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数据中心内全光交换结构设计 015034910043缪馨 目录 课题研究背景光互连技术总体结构设计仿真结果总结 数据中心全光互连研究背景 典型数据中心架构主要缺点 高能耗大量通信链路多次存储 转发引起时延 数据中心全光互连研究背景 流媒体 社交网络 云计算 高带宽需求业务数据中心新要求 高带宽低时延低能耗 降低运维成本 光互连1 广泛应用于长距离通信网络 WAN MAN 高带宽 低时延2 作为数据中心网络的解决方案 光电结合VS全光互连 能耗 可扩展性 光互连技术 光交换矩阵通过将基本的光开关单元组合起来可以构成大规模的光交换矩阵 常见交换矩阵 Crossbar交换矩阵 Clos交换矩阵 Spanke交换矩阵 光交换矩阵 a crossbar b clos c spanke 光互连技术 光交换器件AWGR 阵列波导光栅路由器 特定波长光信号循环方式到达任意输出端口 WSS 波长选择开关 划分到来的波长集合到不同端口 SOA 半导体光放大器 交换时间短 能耗低 激活控制 实现光交换开关结构 MEMS 通过反射和折射控制光强和方向 通过衍射或干涉调整光的相位 实现开关功能 光互连技术 基于MEMS的光交换结构 当前商用全光交换结构常用技术轻松升级到40Gbps 100Gbps或更高速度交换机重配置时间过长 端口配置时间20ms 插入损耗较大 自由空间传播 可扩展性问题 传播距离增大 损耗增大 基于AWGR和SOA的光交换器 超高带宽纳秒级交换速度较低的能耗设计时只需考虑可扩展性和时延 基于 和 的分布式全光互连架构 完整系统架构 基于 和 的分布式全光互连架构 DCM结构 基于 和 的分布式全光互连架构 模块化可扩展性分布式控制光分组交换 OPS Features 仿真 OPNET一个网络仿真技术软件包 它能够准确的分析复杂网络的性能和行为 它是利用统计分析以及数学建模的方式模拟实际网络的一种平台 使得网络设计者能够从中获取网络特性相关的一些参数 OPNETModeler能够将比较复杂的系统通过层次化以及模块化的建模方式分解成不同的层次结构 每层实现系统的一部分功能 其中 每一层又经由多个不同的模块组成 由这些小模块来完成更细微的工作 阻塞率和时延在不同系统规模下与负载的关系 分析 业务负载增大 业务阻塞率和端到端平均时延都有所增加 但是随着系统规模的增大 阻塞率和端到端平均时延均有所改善 这主要是因为随着系统规模的增大 核心交换结构中拥有了更多的通信信道 仿真 总结 仿真结论 基于AWGR和SOA的光互连架构具备处理数据中心流量负载的能力 并能提供较高的吞吐率和纳秒级的时延 随着系统规模的增大 系统的阻塞率和端到端平均时延得到改善 这证明了系统具备较高的可扩展能力 问题与改进 对于不同交换采用不同
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