数据中心内全光交换结构

1、数据中心内全光交换结构设计数据中心内全光交换结构设计 015034910043 015034910043 缪馨缪馨 目录目录 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数据中心全光互连研究背景 典型数据中心架构典型数据中心架构 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数据中心全光互连研究背景 流媒体、社交网络、云计算流媒体、社交网络、云计算高带宽需求业务高带宽需求业务 数据中心新要求:高带宽 低时延 低能耗（降低运维成本） 光互连光互连 1.广泛应用于长距离通信网络（WANMAN) 高带宽、低时延 2.作为数据中

2、心网络的解决方案 光电结合 VS 全光互连 （能耗、可扩展性） 光互连技术光互连技术 光交换矩阵光交换矩阵 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 光交换矩阵光交换矩阵 a.crossbar b.clos c.spanke 光互连技术光互连技术 光交换器件光交换器件 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

3、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。 光互连技术光互连技术 基于基于MEMSMEMS的光交换结构：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) 基于基于AWGRAWGR和和SOASOA的光交换器：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基于和的分布式全光互连架构 完整系统架构：完整系统架构： 基于和的分布式全光互连架构基于和的分布

4、式全光互连架构 DCM 结构：结构： 基于和的分布式全光互连架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。 OPNET Modeler 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。 建立网络域模型 建立节点模型 建立进程模型 阻塞率和时延在不同系统规模下与负载的关系 分析：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。 仿真仿真 总结总结 仿真结论：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。 问题与改进问题与改进: 对于不同