數(shù)據中心中光子交換以及控制光子交換的方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請案交叉申請
[0002] 本申請要求2013年8月7日遞交的發(fā)明名稱為"數(shù)據中心中光子交換以及控制 光子交換的方法與系統(tǒng)（SystemandMethodforPhotonicSwitchingandControlling PhotonicSwitchinginaDataCenter)"的第13/961，663號美國專利申請的在線申請優(yōu) 先權，該在先申請的內容以引入的方式并入本文。
技術領域
[0003] 本發(fā)明涉及通信方法與系統(tǒng)，尤其涉及數(shù)據中心中光子交換方法與系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004] 當今數(shù)據中心可能有非常大數(shù)量的服務器。例如，一個數(shù)據中心可能有超過50000 臺服務器。為了將服務器連接至另一個服務器以及外界，數(shù)據中心可以包括核心交換功能 和外圍交換設備。
[0005] -個大數(shù)據中心可能有非常大數(shù)量的互連，其可以作為光纖上的光信號實現(xiàn)。這 些核心互連將大量的外圍交換設備與所述核心交換功能連接。所述核心交換功能可以作為 小數(shù)量的非常大核心電子交換機實現(xiàn)，所述核心電子交換機用作分布式核心交換機操作。 在部分數(shù)據中心中，外圍交換設備直接在服務器內部實現(xiàn)，并且服務器直接與核心交換功 能互連。在其他數(shù)據中心中，服務器與機架（T0R)交換機斷開，所述T0R交換機通過核心互 連與核心交換功能實體連接。

【發(fā)明內容】

[0006] 在實施例中，數(shù)據中心包括分組交換核心和光子交換機。所述光子交換機包括：與 所述分組交換核心光耦合的第一組端口以及用于與多個外圍設備光耦合的第二組端口，其 中所述光子交換機用于連接所述多個外圍設備與所述分組交換核心之間的報文。所述數(shù)據 中心還包括與所述光子交換機耦合的光子交換控制器以及耦合于所述分組交換核心和光 子交換控制器之間的操作管理中心。
[0007] -種控制數(shù)據中心中光子交換機的方法實施例包括：光子交換控制器從操作管理 中心接收第一組件和第二組件之間的第一業(yè)務流的狀態(tài)，其中所述第一業(yè)務流包括所述第 一組件和所述光子交換機之間的第一光鏈路上的第二業(yè)務流，以及所述光子交換機和所述 第二組件之間的第二光鏈路上的第三業(yè)務流，用以生成檢測業(yè)務流。所述方法還包括所述 光子交換控制器根據所述檢測業(yè)務流調整所述光子交換機中的連接，包括增加一個額外的 光鏈路或者刪除一個多余的光鏈路。
[0008] -種控制數(shù)據中心中光子交換機的方法實施例包括獲得外圍設備連通度圖和確 定交換機連通圖。所述方法還包括根據所述外圍設備連通度圖和所述交換機連通圖確定光 子交換機連通性，并且根據所述光子交換機連通性配置光子交換機。
[0009] 上述寬泛地概括了本發(fā)明實施例的特征，以便能夠更好理解以下本發(fā)明詳細描 述。下文將會介紹本發(fā)明各個實施例的額外特征和優(yōu)點，其構成本發(fā)明權利要求的主體部 分。本領域的技術人員應當理解，所公開的概念和特定實施例易被用作修改或設計其他實 現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的的結構或過程的基礎。本領域的技術人員還應當意識到，這種等同 構造不脫離所附權利要求書所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0010] 為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參考下文結合附圖進行的描述，其中：
[0011] 圖1示出了一個數(shù)據中心的實施例；
[0012] 圖2示出了帶有光子交換機的數(shù)據中心的實施例；
[0013] 圖3示出了連接模式的實施例；
[0014] 圖4示出了數(shù)據中心中光子交換機的控制結構的實施例；
[0015] 圖5示出了一天中不同時間對應的流量水平圖；
[0016] 圖6示出了一周中每天對應的流量水平圖；
[0017] 圖7示出了一天中不同時間對應的流量水平圖；
[0018] 圖8示出了不同時間對應的流量水平圖；
[0019] 圖9示出了帶有核心交換故障的數(shù)據中心的實施例；
[0020] 圖10示出了帶有光子交換機以及核心交換故障的數(shù)據中心的實施例；
[0021] 圖11示出了帶有光子交換機以及核心交換故障的數(shù)據中心的附加實施例；
[0022] 圖12示出了帶有光子交換機以及核心交換故障的數(shù)據中心的另一個實施例；
[0023] 圖13示出了帶有核心交換故障的數(shù)據中心的附加實施例；
[0024] 圖14示出了帶有光子交換機以及核心交換故障的數(shù)據中心的附加實施例；
[0025] 圖15示出了帶有光子交換機以及核心交換故障的數(shù)據中心的另一個實施例；
[0026] 圖16示出了帶有光子交換機以及核心交換故障的數(shù)據中心的附加實施例；
[0027] 圖17示出了針對數(shù)據中心中光子交換機的控制結構的另一個實施例；
[0028] 圖18示出了帶有掉電核心交換模塊的數(shù)據中心的實施例；
[0029] 圖19示出了帶有光子交換機以及掉電核心交換模塊的數(shù)據中心的實施例；
[0030] 圖20示出了帶有光子交換機以及測試設備的數(shù)據中心的實施例；
[0031] 圖21示出了數(shù)據中心的另一個實施例；
[0032] 圖22示出了帶有光子交換機以及測試設備的數(shù)據中心的另一個實施例；
[0033] 圖23示出了帶有光子交換機的數(shù)據中心的附加實施例；
[0034] 圖24示出了光子交換結構；
[0035] 圖25不出了微機電系統(tǒng)（MEMS)光子交換機；
[0036] 圖26示出了連接數(shù)據中心中報文的方法實施例；
[0037] 圖27示出了調整數(shù)據中心中鏈路的方法實施例；
[0038] 圖28示出了調整數(shù)據中心中鏈路的另一個方法實施例；
[0039] 圖29示出了為響應組件故障調整數(shù)據中心中鏈路的方法實施例；
[0040] 圖30示出了調整數(shù)據中心中鏈路的附加方法實施例；
[0041] 圖31示出了測試數(shù)據中心中組件的方法實施例；
[0042] 圖32示出了測試數(shù)據中心中組件的方法實施例；
[0043] 圖33示出了控制數(shù)據中心中光子交換機的另一個方法實施例。
[0044] 除非另有指示，否則不同圖中的對應標號和符號通常指代對應部分。繪制各圖是 為了清楚地說明實施例的相關方面，因此未必是按比例繪制的。
【具體實施方式】
[0045] 首先應理解，盡管下文提供一項或多項實施例的說明性實施方案，但所公開的系 統(tǒng)和/或方法可使用任何數(shù)目的技術來實施，無論該技術是當前已知還是現(xiàn)有的。本發(fā)明 決不應限于下文所說明的說明性實施方案、附圖和技術，包括本文所說明并描述的示例性 設計和實施方案，而是可在所附權利要求書的范圍以及其等效物的完整范圍內修改。
[0046] 數(shù)據中心利用外圍設備的大規(guī)模陣列，其中所述外圍設備由多個服務器機架組 成。每臺機架裝有一個機架（TOR)交換機或者統(tǒng)計復用器，其通過高容量鏈路向核心分組 交換機提供復用分組數(shù)據流。在一個例子中，所述高容量鏈路是光鏈路。圖1示出了數(shù)據 中心102。數(shù)據中心102的分組交換核心108包括分組交換機110以及分組交換核心112 的平行陣列。分組交換機110是非常大的分組交換機。分組交換機110也可能包括四個象 限114以及核心分組交換端口 116或者其他類似分區(qū)。
[0047] 鏈路100可以是短距離光纖，將分組交換核心108連接至外圍設備101。鏈路100 以相互關聯(lián)的固定正交連接模式配置，用以提供物理層面連通性的固定圖。所述連接用于 在外圍設備101分配交換容量，并且允許外圍設備101訪問多個交換單元，因此，組件故障 降低容量，但是不會影響外圍設備或者交換機。固定連接結構有可能被改變、擴大、或者修 改。一個數(shù)據中心可能包含2000條40Gb/s的雙向鏈路，所述雙向鏈路可能有80Tb/s或者 lOTB/s的容量。所述鏈路可能會有更大的容量。
[0048] 外圍設備101可以裝配到包含有機架（TOR)交換機120的機架，所述外圍設備101 可以包括中央處理器（CPU) 118、存儲單元122、防火墻負載平衡器124、路由器126以及傳輸 接口 128。TOR交換機120組合機架中各個單元的分組數(shù)據流，并且提供統(tǒng)計復用水平。另 外，TOR交換機120通過高容量短距離光鏈路驅動合成數(shù)據流往返于分組交換核心。在一 個例子中，一個T0R交換機支持48個單元并且有一個10Gb/s的接口。對于CPU118,每個 T0R交換機120可以以48xlOGb/s的速率從處理器中提取數(shù)據，并且以4x40Gb/s的速率給 分組交換核心108提供數(shù)據。這里的帶寬數(shù)據壓縮程度為3:1。存儲單元122、路由器126 以及傳輸接口 128通過網絡連通性或者專用數(shù)據網絡連接至外界104。
[0049] 操作管理中心（0MC) 106監(jiān)管復雜數(shù)據中心的操作、管理以及維護功能。0MC106 可以測量流量容量。例如，0MC106測量外圍設備101和分組交換核心108之間的流量鏈 路阻塞時間和頻率。另外，0MC106測量哪條鏈路具有維護功能。
[0050] 圖1只示出了外圍設備的幾臺機架以及外圍設備101和分組交換核心108之間的 相對較少的鏈路。然而，可能會存在更多的外圍設備和鏈路。例如，數(shù)據中心的吞吐量可能 是80Tb/s，配有2000條連接至分組交換核心108的40Gb/s鏈路，以及2000條從分組交換 核心108至外圍設備101的40Gb/s鏈路。一個數(shù)據中心可以有500或者更多的外圍設備 機架。一個更大的lPb/s的數(shù)據中心可以有25000條雙向鏈路連接至中央交換復合體，配 有6000或者更多的外圍設備機架。
[0051] 來自外圍設備101的流量在分組交換機110平行分配。因為外圍設備101的負荷 在分組交換核心108分配，所以部分結構故障不會影響外圍設備。η個大分組交換機中的一 個交換機的故障會將每個外圍設備可得的總交換容量降低至（η-1)/η。例如，當η= 4時， 所述交換容量減少25%。
[0052] 圖2示出了數(shù)據中心130,其包含分組交換核心108與所述核心分組交換端口之間 的低損耗光子交換機132。光子交換機132用于調整外圍設備101與分組交換核心108之 間的鏈路。光子交換機132可以是非常大的光子交換機，例如有2000個或者更多的端口。 一個非常大的光子交換機可以是一個多級交換機，所述多級交換機由幾百個端口的小結構 組成，每個端口都是多種可能架構中的一種。在一個例子中，所述光子交換機132是一個無 阻塞光子交換機。在另一個例子中，所述光子交換機132是一個可重排無阻塞光子交換機。 部分或者所有核心分組交換端口 116都可能連接至光子交換機132。在一個例子中，光子交 換機132有目前尚未使用的額外端口容量。光子交換機132建立外圍設備101與分組交換 核心108之間的連接模式，并且使得這種連接模式動態(tài)變化。因此，外圍設備的物理端口與 交換機的物理端口之間的聯(lián)系并非固定。鏈路138連接外圍設備101和光子交換機132,然 而鏈路139連接光子交換機132與分組交換核心108。
[0053] 光子交換控制器134控制0MC136控制下的光子交換機132的光子交換機交叉連 接。0MC136從分組交換核心108和外圍設備101接收關于設備功能、流量水平以及組件或 者鏈路是正常工作還是出現(xiàn)故障的告警和狀態(tài)報告。另外，0MC136收集實時流量使用情 況，以及外圍設備101和分組交換核心108之間的鏈路的鏈路功能數(shù)據。
[0054] 在一個例子中，0MC136將收集的數(shù)據傳遞給光子交換控制器134。在另一個例子 中，光子交換控制器134直接收集流量數(shù)據。在這兩個例子中，光子交換控制器134處理收 集的數(shù)據并且基于計算結果操作光子交換機。所述處理取決于已實現(xiàn)的應用程