[发明专利]基于阵列波导光栅的多芯多波短距互连网络

说明书

一种基于阵列波导光栅(AWG)的多芯多波短距互连网络，包括N个上层交换机、N个下层交换机和网络中间级，每个上层交换机和下层交换机均有N个CWDM光收发模块，每个上层交换机的N个光收发模块与n个m×1多芯光复用模块相连，每个下层交换机的N个光收发模块与n个1×m多芯光解复用模块相连，所述的网络中间级由n²个r×r多芯多波连线模块构成，上层的多芯光复用模块、下层的多芯光解复用模块与中间级的n²个r×r多芯多波连线模块通过m芯MPO‑MPO光纤跳线连接。本发明互连网络的连线复杂度为O(N²/r)，使用的波长集合为Λ＝{λ₀,…,λ_k‑1}，本发明在减少网络连线复杂度的同时，节约通信窗口的波长资源，增强了基于AWG互连网络的扩展性。

技术领域

本发明涉及光互连网络技术领域，特别是一种基于阵列波导光栅(ArrayedWaveguide Grating，以下简称为AWG)的多芯多波短距互连网络。

背景技术

随着大数据时代的到来，大量涌现出新兴的宽带应用和信息消费，对海量信息的传输、存储和计算提出了新的要求。其中，数据中心扮演着举足轻重的角色，已成为信息化社会的基础设施。网络信息的爆炸式增长，驱动着数据中心的规模朝着超大型的方向发展。传统设备间端口直连的连线方式，使得超大型数据中心交换机之间的缆线连接变得十分复杂。

复杂长缆线会对系统维护造成巨大困难。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，IBM的报告显示，密集线缆会影响机架的散热。思科白皮书指出，连线问题已经影响到系统的扩展性和能耗，而成为业界公认的瓶颈之一。因此，寻求降低连线复杂度的方法以满足不断扩大的数据中心需求，已成为一个重要的研究课题。

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。该种连线方式在实际应用中存在许多问题。首先，无线链路速率与链路带宽需求相差甚远。其次，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。再者，无线站点功耗较高。

(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连线，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就需要O(N²)个波长。面对上万个机架，则需要上亿个波长，因此方案可用性差。

(3)基于阵列波导光栅(AWG)的模块化互连方式

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 AWG互连网络由(N/r)²个r×r 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，在数据中心规模进一步变大时，r×r AWG的端口数r也会跟着变大，从而仍旧会导致扩展性问题：首先，网络需要使用大量波长不同的光端机，系统部署成本变高；其次，端口数大的AWG会产生显著的带内串扰；再者，AWG加工工艺难度变大。

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AWG的多芯多波短距互连网络，进一步提高AWG互连网络的可扩展性。

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，提供一种基于阵列波导光栅的多芯多波短距互连网络，以减少网络连线复杂度，增强基于AWG互连系统的扩展性。

为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案如下：