[发明专利]一种支持大规模、全光互连的光交换机

摘要

本发明公开了一种支持大规模、全光互连的光交换机，包括东西南北四个方向接口，每个方向有N个光纤接口，用于光交换机之间互连；还包括：(1)四个完全相同的掺铒光纤放大器(EDFA)，(2)N+1个5:5光纤分束器(5:5splitter)，(3)波分复用器(MUX)，(4)解波分复用器(DEMUX)，(5)光纤耦合器(Coupler)，(6)2个N/2*1波长选择开关(WSS)，2个N*1波长选择开关，(7)M个双向光纤接口(fiber)，与ToR交换机通过光纤进行连接，(8)2(N‑2)个完全相同的1:N光纤分束器(1:N splitter)，(9)控制端口(Console)。基于该光交换机组成的网络可以支持大规模数据中心ToR互连，能够在任意ToR之间建立点到点光链路，降低了网络传输延时，同时也提高了光交换网络的灵活性。

主权项

1.一种支持大规模、全光互连的光交换机，其特征在于，包括四个完全相同的掺铒光纤放大器EDFA，N+1个5:5光纤分束器即5:5splitter，波分复用器MUX，解波分复用器DEMUX，光纤耦合器Coupler，2个N/2*1波长选择开关WSS，2个N*1波长选择开关WSS，M个双向光纤接口fiber，2(N‑2)个完全相同的1:N光纤分束器即1:N splitter，其中N为整数，N由波长选择开关决定，以及控制端口Console；还包括东西南北四个方向接口，每个方向有N个光纤接口，用于光交换机之间互连，N个南方接口分别记为第1南方接口S1、…、第i南方接口Si、…、第N南方接口SN，N个北方接口分别记为第1北方接口N1、…、第i北方接口Ni、…、第N北方接口NN，N个东方接口分别记为第1东方接口E1、…、第i东方接口Ei、…、第N东方接口EN，N个西方接口分别记为第1西方接口W1、…、第i西方接口Wi、…、第N西方接口WN，i为整数，1≤i≤N；包含M个双向光纤接口，与柜顶交换机即ToR交换机通过光纤进行连接，分别记为第1收发接口P1，…，第k接收发接口Pk，…，第M收发接口PM，k为整数，1≤k≤M；四个掺铒光纤放大器分别记为第一掺铒光纤放大器EDFA1、第二掺铒光纤放大器EDFA2、第三掺铒光纤放大器EDFA3、第四掺铒光纤放大器EDFA4；2个N/2*1波长选择开关分别记为第一波长选择开关WSS1、第二波长选择开关WSS2，2个N*1波长选择开关分别记为第三波长选择开关WSS3、第四波长选择开关WSS4；N+1个(5:5)光纤分束器分别记为第1(5:5)光纤分束器、…、第s(5:5)光纤分束器、…、第N(5:5)光纤分束器，第(N+1)(5:5)光纤分束器，1≤s≤N，s为整数，第s(5:5)光纤分束器形式化表示为(5:5)Splitters；2(N‑2)个1:N光纤分束器分别记为第1(1:N)光纤分束器，…，第t(1:N)光纤分束器，…，第2(N‑2)(1:N)光纤分束器,t为整数，1≤t≤2(N‑2)，第t(1:N)光纤分束器形式化表示为(1:N)Splittert；第1到第(N‑2)(1:N)光纤分束器位于南北方向，第n(1:N)光纤分束器的输入端与第n北方接口Nn相连，分光比为N的输出端口与第n+2南方接口Sn+2相连，1≤n≤N‑2，n为整数，n为偶数时，第n(1:N)光纤分束器的分光比为1的输出端口与第四波长选择开关WSS4相连，n为奇数时，第n(1:N)光纤分束器的分光比为1输出端口与第(n+1)/2(5:5)光纤分束器相连，通过第(n+1)/2(5:5)光纤分束器将信号发送到第一波长选择开关WSS1和第三波长选择开关WSS3；第N‑1到第2(N‑2)(1:N)光纤分束器位于东西方向，第(N+n‑2)(1:N)光纤分束器的输入端与第n西方接口Wn相连，分光比为N的输出端口与第n+2东方接口En+2相连，其中n为偶数时，第n(1:N)光纤分束器的分光比为1的输出端口与第四波长选择开关WSS4相连，n为奇数时，第n(1:N)光纤分束器的分光比为1输出端口与第(N+n‑1)/2(5:5)光纤分束器相连，通过第(N+n‑1)/2(5:5)光纤分束器将信号发送到第二波长选择开关WSS2和第三波长选择开关WSS3；波分复用器MUX与第(N+1)(5:5)光纤分束器和外部ToR交换机相连；波分复用器MUX通过M个光纤接口从外部ToR接收到不同波长的光信号，通过波分复用器复用到一根光纤，发送给第(N+1)(5:5)光纤分束器；当1≤s≤N/2‑1时，第s(5:5)光纤分束器与第一波长选择开关、第三波长选择开关和第(2s+1)(1:N)光纤分束器相连；第s(5:5)光纤分束器从第(2s+1)(1:N)光纤分束器接收到分光比为1的光信号，然后等分成2部分，分别发送给第一波长选择开关和第三波长选择开关，用于判断信号是接收或者转发；当s为N/2时，第s(5:5)光纤分束器与第一波长选择开关、第三波长选择开关以及第N‑1北方接口相连，第s(5:5)光纤分束器从第N‑1北方接口接收信号，然后等分成2部分，分别发送给第一波长选择开关和第三波长选择开关，用于判断信号是接收或者转发；当N/2+1≤s≤N‑1时，第s(5:5)光纤分束器与第二波长选择开关、第三波长选择开关和第(2s‑1)(1:N)光纤分束器相连，第s(5:5)光纤分束器从第(2s‑1)(1:N)光纤分束器接收到分光比为1的信号，然后等分成2部分，分别发送给第二波长选择开关和第三波长选择开关，用于判断信号是接收或者转发；当s为N时，第s(5:5)光纤分束器与第二波长选择开关、第三波长选择开关以及第N‑1东方接口相连，第s(5:5)光纤分束器从第N‑1东方接口接收信号，然后等分成2部分，分别发送给第二波长选择开关和第三波长选择开关，用于判断信号是接收或者转发；第(N+1)(5:5)光纤分束器波分复用器MUX、第一掺铒光纤放大器EDFA1、第二掺铒光纤放大器EDFA2相连；第(N+1)(5:5)光纤分束器通过一根光纤从波分复用器MUX接收光信号，经过第(N+1)(5:5)光纤分束器将光信号等分成两部分，分别发送给第一掺铒光纤放大器EDFA1、第二掺铒光纤放大器EDFA2；第一掺铒光纤放大器EDFA1与第(N+1)(5:5)光纤分束器相连，第一掺铒光纤放大器EDFA1从第(N+1)(5:5)光纤分束器接收光信号，将光信号放大，然后发送到南北方向接口；第二掺铒光纤放大器EDFA2与第(N+1)(5:5)光纤分束器相连，第二掺铒光纤放大器EDFA2从第(N+1)(5:5)光纤分束器接收光信号，将光信号放大，然后发送到东西方向接口；第三掺铒光纤放大器EDFA3与第一波长选择开关WSS1相连，第三掺铒光纤放大器EDFA3从第一波长选择开关WSS1接收光信号，将光信号放大，然后发送到南北方向接口；第四掺铒光纤放大器EDFA4与第二波长选择开关WSS2相连，第四掺铒光纤放大器EDFA4从第二波长选择开关WSS2接收光信号，将光信号放大，然后发送到东西方向接口；第一波长选择开关WSS1与第1(5:5)光纤分束器、…、第w1(5:5)光纤分束器、…、第N/2(5:5)光纤分束器，以及第四掺铒光纤放大器EDFA4相连，w1为整数，1≤w1≤N/2；第一波长选择开关WSS1从第1(5:5)光纤分束器、…、第w1(5:5)光纤分束器、…、第N/2(5:5)光纤分束器接收光信号，决定是否将光信号通过第四掺铒光纤放大器EDFA4转发到东西方向；第二波长选择开关WSS2与第(N/2+1)(5:5)光纤分束器、…、第w2(5:5)光纤分束器、…、第N(5:5)光纤分束器，以及第三掺铒光纤放大器EDFA3相连，w2为整数，N/2+1≤w2≤N；第二波长选择开关WSS2从第(N/2+1)(5:5)光纤分束器、…、第w2(5:5)光纤分束器、…、第N(5:5)光纤分束器接收光信号，决定是否将光信号通过第三掺铒光纤放大器EDFA3转发到南北方向；第三波长选择开关WSS3与第1(5:5)光纤分束器、…、第w3(5:5)光纤分束器、…、第N(5:5)光纤分束器，以及光纤耦合器Coupler相连，w3为整数，1≤w3≤N；第三波长选择开关从第1(5:5)光纤分束器、…、第w3(5:5)光纤分束器、…、第N(5:5)光纤分束器接收到同一维度上其他光交换机转发过来的信号，决定是否与其它维度的交换机建立连接，然后将选择的光信号发送给光纤耦合器Coupler；第四波长选择开关WSS4与第2(1:N)光纤分束器、…、第w4(1:N)光纤分束器、…、第2(N‑2)(1:N)光纤分束器的分光比为1的输出端口，以及光纤耦合器Coupler相连，w4为整数，2≤w4≤2(N‑2)，且w4为偶数；第四波长选择开关从第2(1:N)光纤分束器、…、第w4(1:N)光纤分束器、…、第2(N‑2)(1:N)光纤分束器的分光比为1的输出端口接收光信号，决定是否与其它维度的交换机建立连接，然后将选择的光信号发送给光纤耦合器Coupler；光纤耦合器Coupler与第三波长选择开关WSS3、第四波长选择开关WSS4、解波分复用器DEMUX相连；光纤耦合器Coupler从第三波长选择开关WSS3、第四波长选择开关WSS4接收光信号，将光信号耦合到一根光纤，然后将光信号发送给解波分复用器；解波分复用器DEMUX与光纤耦合器Coupler相连，并通过M个光纤接口连接到外部ToR交换机相连；解波分复用器DEMUX从光纤耦合器Coupler接收光信号，将不同的波长信号通过M个光纤接口发送到外部ToR交换机；控制端口与第一波长选择开关WSS1、第二波长选择开关WSS2、第三波长选择开关WSS3、第四波长选择开关WSS4以及外部SDN控制器即软件定义网络控制器相连；通过SDN控制器对光交换机进行配置。