一種支持大規(guī)模、全光互連的光交換機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其是能支持大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的光交換機。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模越來越大。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) 主要采用樹形網(wǎng)絡(luò)拓撲，面臨超額訂購、網(wǎng)絡(luò)擁塞等問題。近年來，基于光交換機的動態(tài)網(wǎng) 絡(luò)研究增多。光交換機能夠動態(tài)改變網(wǎng)絡(luò)的連接方式，按照需求建立鏈路，極大的減少了網(wǎng) 絡(luò)的部署代價，提升網(wǎng)絡(luò)的性能。
[0003] 目前商用的光交換機主要是基于微電機系統(tǒng)（Micro-electromechanical System，MEMS)和波長選擇開關(guān)(Wave Selection Switch，WSS)的光交換機?；贛EMS的光 交換機在輸入端口和輸出端口之間采用微鏡陣列，陣列中的鏡片通過微機電控制方式在端 口之間任意改變角度來改變光束的傳輸方向，該方式面臨的問題是光交換機端口數(shù)量有 限，不能支持大規(guī)模全光互連網(wǎng)絡(luò)。基于波長選擇開關(guān)和波分復(fù)用技術(shù)光交換機通過WSS波 長選擇開關(guān)來控制網(wǎng)絡(luò)連接方式。美國CoAdna公司采用的基于WSS和波分復(fù)用技術(shù)的光交 換機通過2D_Mesh的方式連接，該方式能夠支持大規(guī)模柜頂交換機(Top of Rack，ToR)互 連，但是在2D-Mesh不同方向上的ToR通信必須經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換進入ToR轉(zhuǎn)發(fā)，不能直接建立點 到點的光鏈路。這種方式增大了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难訒r，同時也限制光交換網(wǎng)絡(luò)的靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種支持大規(guī)模節(jié)點、能 夠在任意ToR之間建立點到點光鏈路的光交換機。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是基于波長選 擇開關(guān)和波分復(fù)用技術(shù)的架構(gòu)，通過在光交換機中增加波長選擇開關(guān)部件，使得任意ToR之 間可以建立一條光鏈路，而無需經(jīng)過ToR轉(zhuǎn)發(fā)。
[0005] 為了實現(xiàn)上述方案，本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0006] 如圖1所示，本發(fā)明支持大規(guī)模全光互連的光交換機包括：（1)四個完全相同的摻 鉺光纖放大器(EDFA)，（2)N+1個5: 5光纖分束器(5: 5splitter)，兩個方向上分光比為5:5， (3)波分復(fù)用器(MUX)，（4)解波分復(fù)用器(DEMUX)，（5)光纖耦合器(Coupler)，（6)2個N/2*l 波長選擇開關(guān)(WSS)，2個N*1波長選擇開關(guān)(WSS)，（7)M個雙向光纖接口（f iber)，（8)2(N-2) 個完全相同的1:N光纖分束器（1:N splitter)，相同方向和垂直方向的分光比為1:N，其中N 為整數(shù)，N由波長選擇開關(guān)決定，（9)控制端口（ Conso 1 e) 〇
[0007] 本發(fā)明支持大規(guī)模全光互連的光交換機包括東西南北四個方向接口，每個方向有 N個光纖接口，用于光交換機之間互連，N個南方接口分別記為第1南方接口 Si、…、第i南方 接口 Si、···、第N南方接口 Sn，N個北方接口分別記為第1北方接口沁、…、第i北方接口Ni、···、 第N北方接口 Nn，N個東方接口分別記為第1東方接口 Ei、…、第i東方接口 Ei、…、第N東方接口 En，N個西方接口分別記為第1西方接口1、…、第i西方接口Wi、···、第N西方接口WN，i為整數(shù)， 1 < i SN;包含Μ個雙向光纖接口，與ToR交換機通過光纖進行連接，分別記為第1收發(fā)接口 ?1，"_，第對妾收發(fā)接口？15，"_，第_夂發(fā)接口？[^為整數(shù)，1^^。
[0008] 四個摻鉺光纖放大器分別記為第一摻鉺光纖放大器EDFAi、第二摻鉺光纖放大器 EDFA2、第三摻鉺光纖放大器EDFA3、第四摻鉺光纖放大器EDFA4。
[0009] 2個N/2*l波長選擇開關(guān)分別記為第一波長選擇開關(guān)WSSi、第二波長選擇開關(guān)WSS2， 2個N*1波長選擇開關(guān)分別記為第三波長選擇開關(guān)WSS 3、第四波長選擇開關(guān)WSS4。
[0010] N+1個（5 : 5)光纖分束器分別記為第1 (5 : 5)光纖分束器、…、第s(5 : 5)光纖分束 器、…、第N(5:5)光纖分束器，第(N+l)(5:5)光纖分束器，1 <S<N，s為整數(shù)，第s(5:5)光纖 分束器形式化表示為(5:5) Spl i tters。
[0011] 2(N-2)個1:N光纖分束器分別記為第1(1:N)光纖分束器，…，第t(l:N)光纖分束 器，…，第2(N-2) (1: N)光纖分束器，t為整數(shù)，1 < t < 2(N-2)，第t(1:N)光纖分束器形式化表 示為(1 :N)Splittert。
[0012] 第1到第(N-2)(1:N)光纖分束器位于南北方向，第n(l:N)光纖分束器的輸入端與 第η北方接口 Nn相連，分光比為N的輸出端口與第n+2南方接口 Sn+2相連，1 < η < N-2，η為整 數(shù)，η為偶數(shù)時，第η(1 :Ν)光纖分束器的分光比為1的輸出端口與第四波長選擇開關(guān)WSS4相 連，η為奇數(shù)時，第η(1 :Ν)光纖分束器的分光比為1輸出端口與第(n+1 )/2(5:5)光纖分束器 相連，通過第(n+l)/2(5:5)光纖分束器將信號發(fā)送到第一波長選擇開關(guān)WSSi和第三波長選 擇開關(guān)WSS 3。
[0013] 第N-1到第2(N-2)(1:N)光纖分束器位于東西方向，第(N+n-2)(l:N)光纖分束器的 輸入端與第η西方接口^相連，分光比為N的輸出端口與第n+2東方接口 En+2相連，其中η為偶 數(shù)時，第η( 1 :Ν)光纖分束器的分光比為1的輸出端口與第四波長選擇開關(guān)WSS4相連，η為奇 數(shù)時，第η(1 :Ν)光纖分束器的分光比為1輸出端口與第(N+n-1 )/2(5:5)光纖分束器相連，通 過第(N+n-1 )/2(5: 5)光纖分束器將信號發(fā)送到第二波長選擇開關(guān)WSS2和第三波長選擇開 關(guān)WSS3〇
[0014] 波分復(fù)用器MUX與第(N+1 )(5:5)光纖分束器和外部ToR交換機相連。在本發(fā)明光交 換機的接收端，波分復(fù)用器MUX通過Μ個光纖接口從外部ToR接收到不同波長的光信號，通過 波分復(fù)用器復(fù)用到一根光纖，發(fā)送給第(N+1) (5:5)光纖分束器。
[0015] 當(dāng)1 < s < N/2-1時，第s (5:5)光纖分束器與第一波長選擇開關(guān)、第三波長選擇開關(guān) 和第(2s+l) (1 :N)光纖分束器相連。第s(5:5)光纖分束器從第(2s+l) (1 :N)光纖分束器接收 到分光比為1的光信號，然后等分成2部分，分別發(fā)送給第一波長選擇開關(guān)和第三波長選擇 開關(guān)，用于判斷信號是接收或者轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)s為N/2時，第s(5:5)光纖分束器與第一波長選擇開 關(guān)、第三波長選擇開關(guān)以及第N-1北方接口相連，第s( 5:5)光纖分束器從第N-1北方接口接 收信號，然后等分成2部分，分別發(fā)送給第一波長選擇開關(guān)和第三波長選擇開關(guān)，用于判斷 信號是接收或者轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)N/2+1 SsSN-l時，第s(5:5)光纖分束器與第二波長選擇開關(guān)、第 三波長選擇開關(guān)和第(2s_l) (1 :N)光纖分束器相連，第s(5:5)光纖分束器從第(2s-l) (1 :N) 光纖分束器接收到分光比為1的信號，然后等分成2部分，分別發(fā)送給第二波長選擇開關(guān)和 第三波長選擇開關(guān)，用于判斷信號是接收或者轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)s為N時，第s(5:5)光纖分束器與第二 波長選擇開關(guān)、第三波長選擇開關(guān)以及第N-1東方接口相連，第s(5: 5)光纖分束器從第N-1 東方接口接收信號，然后等分成2部分，分別發(fā)送給第二波長選擇開關(guān)和第三波長選擇開 關(guān)，用于判斷信號是接收或者轉(zhuǎn)發(fā)。第(N+l)(5:5)光纖分束器波分復(fù)用器MUX、第一摻鉺光 纖放大器EDFAi、第二摻鉺光纖放大器EDFA2相連。第(N+l) (5:5)光纖分束器通過一根光纖從 波分復(fù)用器MUX接收光信號，經(jīng)過第(N+l )(5:5)光纖分束器將光信號等分成兩部分，分別發(fā) 送給第一摻鉺光纖放大器EDFAi、第二摻鉺光纖放大器EDFA2。
[0016] 第一摻鉺光纖放大器EDFAi與第(N+l )(5:5)光纖分束器相連，第一摻鉺光纖放大 器EDFAi從第(N+1) (5 : 5)光纖分束器接收光信號，將光信號放大，然后發(fā)送到南北方向接 口。第二摻鉺光纖放大器EDFA2與第(N+1) (5 : 5)光纖分束器相連，第二摻鉺光纖放大器 EDFA2從第(N+1) (5 :5)光纖分束器接收光信號，將光信號放大，然后發(fā)送到東西方向接口。 第三摻鉺光纖放大器EDFA3與第一波長選擇開關(guān)WSS!相連，第三摻鉺光纖放大器EDFA 3從第 一波長選擇開關(guān)WS&接收光信號，將光信號放大，然后發(fā)送到南北方向接口。第四摻鉺光纖 放大器EDFA4與第二波長選擇開關(guān)WSS2相連，第四摻鉺光纖放大器EDFA4從第二波長選擇開 關(guān)WSS 2接收光信號，將光信號放大，然后發(fā)送到東西方向接口。
[0017]在光交換機的接收端，4個N*1波長選擇開關(guān)接收到外部不同光交換機發(fā)送的不同 波長的光信號，通過控制不同波長光信號的斷開和通過來與其他ToR交換機建立連接。
[0018] 第一波長選擇開關(guān)和第二波長選擇開關(guān)將選擇的信號經(jīng)過摻鉺光纖放大器轉(zhuǎn)發(fā) 到其他方向。
[0019] 第一波長選擇開關(guān)WSSi與第1 (5:5)光纖分束器、…、第wi(5: 5)光纖分束器、…、第 N/2 (5:5)光纖分束器，以及第四摻鉺光纖放大器EDFA4相連，《:為整數(shù)，1 < W1 < N/2。第一波 長選擇開關(guān)WSSi從第1 (5: 5)光纖分束器、…、第wi(5:5)光纖分束器、…、第N/2(5: 5)光纖分 束器接收光信號，決定是否將光信號通過第四摻鉺光纖放大器H)FA4轉(zhuǎn)發(fā)到東西方向。
[0020] 第二波長選擇開關(guān)WSS2與第(N/2+l)(5:5)光纖分束器、…、第W2(5:5)光纖分束 器、…、第N(5:5)光纖分束器，以及第三摻鉺光纖放大器EDFA 3相連，《2為整數(shù)，N/2+1 < W2 < N。第二波長選擇開關(guān)WSS2從第(N/2+1) (5:5)光纖分束器、…、第W2(5:5)光纖分束器、…、第N