基于AWGR的OCS/EPS数据中心光电混合网络
发布时间：2021-02-12 02:15
随着云计算和大数据应用技术的发展,数据中心的数量和规模迅速发展,为了满足服务器之间大规模数据流动的需求,数据中心网络的通信能力面临巨大的挑战.传统数据中心中,网络的路由交换设备一般仅采用电域交换技术,电域交换技术虽然可以快速地、灵活地切换数据包的传输路径,但其本身存在通信带宽低、交换容量有限、高能耗等缺点.为了提高数据中心网络的性能、降低网络的能耗,最近的研究提出了若干基于慢速路径切换光器件的光电混合网络结构.它们通常只能将小部分数据量非常大的网络流放在高带宽的光网络上传输,其他的网络流仍然需要电域网络传输.随着快速可调波长激光器以及光波长路由器件的成熟,使光电混合网络结构灵活应对动态、多样的流量模式成为可能.该文基于快速可调波长激光器TWC（Tunable Wavelength Converters）和光波长路由器AWGR（Arrayed-Waveguide Grating Router）,首次提出了一种OCS（Optical Circuit Switching）/EPS（Electrical Packet Switching）光电混合网络结构Ace-net.在文中详细描述了光电混合...
【文章来源】：计算机学报. 2016,39(09)北大核心
【文章页数】：15 页
【图文】：
图２ｃ－Ｔｈｒｏｕｇｈ拓扑结构Ｈｅｌｉｏｓ是为模块化的数据中心设计的一种光电
换机中使用ＴＭ（ＴｏｐｏｌｏｇｙＭａｎａｇｅｒ）模块统计两个业务单元之间的流量需求和连接数，形成一个流量需求矩阵；使用Ｅｄｍｏｎｄｓ算法计算出最优的光链路连接关系后，光交换机管理模块ＣＳＭ（ＣｉｒｃｕｉｔＳｗｉｔｃｈＭａｎａｇｅｒ）在ＰｏＤ之间建立光链路；最后通过接入层交换机控制软件ＰＳＭ（ＰｏＤＳｗｉｔｃｈＭａｎａｇｅｒ）在交换机中修改路由关系．Ｈｅｌｉｏｓ与ｃ－Ｔｈｒｏｕｇｈ存在相似的问题，整个配置流程需要数百毫秒的时间，网络缺乏灵活性．图３Ｈｅｌｉｏｓ拓扑结构ＯＳＡ是一种使用ＷＳＳ和ＯＳＭ光交换机在一个ＰｏＤ内的机柜之间构建的多跳光网络结构，其结构如图４所示．它利用光线路交换的方式，将网络根据流量的特征重构成直连网络拓扑结构，数据包从源端点到目的端点需要经过多跳步．通过使用ＷＳＳ来配置不同波长的光线，其连接的每条链路的带宽可以动态的调节．它周期性地收集机柜间网络的需求信息，并根据这些信息将拓扑的计算转换成一个求解带权值的ｂ－ｍａｔｃｈｉｎｇ问题，然后通过控制ＯＳＭ光交换机和ＷＳＳ光器件重新配置拓扑并为链路分配带宽．ＯＳＡ结构同样缺乏灵活性和普适性，配置一次的时间需要数百毫秒的时间，仍然需要稳定、持续的网络流的支持．ＤＯＳ［２１］是一种基于ＡＷＧＲ光路由器件的全光域包交换ＯＰＳ（ＯｐｔｉｃａｌＰａｃｋｅｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）网络结构，它只在ＴｏＲ交换机中采用了电域交换，而上层网络采用全光域互连，如图５所示．每一个ＴｏＲ交换机通过ＴＷＣ连接到ＡＷＧＲ光路由器的一个端口，在
路由器的端口数．ＮＴＴ的研究人员展示了使用４００个通道４００×４００的ＡＷＧＲ路由器，覆盖的波长范围为１５３０ｎｍ至１６１０ｎｍ［２２］，而５１２×５１２端口的ＡＷＧＲ光器件已经流片成功［１３］；如果一个机柜内放置４０～６０台服务器，那么使用一个ＡＷＧＲ光路由器的混合网络系统最多可以实现３万多台服务器的互连，完全满足一个超大规模数据中心的需求．因此我们假设５１２×５１２端口的ＡＷＧＲ已经完全满足我们的扩展性需求．图６Ａｃｅ－ｎｅｔ网络拓扑结构示意图图６展示了Ａｃｅ－ｎｅｔ网络结构的一个简单例子，它使用传统的三层树形电域网络作为基础网络，使用单层的光域网络作为拓展网络．每一个ＴｏＲ交换机有一个连接到上层电域交换机的电域端口；同时它有一个光域端口，端口的发送链路通过ＴＷＣ光器件连接到ＯＣＡ器件的发送端（Ｔｘ），端口的接收链路连接到ＯＣＡ器件的接收端（Ｒｘ）．Ａｃｅ－ｎｅｔ中使用一个快速仲裁控制系统对混合网络进行控制，它主要完成如下几个工作：（１）收集服务器的通信需求信息，用来作为光线路配置的依据；（２）根据收集到的通信需求信息，决定光线路的调度配置；（３）控制ＴＷＣ光器件和ＴｏＲ交换机，在机柜之间建立光线路；（４）控制每台服务器开始或者停止网络数据的发送．仲裁控制系统在逻辑上包含３个部分：网络流量测量模块、仲裁控制模块和流量分配控制模块．４．２网络流量测量Ａｃｅ－ｎｅｔ根据机柜之间对网络资源的需求，在两个机柜之间建立一条光链路来传输数据量较大的网络流，需要对服务
【参考文献】：
期刊论文
[1]现代数据中心网络特征研究[J]. 邓罡,龚正虎,王宏. 计算机研究与发展. 2014(02)
本文编号：3030088
【文章来源】：计算机学报. 2016,39(09)北大核心
【文章页数】：15 页
【图文】：
图２ｃ－Ｔｈｒｏｕｇｈ拓扑结构Ｈｅｌｉｏｓ是为模块化的数据中心设计的一种光电
换机中使用ＴＭ（ＴｏｐｏｌｏｇｙＭａｎａｇｅｒ）模块统计两个业务单元之间的流量需求和连接数，形成一个流量需求矩阵；使用Ｅｄｍｏｎｄｓ算法计算出最优的光链路连接关系后，光交换机管理模块ＣＳＭ（ＣｉｒｃｕｉｔＳｗｉｔｃｈＭａｎａｇｅｒ）在ＰｏＤ之间建立光链路；最后通过接入层交换机控制软件ＰＳＭ（ＰｏＤＳｗｉｔｃｈＭａｎａｇｅｒ）在交换机中修改路由关系．Ｈｅｌｉｏｓ与ｃ－Ｔｈｒｏｕｇｈ存在相似的问题，整个配置流程需要数百毫秒的时间，网络缺乏灵活性．图３Ｈｅｌｉｏｓ拓扑结构ＯＳＡ是一种使用ＷＳＳ和ＯＳＭ光交换机在一个ＰｏＤ内的机柜之间构建的多跳光网络结构，其结构如图４所示．它利用光线路交换的方式，将网络根据流量的特征重构成直连网络拓扑结构，数据包从源端点到目的端点需要经过多跳步．通过使用ＷＳＳ来配置不同波长的光线，其连接的每条链路的带宽可以动态的调节．它周期性地收集机柜间网络的需求信息，并根据这些信息将拓扑的计算转换成一个求解带权值的ｂ－ｍａｔｃｈｉｎｇ问题，然后通过控制ＯＳＭ光交换机和ＷＳＳ光器件重新配置拓扑并为链路分配带宽．ＯＳＡ结构同样缺乏灵活性和普适性，配置一次的时间需要数百毫秒的时间，仍然需要稳定、持续的网络流的支持．ＤＯＳ［２１］是一种基于ＡＷＧＲ光路由器件的全光域包交换ＯＰＳ（ＯｐｔｉｃａｌＰａｃｋｅｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）网络结构，它只在ＴｏＲ交换机中采用了电域交换，而上层网络采用全光域互连，如图５所示．每一个ＴｏＲ交换机通过ＴＷＣ连接到ＡＷＧＲ光路由器的一个端口，在
路由器的端口数．ＮＴＴ的研究人员展示了使用４００个通道４００×４００的ＡＷＧＲ路由器，覆盖的波长范围为１５３０ｎｍ至１６１０ｎｍ［２２］，而５１２×５１２端口的ＡＷＧＲ光器件已经流片成功［１３］；如果一个机柜内放置４０～６０台服务器，那么使用一个ＡＷＧＲ光路由器的混合网络系统最多可以实现３万多台服务器的互连，完全满足一个超大规模数据中心的需求．因此我们假设５１２×５１２端口的ＡＷＧＲ已经完全满足我们的扩展性需求．图６Ａｃｅ－ｎｅｔ网络拓扑结构示意图图６展示了Ａｃｅ－ｎｅｔ网络结构的一个简单例子，它使用传统的三层树形电域网络作为基础网络，使用单层的光域网络作为拓展网络．每一个ＴｏＲ交换机有一个连接到上层电域交换机的电域端口；同时它有一个光域端口，端口的发送链路通过ＴＷＣ光器件连接到ＯＣＡ器件的发送端（Ｔｘ），端口的接收链路连接到ＯＣＡ器件的接收端（Ｒｘ）．Ａｃｅ－ｎｅｔ中使用一个快速仲裁控制系统对混合网络进行控制，它主要完成如下几个工作：（１）收集服务器的通信需求信息，用来作为光线路配置的依据；（２）根据收集到的通信需求信息，决定光线路的调度配置；（３）控制ＴＷＣ光器件和ＴｏＲ交换机，在机柜之间建立光线路；（４）控制每台服务器开始或者停止网络数据的发送．仲裁控制系统在逻辑上包含３个部分：网络流量测量模块、仲裁控制模块和流量分配控制模块．４．２网络流量测量Ａｃｅ－ｎｅｔ根据机柜之间对网络资源的需求，在两个机柜之间建立一条光链路来传输数据量较大的网络流，需要对服务
【参考文献】：
期刊论文
[1]现代数据中心网络特征研究[J]. 邓罡,龚正虎,王宏. 计算机研究与发展. 2014(02)
本文编号：3030088
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