사이의 완전한 접속이 이루어진다.
도 4는 도 3에 도시된 데이터 송신 시스템(200)에서 사용될 수 있는 노드(400)(다음에서 또한 광학 패킷 스위칭 장치 또는 "ToR"로 불림)의 실시예를 도시하며, 상기 노드(400)는: 제 1 (메인) 광학 패킷 링(201)의 제 1 광학 섬유(403)에 각각 접속가능한 제 1 송신기 유닛(401)과 제 1 수신기 유닛(402); 2차 광학 패킷 링(202)의 제 2 광학 섬유(406)에 각각 접속가능한 제 2 송신기 유닛(404)과 제 2 수신기 유닛(405); 적어도 하나의 데이터 처리 유닛(408)(예를 들면, 각각이 데이터 저장 유닛을 포함하는, 접속된 서버들의 세트; 다음에서 또한 데이터 저장/검색 유닛(408)으로 불림)에 접속가능한 데이터 인터페이스(407); 및 제 1 송신기 유닛(401), 제 1 수신기 유닛(402), 제 2 송신기 유닛(404), 제 2 수신기 유닛(405), 및 데이터 인터페이스(407)에 접속된 스위칭 유닛(409)을 포함한다. 제 1 광학 섬유(403)가 메인 광학 패킷 링(201)과 결합되어 제 1 송신기 유닛(401)과 제 1 수신기 유닛(402)이 메인 광학 패킷 링(201)의 특정 패킷 송신 채널에 결합된다.
광학 패킷 스위칭 장치(노드)(400)는 제 1 수신기 유닛(402) 또는 제 2 수신기 유닛(405)과 제 1 송신기 유닛(401) 또는 제 2 송신기 유닛(404) 사이에 접속 경로들을 선택적으로 확립하도록 구성될 수 있다(예를 들면, 광학 패킷 스위칭 장치(400)에서 수신된 광학 데이터 패킷이 다른 광학 패킷 스위칭 장치로 라우팅되어야 하는 경우에). 광학 패킷 스위칭 장치(400)는 또한 제 1 수신기 유닛(402), 제 2 수신기 유닛(405), 제 1 송신기 유닛(401), 또는 제 2 송신기 유닛(404) 중 하나와 데이터 인터페이스(407) 사이에 접속 경로들을 선택적으로 확립하도록 구성될 수 있다(예를 들면, 광학 패킷 스위칭 장치(400)에서 수신된 광학 데이터 패킷이 데이터 처리 유닛(408)으로 라우팅되어야 하는 경우, 또는 광학 데이터 패킷이 데이터 처리 유닛(408)으로부터 검색되어 다른 데이터 처리 유닛(408)으로 송신되어야 하는 경우에).
메인 광학 패킷 링(201)은 복수의 분리된 (물리적) 패킷 송신 채널들을 제공하도록 구성된다. 전형적으로, 각 패킷 송신 채널은 광학 패킷들의 전송을 위해 분리된 광학 신호를 이용한다. 예를 들면, 메인 광학 패킷 링(201)은 상이한 광학 모드들의 신호들의 동시 전파를 허용하도록 구성되는 다중 모드 광학 섬유를 포함한다. 대안적으로, 메인 광학 패킷 링은 다중 코어 광학 섬유를 포함할 수 있는데, 각각의 코어는 적어도 하나의 광학 신호의 전파를 허용하도록 구성된다. 다른 대안으로서, 메인 광학 패킷 링은 광학 섬유들의 다발을 포함하는 다중 섬유 케이블을 포함할 수 있는데, 각 광학 섬유는 적어도 하나의 광학 신호의 전파를 허용하도록 구성된다. 또한, 메인 광학 패킷 링은 상이한 파장들의 신호들의 동시 전파를 허용하도록 구성되는 다중 파장 광학 섬유를 포함할 수 있다.
송신기 유닛들(401, 404)과 수신기 유닛들(402, 405)은 빠른 파장의 조절이 가능할 수 있고 광학 패킷들을 송신 및 수신할 수 있다. 송신기 유닛들(401, 404)과 수신기 유닛들(402, 405)은 각 광학 패킷의 처리를 위해 파장을 변화시킬 수 있다. 광학 데이터 패킷이 메인 광학 패킷 링으로부터 2차 광학 패킷 링으로 라우팅되거나 그 반대이면, 대응하는 광학 패킷 스위칭 장치(400)에서 광전자 변환이 수행된다.
일 실시예에서, 광학 패킷 스위칭 장치(400)는 제 1 광학 섬유(403)에 결합된 제 1 광학 패킷 차단기(605)에 접속가능한 제 1 광학 패킷 제어 인터페이스(410)를 포함한다. 스위칭 유닛(409)은 제 1 광학 패킷 제어 인터페이스(410)를 통해 제 1 광학 패킷 차단기(605)로 제 1 차단 정보를 전송하도록 구성된다. 제 1 차단 정보는 제 1 광학 섬유(403)를 통해(따라서 메인 광학 패킷 링을 통해) 가이드된 광학 패킷들이 제 1 광학 패킷 차단기(605)에 의해 차단되는지 또는 통과되는지(또는 송신되는지)의 여부를 나타낸다. 광학 패킷 스위칭 장치(400)는 또한 제 2 광학 섬유(406)에 결합된 제 2 광학 패킷 차단기(608)에 접속가능한 제 2 광학 패킷 제어 인터페이스(411)를 포함할 수 있다. 스위칭 유닛(409)은 제 2 광학 패킷 제어 인터페이스(411)를 통해 제 2 광학 패킷 차단기(608)로 제 2 차단 정보를 전송하도록 구성된다. 제 2 차단 정보는 제 2 광학 섬유(406)를 통해(및 2차 광학 패킷 링을 통해) 가이드된 광학 패킷들이 제 2 광학 패킷 차단기에 의해 차단되는지 또는 통과되는지(또는 송신되는지) 여부를 나타낸다. 제 1 광학 패킷 제어 인터페이스(410) 및/또는 제 2 광학 패킷 제어 인터페이스(411), 및 따라서 제 1 광학 패킷 차단기(605)와 제 2 광학 패킷 차단기(608)의 제어가 광학 패킷 스위칭 장치(400)의 외부에 각각 위치될 수 있으며, 예를 들면 복수의 노드들, 전형적으로 특정 2차 패킷 링에 접속된 노드들에 대한 중심 제어 유닛에 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 패킷 스위칭 장치(400)는 제 1 광섬유(403)에 접속가능한 제 1 제어 정보 인터페이스(412)를 포함한다. 스위칭 유닛(409)은 제 1 제어 정보 인터페이스(412)를 통해 제 1 광학 섬유(403)로부터/로, 따라서 메인 광학 패킷 링으로부터/로 제어 정보를 수신하도록/전송하도록 구성된다. 스위칭 유닛(409)은 또한 제 2 광학 섬유(406), 따라서 2차 광학 패킷 링에 접속가능한 제 2 제어 정보 인터페이스(413)를 포함한다. 스위칭 유닛(409)은 제 2 제어 정보 인터페이스(413)를 통해 제 2 광학 섬유(406)로부터/로 제어 정보를 수신하도록/전송하도록 구성된다. 제 1 수신기 유닛(402) 또는 제 2 수신기 유닛(405)과 제 1 송신기 유닛(401) 또는 제 2 송신기 유닛(404) 사이의, 또는 제 1 수신기 유닛(402), 제 2 수신기 유닛(405), 제 1 송신기 유닛(401), 또는 제 2 송신기 유닛(401) 중 하나와 데이터 인터페이스(407) 사이의 접속 경로들의 선택적인 확립은 제 1 제어 정보 인터페이스(412)를 통해 또는 제 2 제어 정보 인터페이스(413)를 통해(즉, 메인 광학 패킷 링을 통해 또는 2차 광학 패킷 링을 통해) 수신된 제어 정보에 기초하여 수행된다.
도 4a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광학 패킷 스위칭 장치들 또는 노드들(400)의 몇몇이 수퍼 노드(500)를 형성하도록 서로 조합될 수 있다. 수퍼 노드들(500)은 수퍼 노드들(500)을 서로 접속시키는 메인 광학 패킷 링(201)을 따라 배열된다. 메인 광학 패킷 링(201)에 접속되는 수퍼 노드(500)의 일부는 EoR(End of Row) POADM(Packet Optical Add Drop Multiplexer)(502)으로 불리는 반면에, 2차 광학 패킷 링(202)에 접속되는 수퍼 노드(500)의 일부는 ToR(Top of Rack) POADM(503)으로 불린다. EoR 및 ToR POADM들은 도 5에 개략적으로 부분적으로 도시된 바와 같이 표준 POADM 노드들의 변형들로 수행될 수 있다. 따라서, 메인 광학 패킷 링(201)에는 EoR POADM들(502)이 위치된다. 2차 광학 패킷 링(202)에는 ToR POADM들(503)이 위치된다.
도 2에 도시된 네트워크 개념의 가능한 실현이 도 3에 도시된다. 도 3은 데이터 송신 시스템(200)을 도시하며, 상기 데이터 송신 시스템(200)은 메인 광학 패킷 링(201); 및 메인 광학 패킷 링(201)을 따라 위치된 복수의 수퍼 노드들(500)(도 3에는 오직 하나의 수퍼 노드(500)가 도시됨)을 포함한다. 메인 광학 패킷 링(201)은 전형적으로 복수의 분리된 패킷 송신 채널들, 예를 들면 다중 코어 또는 모드 섬유 또는 섬유들의 다발을 포함하고, 이는 파장 분할 다중화(WDM)로 동작된다. 각 수퍼 노드(500)는 (예를 들면, 데이터 센터의 데이터의 저장/검색을 위한) 데이터 처리 유닛들(408)에 각각 접속된 복수의 데이터 인터페이스들(407)(도 4에 도시된 바와 같은), 다중 파장들로 동작하는 복수의 제 1 조정가능한 수신기 유닛들(402), 다중 파장들에서 동작하는 복수의 제 1 조정가능한 송신기 유닛들(401), 및 수퍼 노드(500)의 데이터 처리 유닛들(408)을 서로 접속시키는(즉, 대응하는 데이터 인터페이스들을 접속시키는) 내부 광학 데이터 접속(406)을 포함한다. 전형적으로, 수퍼 노드(500)의 내부 광학 데이터 접속(406)은 2차 광학 패킷 링(202)이다. 각 데이터 저장/검색 유닛(408)은 각각 제 1 수신기 유닛들(402) 중 하나와 제 1 송신기 유닛들(401) 중 하나를 통해 메인 광학 패킷 링(201)에 접속된다. 수퍼 노드(500)는, 메인 광학 패킷 링(201)에서 전파하고 수퍼 노드(500)의 데이터 저장/검색 유닛(408)을 향해 어드레스되는 광학 데이터 패킷이 수퍼 노드(500)로 할당된 제 1 수신기 유닛들(402) 중 적어도 하나에 의해 수신될 수 있도록 구성된다.
도 3a는 복수의 노드들(400)을 포함하는 수퍼 노드(500)의 가능한 실시예를 더욱 상세히 도시한다. 각 수퍼 노드(500)는 복수의 제 2 조정가능한 수신기 유닛들(405), 복수의 제 2 조정가능한 송신기 유닛들(404), 및 수퍼 노드(500)의 내부 데이터 접속(406)과 같이 수퍼 노드(500)로 할당된 모든 노드들(400)(및 따라서 모든 데이터 저장/검색 유닛들(408))을 서로 접속시키는 2차 광학 패킷 링(202)을 포함한다. 각 노드(및 따라서 각 데이터 저장/검색 유닛(408))는 각각 제 2 수신기 유닛들(405) 중 하나와 제 2 송신기 유닛들(404) 중 하나를 통해 2차 광학 패킷 링(202)에 접속된다.
이러한 방식으로, 데이터 저장/검색 유닛(408)(예를 들면, 데이터 저장/검색 기능을 포함하는 서버 유닛), 즉, 대응하는 노드(400)가 데이터 저장/검색 유닛(408)으로 향하는 광학 패킷이 전송되는 메인 광학 패킷 링(201)의 섬유/코어/모드로 직접 접속되지 않는다 하더라도, 그럼에도 불구하고 이는 데이터 저장/검색 유닛(408)으로 향하는 광학 패킷이 전송되는 메인 광학 패킷 링(201)의 섬유/코어/모드에 접속되는 수퍼 노드(500)의 상이한 노드(400)에 의해 픽업될 수 있고, 이후 원하는 데이터 저장/검색 유닛(408)으로 2차 광학 패킷 링(202)을 통해 라우팅될 수 있다. 유사하게, 데이터 저장/검색 유닛(408), 즉, 노드(400)가 광학 패킷을 노드(400)에 직접 접속되지 않는 메인 광학 패킷 링(201)의 특정 섬유/코어/모드로 전송하길 원한다면, 광학 패킷은 먼저 2차 광학 패킷 링(202)을 통해 메인 광학 패킷 링(201)의 특정 섬유/코어/모드에 직접 접속된 수퍼 노드(500)의 상이한 노드(400)로 라우팅될 수 있고, 이후 이러한 노드(400)로부터 메인 광학 패킷 링(201)의 특정 섬유/코어/모드로 전송될 수 있다.
데이터 송신 시스템(200)은 예를 들면 데이터 센터의 다수의 서버들을 상호접속하기 위한 네트워크 인프라스트럭처로서 사용될 수 있다(각 서버 또는 서버들의 세트는 데이터 처리 유닛(408)에 대응한다). 서버들은 메인 광학 패킷 링(201)과 복수의 내부 광학 데이터 접속들(406)(수퍼 노드들(500)에 각각 할당된 2차 광학 패킷 링들(202))을 사용하여 서로 간에 데이터를 교환할 수 있다. 각 서버는 오직 메인 광학 패킷 링(201)과 많아봐야 두 개의(전형적으로는 오직 하나의) 2차 광학 패킷 링들(202)에 의해서만 다른 서버에 접속된다. 이는 완전한 접속을 이루기 위해 필요한 케이블들의 수가 매우 적다는 것을 의미한다.
예를 들면, 데이터는 데이터 센터 서버(데이터 저장/검색 유닛(408))에 의해 제 1 ToR POADM(503)으로(즉, 데이터 인터페이스(407)로) 전송될 수 있다. 거기서, 광학 패킷으로 캡슐화되어 제 1 EoR POADM(502)으로 전송되며, 이는 이후 광학 패킷을 메인 광학 패킷 링(201)을 통해 제 2 EoR POADM(502)으로 전송한다. 제 2 EoR POADM(502)은 광학 패킷을 제 2 ToR POADM(503)으로 전달하고, 이는 이후 광학 패킷을 2차 광학 패킷 링(202)을 이용하여 목적지 ToR POADM(503)으로 전송한다. EoR-EoR 접속들은 메인 광학 패킷 링(201)을 관통한다. ToR-ToR 접속들은 2차 광학 패킷 링들(202)을 관통한다. EoR-ToR 접속들은 수퍼 노드(500) 내의 전용 링크들(예를 들면, 1200, 도 6 내지 도 8에서 1200)을 관통한다.
2차 광학 패킷 링(202)은 단일 모드 섬유 링일 수 있다. 복수의 증폭기들(602)이 단일 모드 섬유 링으로 위치될 수 있으며, 증폭기들(602)은 각각 단일 모드 섬유 링을 통해 전파하는 신호를 증폭시킨다. 2차 광학 패킷 링(202)의 섬유들의 짧은 길이로 인해, 증폭기들(602)의 수는 단일 모드 섬유 링에 접속된 노드들(400)의 수보다 더욱 적어질 수 있다.
메인 광학 패킷 링(201)은 상이한 광학 모드들의 신호들의 동시 전파를 허용하도록 구성되는 단일 섬유 코어를 이용하는 것에 의해 수행될 수 있는 복수의 물리적 패킷 송신 채널들을 포함한다. 대안적으로, 메인 광학 섬유 링(201)은 복수의 섬유 코어들을 포함할 수 있으며, 각 코어는 하나의 광학 모드의 신호의 전파를 허용하도록, 또는 상이한 광학 모드들의 신호들의 동시 전파를 허용하도록 구성된다. 대안적으로, 메인 광학 섬유 링(201)은 섬유 코어들의 다발을 포함하는 다중 섬유 케이블을 포함할 수 있다.
이제 다시 도 3을 참조하면, 각 수퍼 노드(500)는 공간 역다중화기(603), 공간 다중화기(604), 및 공간 역다중화기(603)의 개별적인 채널들을 공간 다중화기(604)와 각각 접속시키는 복수의 제 1 광학 섬유들(403)을 포함한다. 또한, 제 1 광학 섬유들(403)을 제 1 송신기들(401) 및/또는 제 1 수신기들(402)에 접속시키도록 애드/드롭(add/drop) 수단이 제공된다. 공간 역다중화기(603)는 메인 광학 패킷 링(201)을 통해 전파하는 패킷 송신 채널들을 제 1 광학 섬유들(403) 중 하나를 통해 공간 다중화기(604)를 향해 각각 전파하는 몇몇 신호들로 역다중화하기 위해 메인 광학 패킷 링(201)에 위치된다. 공간 다중화기(604)는 메인 광학 패킷 링(201)에 접속되어 (개별적인 패킷 송신 채널들에 대응하는) 제 1 광학 섬유들(403) 중 하나를 통해 각각 전파하는 수신된 신호들 및/또는 제 1 송신기(들)(401)에 의해 생성된 하나 그 이상의 광학 신호들을 메인 광학 패킷 링(201)으로 다중화한다. 전형적으로 제 1 수신기 유닛들(402) 각각은 상이한 제 1 광학 섬유(403)에 접속된다. 또한, 제 1 송신기 유닛들(401) 각각은 상이한 광학 섬유(403)에 접속된다.
도 3은 또한 패킷 송신 채널들의 분리된 광학 신호들을 각각 증폭하도록 제 1 광학 섬유들(403)로 위치되는 선택적 증폭기들(620)의 세트를 도시한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 공통 증폭기(625)가 모든 패킷 송신 채널들을 함께 증폭시키도록 사용될 수 있다. 패킷 송신 채널들이 WDM 또는 다중 모드 전송을 통해 수행된다면 공통 증폭기(625)는 다중 파장 또는 다중 모드 증폭기일 수 있다.
각 수퍼 노드(500)는 또한 복수의 제 1 광학 패킷 차단기들(605)을 포함한다. 제 1 광학 패킷 차단기들(605)은 제 1 수신기 유닛들(402)이 메인 광학 패킷 링(201)과 결합되는 제 1 (역)결합 영역(606)과, 제 1 송신기 유닛들(401)이 메인 광학 패킷 링(201)과 결합되는 제 2 결합 영역(607) 사이의 제 1 광학 섬유들(403)에 위치된다. 제 1 광학 패킷 차단기들은 제어 정보에 의존하여 대응하는 제 1 광학 섬유들(403)을 통해 전파하는 광학 데이터 패킷들의 전송을 선택적으로 차단한다. 제 1 광학 패킷 차단기(605)는 실리콘 포토닉스 패킷 차단기(silicon photonics packet blocker)일 수 있으며 (메인 광학 패킷 링(201)이 다중 섬유 링일 때) 파장 당 또는 코어 당 또는 섬유 당 하나의 게이트를 포함할 수 있다.
각 수퍼 노드(500)는 또한 복수의 제 2 광학 패킷 차단기들(608)을 포함한다. 각각의 제 2 광학 패킷 차단기(608)는 상이한 노드(400) 또는 그 각각의 데이터 저장/검색 유닛(408)으로 할당되고, 노드(400)로 할당된 제 2 수신기(405)가 2차 광학 패킷 링(202)과 결합되는 제 1 결합 영역(609)과, 노드(400)로 할당된 제 2 송신기(404)가 2차 광학 패킷 링(202)과 결합되는 제 2 결합 영역(610) 사이의 2차 광학 패킷 링(202)에 위치된다. 제 2 광학 패킷 차단기(608)는 제어 정보에 의존하여 2차 광학 패킷 링(202) 상의 광학 데이터 패킷들의 전송을 차단한다.
제어 정보는 대응하는 광학 데이터 패킷들과 동기화되어 메인 광학 패킷 링(201)을 통해 전파할 수 있다. 예를 들면, 제어 정보는 메인 광학 패킷 링(201)을 통해 전용 제어 채널을 이용하여 전파한다. 대안적으로, 하나 그 이상의 섬유들/코어들/모드들이 모든 파장들과 섬유들/코어들/모드들 상에서 전달되는 모든 광학 패킷들에 대한 제어 데이터를 전달하는데 전용될 수 있다. 제어 정보는 또한 대응하는 광학 데이터 패킷들과 동기화되어 2차 광학 패킷 링(202)을 통해 전파할 수 있다. 제 1 차단 정보와 제 2 차단 정보의 생성은 메인 광학 패킷 링(201)으로부터 제 1 제어 정보 인터페이스(412)를 통해 또는 2차 광학 패킷 링(202)으로부터 제 2 제어 정보 인터페이스(413)를 통해 수신된 제어 정보에 기초될 수 있다.
제 1 송신기 유닛(401)과 제 1 수신기 유닛(402) 및/또는 제 2 송신기 유닛(404)과 제 2 수신기 유닛(405)이 가변 파장들 상에서 동작하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, M개의 상이한 파장들(예를 들면, M=80)의 광학 신호들이 사용될 수 있는데, 이는 제 1 송신기 유닛(401)과 제 1 수신기 유닛(402) 및/또는 제 2 송신기 유닛(404)과 제 2 수신기 유닛(405)이 (파장 분할 다중화 뿐 아니라) M개의 상이한 파장들 상에서 또한 동작할 수 있도록 해야 한다는 것을 의미한다. 광학 섬유들(403, 406) 각각은 다중 파장들 또는 단일 파장의 신호들을 전달할 수 있다.
다음에서, 광학 패킷 스위칭 장치 또는 노드의 가능한 수행에 대한 예시적인 아키텍처가 설명된다. 전형적으로, 광학 링 네트워크(예를 들면, 도 4a를 보라)는 패킷 광 애드-드롭 다중화기들(POADM)과 광학 링크들, 예를 들면 광학 섬유들에 의해 접속된 허브 노드(도시되지 않음)를 포함한다. 링은 광학 패킷들이 전파하는 단일 방향을 가질 수 있다. 대안적으로, 링은 양방향일 수 있다. 전형적으로, 링 네트워크는 데이터가 광학 링크들 상의 고정된 지속시간의 패킷들 내에서 송신되는 시간-슬롯된(time-slotted) 네트워크이다. 데이터는 N 개의 파장 채널들 상에서 전달된 광학 패킷들 내에서 송신된다. 광학 패킷들은 광학 링크들 상에서 WDM-다중화된다. 패킷의 제어 데이터를 포함하는 헤더는 각 광학 패킷과 연관되며, 이는 라우팅 정보, 예를 들면 목적지와, 포맷 정보, 예를 들면 캡슐화되는 클라이언트 프로토콜을 포함한다. 이러한 정보는 이더유형(Ethertype)과 유사한 숫자 코드의 형태로 제공될 수 있다. 패킷들이 모든 파장 채널들 상에서 동시에 송신된다. 패킷 지속시간은 슬롯이라고 불린다. 각 슬롯에 대하여, 그 슬롯동안 송신된 모든 패킷들에 대한 헤더들이 제어 채널(λc)이라고 불리는 분리된 파장 채널 상에서 분리된 광학 패킷으로 송신될 수 있다. 따라서, 제어 채널(λc)이 패킷들의 헤더들을 전달하는 동안 데이터 채널들(λ1-λN)은 광학 패킷들을 전달한다. 데이터 채널들(λ1-λN) 상에서, 각 광학 패킷이 패킷간 보호 대역에 의해 이전 광학 패킷으로부터 분리된다. 제어 채널(λc) 상에서, 트래픽의 구조는 데이터 채널들과 유사하거나 상이할 수 있다. 즉, 제어 채널(λc) 상의 보호 대역의 지속시간은 패킷간 보호 대역의 지속시간과 동일하거나 상이할 수 있다. 대안적으로, 제어 채널은 보호 대역이 전혀 없는 지속 신호로 수행될 수 있다.
POADM들은 하나 그 이상의 빠른 조정가능한 레이저들로 인해 송신기들(401 및 404)을 거쳐 트래픽을 임의의 파장에 삽입 또는 부가할 수 있으며, 재구성가능한 버스트-모드(burst-mode) 수신기들(402, 405)로 인해 특정 파장들 상에 트래픽을 수신 또는 드롭할 수 있다. POADM들은 또한 전기적 도메인으로의 변환없이 트래픽이 노드를 통해 투명하게 통과하도록 할 수 있다. (선택적) 허브 노드는 한 측 상에서는 들어오는 모든 광학 패킷들을 전기적 도메인으로 변환하고, 다른 측 상에서는 모든 파장들 상의 모든 슬롯들을 빛으로, 즉 데이터 패킷들 또는 더미 패킷들로 채우는 상이한 유형의 노드이다. 허브 노드는 공지된 방식으로 다른 네트워크와 인터페이스할 수 있다.
광학 패킷 스위칭 네트워크에서, 제 1 POADM은 동일한 포맷을 갖는 복수의 데이터 프레임들, 예를 들면 하나 그 이상의 클라이언트 디바이스들로부터 오는 데이터 프레임들을 캡슐화하는 페이로드를 포함하는 광학 패킷을 생성할 수 있다. 동시에, POADM은 광학 패킷과 연관된 제어 데이터를 생성한다. 생성된 제어 데이터는 캡슐화된 데이터 프레임들의 포맷을 나타내는 포맷 데이터를 포함한다. 목적지 노드에서, 페이로드를 포함하는 전기적 신호를 얻기 위하여 광학 패킷이 수신되고 복조된다. 포맷 데이터의 함수로서 전자 스위치를 구성하도록 연관된 제어 데이터가 수신되고 사용되어, 전기적 신호로부터 데이터 프레임들을 복구하도록 적응된 선택 추출 모듈로 전기적 신호를 전송한다.
도 5를 참조하면, 수퍼 노드(500)의 수행을 위해 가능한 POADM 아키텍처(특히 EoR(End of Row) POADM(502))가 도시된다. 도 5는 제 1 광학 패킷 차단기들(605)을 포함하는 광학 구성요소들을 도시한다. 이러한 구성요소들 사이의 상호작용이 설명될 것이다. 유사한 아키텍처가 또한 제 2 광학 패킷 차단기들(608)과 노드(400)(의 일부들)를 실현하는데 사용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 광학 스위칭 패브릭(720)은 광학 도메인에서 동작하는 구성요소들의 대부분을 포함한다. 입력 섬유(721)(예를 들면, 제 1 결합 영역(606) 내의 섬유(403)에 대응하는)는 메인 광학 패킷 링(201)의 업스트림에 위치된 노드들(400)로부터 WDM(파장 분할 다중화) 트래픽을 수신하도록 동작하고 출력 섬유(722)(예를 들면, 제 2 결합 영역(607) 내의 섬유(403)에 대응하는)는 메인 광학 패킷 링(201)의 다운스트림에 위치된 노드들(400)로 WDM 트래픽을 송신하도록 동작한다. 도 5에서, 광학 수신기들(402)은 하나의 단일 섬유(721)에 접속되는 것으로 가정된다. 그러나, 광학 수신기들(402) 각각은 도 3에 도시된 것과 같이 상이한 섬유(403)에 접속될 수 있다. 동일한 방법으로, 각 광 송신기(401)가 도 3에 도시된 것과 같이 상이한 섬유(403)에 접속될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 채널이 다음과 같이 처리된다: 제어 채널이 먼저 광 분배기 또는 역다중화기(723), 광학 라인(724)과 파장 특정 필터를 갖는 광 트랜스폰더(725)를 이용하여 입력 섬유(721)로부터 추출된다. 수신 후에, 복조된 제어 데이터가 노드 제어기(729)에 의해 처리되는데, 이는 또한 고정된 파장의 트랜스폰더(726)를 이용하여 제어 채널 상에서 나가는 제어 패킷들을 생성하도록 동작한다. 나가는 제어 채널은 결합기 또는 다중화기(727)를 통해 출력 섬유(722)로 주입되며 여기서 나가는 데이터 패킷들과 함께 다중화된다. 본 예에서, 제어 채널은 불투명한데(opaque), 즉 각 노드에서 광-전기 및 전기-광 변환들을 겪는다.
데이터 채널들은 다음과 같이 처리된다: 광학 패킷들이 광 입력 섬유(721)에 도달하고, M개의 파장들로 다중화된다. 노드 모듈성 및 업그레이드 성능을 개선하기 위하여, 입력 섬유(721)에 접속된 저밀도(coarse) 역다중화기(730)가 M 개의 파장들의 스펙트럼을 M' 개의 파장들의 K=M/M' 개의 대역들로 각각 분배하는데, 여기서 K, M 및 M'는 1보다 큰 정수이다. 따라서, M개의 들어오는 파장 채널들이 먼저 대역 역다중화된다. M'개의 채널들의 각 대역은 이후 광학 라인(732)을 통해 M'개의 채널들 각각 상에서 독립적으로 광학 패킷들을 스위칭할 수 있는 집적된 광학 스위칭 블록(731)으로 전송된다. 수신기들(402)은 전력 분배기들(749 및 739)을 통해 입력 섬유(721)로부터 들어오는 광학 패킷들을 수신한다.
집적된 광학 스위칭 블록(731)은 트랜짓 트래픽(transit traffic)을 처리하도록 동작한다. 스위칭 블록(731)은 대역의 모든 M개의 파장 채널들을 분리시키기 위한 1:M 역다중화기(733), M개의 SOA(Semiconductor Optical Amplifier) 게이트들(734)(또한 게이트들의 다른 유형들이 사용될 수 있다)의 어레이, 및 M:1 다중화기(735)를 포함한다. 각 SOA 게이트(734)는 패킷을 차단하거나 그가 통과하도록 하기 위하여 (제어기(729)로부터 들어오는 제어 신호(770)에 기초하여) 패킷 지속시간 입도(packet duration granularity)에서 트리거링될 수 있다. 또한 각 SOA 게이트(734)는 선택적으로 증폭기로 동작하여 패킷들의 전력을 등화시킬 수 있는데, 이는 버스트-모드 수신기들에 대한 동작상의 요구사항(operational requirement)이다. 트랜짓이 허용되는 패킷들은 이후 M:1 다중화기(735)를 통해 파장에서 다중화된다. 스위칭 블록(731)의 이러한 설계는 PIC(포토닉스 집적 회로)로의 집적을 가능하게 하고, 이는 제조 비용들을 감소시키며 POADM의 공간 족적을 감소시킨다. 또한, 노드의 용량이 블록들(731)의 부가를 통해 업그레이드될 수 있다.
POADM의 출력부에서, 광학 라인들(737)을 통하여 K개의 집적된 광학 스위칭 블록들(731)로부터 들어오는 광학 패킷들이 저밀도 다중화기(736)에 의해 다중화된다. 송신기들(401)로부터 들어오는 부가된 패킷들은 조합기들(738 및 748)을 통해 출력 섬유(722)로 삽입된다.
광학 데이터 패킷들이 트랜짓하는 동안 스위칭 패브릭(720)은 처리될 제어 데이터를 위한 효율적인 지연을 생성하기 위하여 광 트랜짓 경로의 상이한 위치들에 일부 광학 버퍼 메커니즘들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이 각 광학 라인(737) 상에 및/또는 각 광학 라인(732) 상에 섬유 지연 라인들(747)이 그러한 목적을 위해 제공될 수 있다. 이러한 섬유 지연 라인들은 또한 저밀도 역다중화기(730) 바로 앞에 또는 저밀도 다중화기(736) 바로 뒤에 배열될 수 있다.
제어기(729)는 파장 채널들에 걸친 패킷들 사이의 동기화를 조절하며, 이는 트랜짓하는 패킷과 충돌하는 시간 및 파장에서 삽입되는 부가된 패킷이 없다는 것과; 광학 게이트들(734)에 의해 정리된 모든 시간 슬롯들이 부가된 패킷에 의해 확실히 채워진다는 것을 보장하여, 저밀도 다중화기(736)와 조합기(738) 후에는 패킷간 보호 대역들에 대응하는 것을 제외하고는 어떠한 파장 상에도 공간이 없게 된다. POADM의 출력부에서, 각 파장 채널 상의 각 시간 슬롯에 광학 패킷이 있다. 자유 슬롯으로의 삽입을 위해 사용가능한 유용한 데이터가 없을 때, 부가 모듈에 의해 더미 패킷이 삽입될 수 있다. 더미 패킷은 물리 계층과 관련된 목적들을 위해 사용되는, 즉 시간에 대해 대략적으로 일정한 광 증폭기들에 의해 수신된 전력을 유지하는, 의미있는 콘텐트를 갖지 않는 광학 패킷이다. 대안적으로, 패킷이 어떠한 다운스트림 노드로 의도되지 않는다고 하더라도, 입력 섬유(721)의 그 슬롯을 점유하는 광학 패킷은 POADM을 통한 트랜짓을 위해 남겨질 수 있다. 이러한 경우에, 광학 패킷은 또한 제어 채널 상에서 "더미"로 표시되지만 SOA 게이트들에 의해 물리적으로 소거되지는 않는다.
도 6은 도 3에 도시된 네트워크 개념의 다른 가능한 실현을 도시한다. 도 6에 도시된 데이터 송신 시스템(200')의 아키텍처는 기본적으로 도 3에 도시된 데이터 송신 시스템(200)의 아키텍처에 대응한다(도 4에 도시된 소자들(407, 409, 410, 및 411)은 도 6에서 참조 기호 420으로 요약된다). 그러나, 노드(400)의 제 1 송신기(401)와 제 1 수신기(402)가 광 접속(1100)(예를 들면, 파장 분할 다중화(WDM) 광 접속)을 통해 각각의 제 1 광학 섬유(403)에 접속된다. 이는 둘 다 노드(400) 내에 배열된 제 1 송신기(401)와 제 1 수신기(402)를 통한 메인 광학 패킷 링(201)의 트래픽의 코히어런트 전송 및 수신(TRX)을 허용한다. 광 접속(1100)(섬유)의 길이는 예를 들면 섬유의 1m가 대략 4.83ns의 지연에 대응한다고 고려하고, 대응하는 지연 유닛들/라인들을 제공하는 것에 의해, 메인 광학 패킷 링(201)과 동기화될 수 있다. 따라서, 메인 광학 패킷 링(201)의 트래픽과 노드들(400) 내의/외의/이를 통한 트래픽이 동기화되어 유지된다.
본 실시예에서, 제 1 광학 패킷 제어 인터페이스(610)가 수퍼 노드(500)의 모든 노드들(400)에 대해 중앙집중식으로 각 노드들(400)의 외부에 배열된다. 즉, 제 1 광학 패킷 차단기들(605)의 제어가 노드들(400)의 외부에서 제공된다. 본 실시예에서, 하나의 제어 채널이 모든 코어들/모드들/파장들/섬유들을 위해 사용된다. 대안적으로, 하나의 제어 채널이 각 코어/모드/파장/섬유마다 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 각 제어 채널은 연관된 코어/모드/파장/섬유에 의해 전송된 패킷들에 대한 정보를 전달할 수 있다. 모든 코어들 및 모든 파장들에 대한 (라우팅) 정보는 코어들과 파장들을 건너 임의로 분산될 수 있다. 제 2 광학 패킷 차단기들(608)의 제어가 노드들(400)에 위치될 수 있으나 또한 노드들(400)의 외부에 위치될 수도 있는 제 2 광학 패킷 제어 인터페이스들(411)(도시되지 않음)에 의해 수행된다. 각 데이터 저장/검색 유닛(408)이 유일하게 단지 하나의 패킷 송신 채널(예를 들면, 섬유/코어/모드)에 접속될 수 있다. 데이터 저장/검색 유닛들(408)은 예를 들면, 데이터 인터페이스(407)에 배열된 이더넷 스위치에 의해 액세스가능한 10 내지 40개의 서버 컴퓨터들의 세트일 수 있다.
도 7은 도 3에 도시된 네트워크 개념의 다른 가능한 실현을 도시한다. 도 6에 도시된 데이터 송신 시스템(200")의 아키텍처는 기본적으로 도 6에 도시된 데이터 송신 시스템(200')의 아키텍처에 대응한다. 그러나, 제 1 송신기들(401)과 제 1 수신기들(402)(모두 코히어런트 TRX용)가 모두 EoR 노드(502) 내에 위치되고 케이블 접속(1200)을 통해 그들 각각의 ToR 노드들(503)과 결합된다. 이는 2차 광학 패킷 링(202)(및 데이터 인터페이스(407)와 가능하게는 데이터 저장/검색 유닛(408))의 단일 모드 장치로부터 메인 광학 패킷 링(201)의 다중 모드/코어 장치의 분리를 허용한다. 예를 들면, 모든 노드들(400)의 제 1 송신기(401)와 제 1 수신기(402)가 EoR 노드(502)의 다중 모드/코어 장치의 인클로저(enclosure) 내에 위치될 수 있다. (모노-파장의) 광 또는 전기 접속(1200)이 제 1 송신기(401), 제 1 수신기(402)와 대응하는 ToR 노드(503) 사이에 제공될 수 있다. 또한, 적응 계층이 케이블 접속(1200)과 인터페이스하도록 ToR 노드(503)에 제공된다. 본 실시예에서, 모든 코어들/모드들에 대해 하나의 제어 채널이 사용될 수 있다. 대안적으로, 코어/모드 당 하나의 제어 채널이 사용될 수 있다. 각 데이터 저장/검색 유닛(408)이 유일하게 단지 하나의 코어/모드에 접속될 수 있다.
도 8은 도 3에 도시된 네트워크 개념의 다른 가능한 실현을 도시한다. 도 8에 도시된 데이터 송신 시스템(200"')의 아키텍처는 기본적으로 도 7에 도시된 데이터 송신 시스템(200")의 아키텍처에 대응한다. 그러나, 노드들(400)의 제 1 전송기들(401)과 제 1 수신기들(402)이 스위치(1300)와 서로 접속된다. 스위치는 각 데이터 저장/검색 유닛(408)을 메인 광학 패킷 링(201)의 각 코어/모드와 직접 접속할 수 있다. 본 실시예에서, 모든 코어들/모드들에 대해 하나의 제어 채널이 사용될 수 있다. 대안적으로, 코어/모드 당 하나의 제어 채널이 사용될 수 있다. 모드/코어 당 하나의 제어 채널/노드 제어기가 사용될 수 있다. 제 1 광학 패킷 차단기들(605)을 제어하는데 사용된 제어기(610)는 제 2 광학 패킷 차단기들(608)을 제어하기 위한 것과는 상이하다.
다음에서, 실시예들의 다른 양태들 및 장점들이 설명될 것이다.
제안된 데이터 송신 시스템(200)은 데이터 센터의 (데이터 인터페이스들(407)을 통한) 모든 ToR들을 (물리적 섬유 링 상의 오버레이와 같은) (논리적) 완전 매쉬(full mesh) 방식으로 접속하는 것이 가능하다. 다중 (섬유/코어/모드) 섬유는 접속된 ToR들의 수를 N개의 인자에 의해 증가시키는 것이 가능한데, N은 섬유들 또는 코어들 또는 모드들의 수(따라서 2차 패킷 링의 노드들의 수)이다. 데이터 송신 시스템(200)은 매우 쉽게 조정(scale)될 수 있다.
데이터 송신 시스템에서, 하나의 파장이 하나의 ToR 스위치를 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 메인 광학 패킷 링(201)이 6개의 섬유들/코어들/모드들과 섬유/코어/모드 당 80개의 파장들을 포함한다면, 480개의 ToR 스위치들이 사용/접속될 수 있다. 예를 들면, ToR들(즉, 데이터 인터페이스들(407))이 6개의 ToR들의 그룹들로 그룹화될 수 있는데, 대응하는 EOR 노드(502)와 함께 각 그룹은 메인 광학 패킷 링(201)의 수퍼 노드(500)에 대응한다. 메인 광학 패킷 링(201)은 데이터 센터들에 대하여 높은 대역폭과 완전 접속을 제공하도록 적응되는 동기화 광학 패킷 링(OPR)일 수 있다. (정적이거나 반-정적인 회로 스위치 해법들과는 달리) 리소스들이 매우 빠르게 재할당될 수 있다. 또한, 동기화 광학 패킷 링을 사용하는 것은 종래의 접근들의 경우에서와 같이 트래픽이 중앙집중된 네트워크 노드를 통과하도록 요청할 필요없이 완전 매쉬의 (애니-투-애니(any-to-any)) 트래픽을 지원한다.
광학 데이터가 시간 및 파장 다중화되는 고정된 지속시간 슬롯들에서 전달된다. 제어 채널은 모든 파장들 상의 모든 동기화 시간슬롯들에 대해 라우팅 정보를 전달할 수 있다. 노드가 원하는 목적지 노드가 아닐 때 광학 패킷들은 노드를 통해 투명하게 통과할 수 있다. 노드(400)는 광학 데이터 패킷을 소거할 수 있어서 그의 시간 슬롯이 다른 광학 데이터 패킷에 의해 재사용될 수 있게 한다. 각 방출기 유닛(제 1/제 2 송신기 유닛들(401, 404))은 임의의 파장에서 광학 데이터 패킷들을 방출하도록 인에이블될 수 있다.
수신 유닛들(402, 405)은 코히어런트 기술에 기초될 수 있으며 그들의 국부 발진기들은 각 시간슬롯 상의 임의의 파장 상에서 광학 데이터 패킷들을 수신할 수 있게 되도록 임의의 파장들로 빠르게 조정될 수 있다. 송신기 유닛들(401, 404)이 또한 빠르게 조정가능할 수 있다. 패킷 차단기들(605)은 임의의 파장 상의 임의의 시간-슬롯을 선택적으로 차단할 수 있다. 각 섬유/코어/모드에서, 전용 파장(예를 들면 2.5Gbit/s로 변조된)이 제어 채널을 위해 전용될 수 있거나, 대안적으로 하나의 섬유 또는 모드 또는 코어가 모든 파장들 및 섬유들/코어들/모드들 상에서 전달된 모든 패킷들에 대한 제어 데이터를 전달하도록 전용될 수 있다(이 경우가 도 3에 도시된다). 수퍼 노드(500)에서, 광학 신호의 네트워크 노드 손실을 보상하기 위한 작은 EDFA들(620)(Erbium Doped Fiber Amplifier), 또는 다중 코어/모드 증폭기(625)가 사용될 수 있다. 노드들 사이의 거리들은 전형적으로 무시할 만 하며(그들은 1-100 미터 사이의 범위라고 가정된다), 따라서 연관된 손실들과 색 분산은 작다(약 0이다). 그러므로, 노드 손실들만이 증폭기들(620)에 의해 보상되어야 한다. 수신 유닛들(402, 405)에서 보상되어야 하는 색 분산이 없기 때문에, 연관된 하드웨어(예를 들면, DSP(디지털 신호 처리기))가 필요하지 않으며, 따라서 노드들은 전형적인 코히어런트 수신 유닛들보다 낮은 가격과 전력 소비로 제조될 수 있다. 노드 손실은 낮은데, 예를 들면, 10dB보다 낮다.
각 ToR은 본질적으로 데이터 채널들과 제어 채널이 분리되는 슬롯 방식으로 동작하는 광학 패킷 링인 단일 모드 분산 POADM 링을 통해 메인 다중 코어 섬유에 접속될 수 있다. 단일 모드 POADM 패킷 링과 다중 모드/코어 섬유 패킷 링 사이의 접속이 또한 도 3에 도시된다. 단일 모드 링에서, 노드 손실이 매우 제한되기 때문에, 각 링 섹션에서 광 증폭기를 사용하는 것은 필요하지 않다.
파장들(노드)의 수는 다중 섬유/코어/모드 섬유의 섬유들/코어들/모드들의 수에 대응할 수 있다. 단일 및 다중 모드 링 모두에서 성취가능한 양호한 OSNR을 고려하면, 200 Gb/s의 코히어런트 송신기들이 사용될 수 있다. 그러한 구성에서, 하나의 송신기가 초과(oversubscription)없이 20개의 서버들(10G)을 갖는 하나의 ToR로부터 트래픽을 수집한다. 각 모드가 M개의 파장들을 갖는 N개의 모드들을 전달하는 다중모드 섬유를 고려하면(N은 또한 단일 모드 패킷 링의 파장들의 수에 대응한다), 완전 매쉬 방식으로 접속될 수 있는 TOR들의 수는 N x M이다. 도 2의 예에서, 80개의 파장들을 갖는 모드들이 사용되며 560개의 ToR들(즉, 11200개의 서버들)이 접속될 수 있다. 20개의 모드들에 대하여, 상황은 다음과 같다: 1600개의 ToR들(32000개의 서버들)이 접속될 수 있고, 80개의 모드들에 대해서는: 6400개의 ToR들(128000 서버들)이 접속될 수 있다.
위에서 설명된, 다중 섬유/코어/모드 광학 패킷 링 네트워크에 기초한 아키텍처는 몇백 또는 몇천개의 ToR들을 완전 매쉬 방식으로 접속하는 것이 가능하다. 낮은 초과가 성취될 수 있다. 매우 큰 수의 서버들에 대해서도 쉬운 케이블링이 가능하다(즉, 높은 확장성). 아키텍처는 높은 용량의 데이터 센터들에 대해서도 엄청난 고밀도의 전자 하드웨어에 의존하지 않는다.
명세서와 도면들은 제안된 방법들과 시스템들의 원리들을 설명할 뿐이라는 것이 주의되어야 한다. 따라서, 당업자는 여기에 명백하게 설명되지 않았거나 도시되지 않았다고 하더라도, 발명의 원리들을 구현하고 그의 정신과 범주에 포함되는 다양한 배열들을 고안할 수 있을 것임이 인정될 것이다. 또한, 여기서 설명된 모든 예들은 제안된 방법들 및 시스템들의 원리들과 발명자들에 의해 기고된 개념들을 이해하고 기술을 발전시키도록 읽는 사람에게 도움을 주기 위한 교육학적 목적들을 위하여서만 특히 명확하게 의도되며, 이러한 특별하게 설명된 예들 및 조건들로의 제한은 없는 것으로 해석된다. 또한, 여기서 발명의 원리들, 양태들 및 실시예들 뿐만 아니라 그의 특정 예들을 설명하는 모든 서술들은 그의 동등물들을 포함하는 것으로 의도된다.
또한, 다양한 상술된 방법들의 단계들과 설명된 시스템들의 구성요소들은 프로그래밍된 컴퓨터들에 의해 수행될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 여기서, 일부 실시예들은 또한 프로그램 저장 디바이스들, 예를 들면 디지털 데이터 저장 미디어를 포함하는 것으로 의도되는데, 이들은 기계 또는 컴퓨터 판독가능하고, 명령들의 기계-수행가능한 또는 컴퓨터-수행가능한 프로그램들을 인코딩하며, 상기 명령들은 상기 상술된 방법들의 단계들의 일부 또는 전부를 수행한다. 프로그램 저장 디바이스들은 예를 들면, 디지털 메모리들, 자기 디스크들 및 자기 테이프들과 같은 자기 저장 미디어, 하드 드라이브들, 또는 광학적으로 판독가능한 디지털 데이터 저장 미디어일 수 있다. 실시예들은 또한 상술된 방법들의 상기 단계들을 수행하도록 프로그래밍된 컴퓨터들을 포함하는 것으로 의도된다.
부가적으로, 본 특허 문서에서 설명된 다양한 소자들의 기능들이 전용 하드웨어 뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 함께 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어의 사용을 통해 제공될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 처리기에 의해 제공될 때, 기능들은 단일 전용 처리기에 의해, 단일 공유 처리기에 의해, 또는 그 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별적인 처리기들에 의해 제공될 수 있다. 또한, "처리기" 또는 "제어기"라는 용어의 명시적인 사용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어만을 배타적으로 나타내는 것으로 해석되어서는 안되며, 디지털 신호 처리기(DSP) 하드웨어, 네트워크 처리기, 주문형 반도체(ASIC), 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이(FPGA), 소프트웨어를 저장하기 위한 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 비휘발성 저장장치를 제한없이 포괄적으로 포함할 수 있다. 종래의 및/또는 전통적인 다른 하드웨어가 또한 포함될 수 있다.
마지막으로, 여기서 임의의 블록도들은 발명의 원리들을 구현하는 예시적인 회로의 개념적 도면들을 나타낸다는 것이 주의되어야 한다. 유사하게, 임의의 흐름 차트들, 흐름도들, 상태 전이도들, 의사 코드 등은 컴퓨터나 처리기가 명시적으로 도시되든 안되든, 컴퓨터 판독가능한 매체에서 실질적으로 표현될 수 있고 따라서 컴퓨터 또는 처리기에 의해 수행될 수 있는 다양한 프로세스들을 표현한다는 것이 인정될 것이다.
200: 데이터 송신 시스템 201: 메인 광학 패킷 링
202: 2차 광학 패킷 링 400: 노드
500: 수퍼 노드
202: 2차 광학 패킷 링 400: 노드
500: 수퍼 노드
Claims (14)
- 데이터 송신 시스템(200)에 있어서:
- 복수의 분리된 패킷 송신 채널들을 포함하는 투명한 메인 광학 패킷 링(201); 및
- 상기 메인 광학 패킷 링을 통해 상호접속된 복수의 투명한 2차 광학 패킷 링들(202)로서, 각각은 복수의 노드들(400)을 포함하는, 상기 2차 광학 패킷 링들(202)을 포함하고,
상기 메인 광학 패킷 링(201)의 상기 패킷 송신 채널들 각각은 각 2차 광학 패킷 링(202)의 상이한 노드에 각각 접속되고;
각 노드(400)는:
- 상기 메인 광학 패킷 링(201)의 패킷 송신 채널에 각각 접속된 제 1 송신기 유닛(401)과 제 1 수신기 유닛(402),
- 상기 2차 광학 패킷 링들(202) 중 하나에 각각 접속된 제 2 송신기 유닛(404)과 제 2 수신기 유닛(405), 및
- 적어도 하나의 데이터 처리 유닛(408)에 접속가능한 데이터 인터페이스(407), 및
- 상기 제 1 송신기 유닛(401), 상기 제 1 수신기 유닛(402), 상기 제 2 송신기 유닛(404), 상기 제 2 수신기 유닛(405) 및 상기 데이터 인터페이스(407)에 접속되고, 상기 제 1 수신기 유닛(402) 또는 상기 제 2 수신기 유닛(405)과 상기 제 1 송신기 유닛(401) 또는 상기 제 2 송신기 유닛(404) 사이에, 또는 상기 제 1 수신기 유닛(402), 상기 제 2 수신기 유닛(405), 상기 제 1 송신기 유닛(401), 또는 상기 제 2 송신기 유닛(404) 중 하나와 상기 데이터 인터페이스(407) 사이에 접속 경로들을 선택적으로 확립하도록 구성된 스위칭 유닛(409)을 포함하는, 데이터 송신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
각 패킷 송신 채널은 분리된 광학 신호를 사용하는, 데이터 송신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 패킷 송신 채널들은 다중화된 송신 채널들이고, 상기 메인 광학 패킷 링(201)은:
- 상기 메인 광학 패킷 링(201)의 패킷 송신 채널들을 분리하도록 적응된 역다중화기(603); 및
- 상기 메인 광학 패킷 링(201)으로 상기 패킷 송신 채널들을 다중화하도록 적응된 다중화기(604)를 포함하는, 데이터 송신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 메인 광학 패킷 링(201)의 패킷 송신 채널들은:
상이한 광학 모드들에서 신호들의 동시 전파를 허용하기 위한 다중 모드 광학 섬유 내의 공간적으로 다중화된 모드 채널들,
다중 코어 광학 섬유의 섬유 코어들로서, 각 코어는 적어도 하나의 광학 신호의 전파를 허용하는, 상기 섬유 코어들,
상이한 파장들의 신호들의 동시 전파를 허용하는 광학 섬유 내의 파장 채널들, 및
다중 섬유 케이블 내의 광학 섬유들로서, 각각의 광학 섬유는 적어도 하나의 광학 신호의 전파를 허용하는, 상기 광학 섬유들 중 적어도 하나를 포함하는, 데이터 송신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
각 노드(400)는 상기 메인 광학 패킷 링(201)의 하나의 패킷 송신 채널과 하나의 2차 광학 패킷 링(202)에 접속되는, 데이터 송신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
각 노드(400)는:
- 상기 메인 광학 패킷 링(201)에 결합된 제 1 광학 패킷 차단기(605)에 접속된 제 1 광학 패킷 제어 인터페이스(410)로서, 상기 노드(400)는 상기 제 1 광학 패킷 제어 인터페이스(410)를 통해 제 1 차단 정보를 상기 제 1 광학 패킷 차단기(605)로 전달하도록 구성되고, 상기 제 1 차단 정보는 상기 메인 광학 패킷 링(201) 상에서 이동하는 광학 패킷들이 상기 제 1 광학 패킷 차단기(605)에 의해 차단되는지 또는 통과되어야 하는지의 여부를 나타내는, 상기 제 1 광학 패킷 제어 인터페이스(410), 및/또는
- 상기 노드(400)의 2차 광학 패킷 링(202)에 결합된 제 2 광학 패킷 차단기(608)에 접속된 제 2 광학 패킷 제어 인터페이스(411)로서, 상기 노드(400)는 상기 제 2 광학 패킷 제어 인터페이스(411)를 통해 제 2 차단 정보를 상기 제 2 광학 패킷 차단기(608)로 전달하도록 구성되고, 상기 제 2 차단 정보는 상기 2차 광학 패킷 링(202) 상에서 이동하는 광학 패킷들이 상기 제 2 광학 패킷 차단기(608)에 의해 차단되는지 또는 통과되어야 하는지의 여부를 나타내는, 상기 제 2 광학 패킷 제어 인터페이스(411)를 포함하는, 데이터 송신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 유닛(409)은 상기 메인 광학 패킷 링(201)에 접속된 제 1 제어 정보 인터페이스(412)를 포함하고, 상기 스위칭 유닛은 상기 제 1 제어 정보 인터페이스를 통해 상기 메인 광학 패킷 링(201)으로부터/으로 제어 정보를 수신하도록/전송하도록 구성되고,
상기 스위칭 유닛(409)은 상기 노드(400)의 2차 광학 패킷 링(202)에 접속된 제 2 제어 정보 인터페이스(413)를 포함하고, 상기 스위칭 유닛은 상기 제 2 제어 정보 인터페이스를 통해 상기 2차 광학 패킷 링(202)으로부터/으로 제어 정보를 수신하도록/전송하도록 구성되고,
상기 스위칭 유닛(409)은 상기 제 1 제어 정보 인터페이스(412)를 통해 또는 상기 제 2 제어 정보 인터페이스(413)를 통해 수신된 제어 정보에 기초하여, 상기 제 1 수신기 유닛 또는 상기 제 2 수신기 유닛과 상기 제 1 송신기 유닛 또는 상기 제 2 송신기 유닛 사이에, 또는 상기 제 1 수신기 유닛, 상기 제 2 수신기 유닛, 상기 제 1 송신기 유닛, 또는 상기 제 2 송신기 유닛 중 하나와 상기 데이터 인터페이스 사이에 접속 경로들을 선택적으로 확립하도록 구성되는, 데이터 송신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 유닛(409)은 상기 메인 광학 패킷 링(201)에 접속된 제 1 제어 정보 인터페이스(412)를 포함하고, 상기 스위칭 유닛은 상기 제 1 제어 정보 인터페이스를 통해 상기 메인 광학 패킷 링(201)으로부터/으로 제어 정보를 수신하도록/전송하도록 구성되고,
상기 스위칭 유닛(409)은 상기 노드(400)의 2차 광학 패킷 링(202)에 접속된 제 2 제어 정보 인터페이스(413)를 포함하고, 상기 스위칭 유닛은 상기 제 2 제어 정보 인터페이스를 통해 상기 2차 광학 패킷 링(202)으로부터/으로 제어 정보를 수신하도록/전송하도록 구성되고,
상기 메인 광학 패킷 링(201)에 결합된 제 1 광학 패킷 차단기(605)와 상기 2차 광학 패킷 링(202)에 결합된 제 2 광학 패킷 차단기(608)를 제어하기 위한 제 1 차단 정보와 제 2 차단 정보는 상기 제 1 제어 정보 인터페이스(412)를 통해 또는 상기 제 2 제어 정보 인터페이스(413)를 통해 수신된 제어 정보에 기초하여 생성되는, 데이터 송신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
복수의 증폭기들(602)은 2차 광학 패킷 링(202)에 위치되고, 상기 복수의 증폭기들(602)은 각각 상기 2차 광학 패킷 링(202) 상에서 전파하는 신호를 증폭시키며, 상기 증폭기들의 수는 상기 2차 광학 패킷 링(202)에 접속된 노드들(400)의 수보다 적은, 데이터 송신 시스템. - 제 3 항에 있어서,
각각이 상기 메인 광학 패킷 링(201)의 하나의 패킷 송신 채널을 전달하는 복수의 제 1 광학 섬유들(403), 및
상기 제 1 광학 섬유들(403)에 위치된 복수의 증폭기들(620)로서, 각각 상기 메인 광학 패킷 링(201)의 패킷 송신 채널에 대응하는 신호를 증폭하는, 상기 복수의 증폭기들(602)을 추가로 포함하는, 데이터 송신 시스템. - 제 1 항에 있어서,
2차 광학 패킷 링(202)에 접속된 상기 노드들(400)은 상기 메인 광학 패킷 링(201)에 결합된 공통 제어 유닛(610)을 갖고, 상기 공통 제어 유닛(610)은 상기 메인 광학 패킷 링(201)에 결합된 제 1 광학 패킷 차단기들(605)을 선택적으로 제어하도록 구성되며, 상기 제 1 광학 패킷 차단기들(605)은 상기 메인 광학 패킷 링(201) 상에서 이동하는 광학 패킷들을 선택적으로 차단하거나 통과시키는, 데이터 송신 시스템. - 데이터 송신 시스템(200)에서 네트워크 노드들을 상호접속시키는 방법에 있어서:
- 복수의 분리된 패킷 송신 채널들을 포함하는 투명한 메인 광학 패킷 링(201)을 제공하는 단계;
- 복수의 투명한 2차 광학 패킷 링들(202)을 제공하는 단계로서, 상기 2차 광학 패킷 링들(202) 각각은 복수의 노드들(400)을 포함하는, 상기 제공하는 단계; 및
- 상기 메인 광학 패킷 링(201)의 상기 패킷 송신 채널들 각각을 각각의 2차 광학 패킷 링(202)의 상이한 노드에 접속시킴으로써 상기 메인 광학 패킷 링을 통해 상기 복수의 2차 광학 패킷 링들(202)을 각각 상호접속시키는 단계를 포함하고;
각 노드(400)는:
- 상기 메인 광학 패킷 링(201)의 패킷 송신 채널에 각각 접속된 제 1 송신기 유닛(401)과 제 1 수신기 유닛(402),
- 상기 2차 광학 패킷 링(202)에 각각 접속된 제 2 송신기 유닛(404)과 제 2 수신기 유닛(405), 및
- 적어도 하나의 데이터 처리 유닛(408)에 접속가능한 데이터 인터페이스(407), 및
- 상기 제 1 송신기 유닛(401), 상기 제 1 수신기 유닛(402), 상기 제 2 송신기 유닛(404), 상기 제 2 수신기 유닛(405) 및 상기 데이터 인터페이스(407)에 접속된 스위칭 유닛(409)을 포함하고, 상기 스위칭 유닛(409)은 상기 제 1 수신기 유닛(402) 또는 상기 제 2 수신기 유닛(405)과 상기 제 1 송신기 유닛(401) 또는 상기 제 2 송신기 유닛(404) 사이에, 또는 상기 제 1 수신기 유닛(402), 상기 제 2 수신기 유닛(405), 상기 제 1 송신기 유닛(401), 또는 상기 제 2 송신기 유닛(404) 중 하나와 상기 데이터 인터페이스(407) 사이에 접속 경로들을 선택적으로 확립하는, 네트워크 노드들을 상호접속시키는 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 메인 광학 패킷 링(201)의 패킷 송신 채널 상의 목적지 노드(400)로 어드레스된 광학 데이터 패킷을 제 1 노드(400)로 송신하는 단계로서, 상기 목적지 노드(400)는 상기 데이터 패킷을 전달하는 상기 패킷 송신 채널에 접속되지 않는, 상기 송신하는 단계; 및 2차 광학 패킷 링(202)을 통해 상기 제 1 노드(400)로부터 상기 수신된 광학 데이터 패킷을 상기 목적지 노드(400)로 전달하는 단계로서, 상기 2차 광학 패킷 링(202)은 상기 제 1 노드(400)와 상기 목적지 노드(400)를 상호접속시키는, 상기 전달하는 단계, 또는
2차 광학 패킷 링(202)을 따라 소스 노드(400)로부터 광학 데이터 패킷을 제 2 노드(400)로 송신하는 단계로서, 상기 2차 광학 패킷 링(202)은 상기 소스 노드(400)와 상기 제 2 노드(400)를 상호접속시키는, 상기 송신하는 단계; 및 상기 제 2 노드(400)로부터 상기 수신된 광학 데이터 패킷을 상기 메인 광학 패킷 링(201)의 패킷 송신 채널 상의 상기 수신된 광학 데이터 패킷의 목적지로 전달하는 단계를 추가로 포함하는, 네트워크 노드들을 상호접속시키는 방법. - 제 13 항에 있어서,
제어 정보는 상기 광학 데이터 패킷들과 동기하여 상기 메인 광학 패킷 링(201) 및/또는 상기 2차 광학 패킷 링들(202)을 통해 전파하는, 네트워크 노드들을 상호접속시키는 방법.
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