Dragonfly全光数据中心网络的业务部署方法、系统及光通道技术方案

本发明专利技术涉及一种Dragonfly全光数据中心网络的业务部署方法、系统及光系统，包括以下步骤：构建全光数据中心网络；获取业务需求，基于全光中心网络生成需要部署的业务序列；使用光电光算法对业务序列进行部署，包括：当组间业务阻塞时，先计算最终部署时间，然后扫描源服务器和目标服务器所在组外的所有波长选择开关，得到波长选择开关连接的所有ToR，在ToR上先进行信号的接收，然后调用发射器进行再发射；遍历ToR，计算源服务器到中间级ToR的最短路由r1和中间级ToR到目标服务器的最短路由r2，记录以r1和r2作为新路由下的最终部署时间；选取最终部署时间最早的路由进行业务部署。其具有低延迟、大端口规模大、端口配置灵活和低能耗的优点。和低能耗的优点。和低能耗的优点。

【技术实现步骤摘要】
Dragonfly全光数据中心网络的业务部署方法、系统及光通道


[0001]本专利技术涉及光通信
，尤其是指一种Dragonfly全光数据中心网络的业务部署方法、系统及光系统。

技术介绍

[0002]随着物联网、车联网、虚拟现实和增强现实等资源密集和时延敏感型新兴应用的发展，数据中心的流量呈爆炸式增长，这对数据中心的存储、处理和通信提出了更高的要求。高性能计算是一种联合多个服务器来完成计算密集型任务的应用类型，但随着高性能计算技术正处于从100P级向E级跨越发展的关键阶段，其网络连接方式是重点的研究方向。研究也表明，高速互连网络是高性能计算系统和数据中心的重要组成部分，决定了网络性能的上限。为此，研究人员研究了基于电交换和光交换的各类网络，并在此网络上进行业务部署。
[0003]基于电交换的Fat tree架构是最早的高性能互连网络拓扑，继承了蝶形结构网络直径低的优点，并且可以有效避免蝶形网络路径唯一和负载不均衡等缺点。C
‑
Through架构则是一种光电混合的高性能互连网络，在此拓扑中使用电子开关来处理基于分组的数据，同时使用MEMS开关对有大带宽需求的数据进行传输。OSA拓扑则是一种全光互连结构，可以通过配置MEMS、WSS和ToR等器件实现拓扑的建立和重构。Kim等人提出的Dragonfly结构则是大规模、低直经高性能计算网络的典型代表，通过将一定量的路由器虚拟成组，可以更好的利用高基路由器的端口多样性。
[0004]诸如Fat tree的电交换网络的扩展规模在理论上受限于核心层交换机的端口数目，不能很好的支持One
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to
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All及All
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to
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All网络通信模式，不利于部署高性能分布式业务。诸如C
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Through这样使用单个光互连器件的拓扑，其可拓展性有限，且MEMS交换机会造成重构延迟。此外，为了优化电交换系统和光交换系统的混合使用，需要复杂的实时流量管理。OSA架构使用多种光交换器件，但是仍然使用MEMS交换机作为顶层交换机，并且没有电交换去平缓延迟敏感性业务的需求。总的来说，基于电交换的互连网络具有很高的交换灵活性，但是其容量低、可扩展性差和能耗高等缺点无法满足高性能计算需求。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中基于电交换的互连网络的容量低、可扩展性差和能耗高的技术缺陷。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种Dragonfly全光数据中心网络的业务部署方法，包括以下步骤：
[0007]S1、构建全光数据中心网络；
[0008]S2、获取业务需求，基于全光中心网络生成需要部署的业务序列；
[0009]S3、使用光电光算法对业务序列进行部署，包括：
[0010]当组内业务和组间不阻塞业务时，使用迪杰斯特拉算法和端口感知进行部署；
[0011]当组间业务阻塞时，先计算最终部署时间，然后扫描源服务器s和目标服务器d所在组外的所有波长选择开关，得到波长选择开关连接的所有ToR，在ToR上先进行信号的接收，然后调用发射器进行再发射；
[0012]遍历ToR，计算源服务器s到中间级ToR的最短路由r1和中间级ToR到目标服务器d的最短路由r2，记录以r1和r2作为新路由下的最终部署时间；
[0013]选取最终部署时间最早的路由进行业务部署，其中，ToR为机架顶部。
[0014]作为优选的，所述S1包括：
[0015]所述全光数据中心网络包括服务器和全光交换机，每个交换机由N个1
×
N WSS组成的N
×
N WSS，其中，WSS表示波长选择开关，1
×
N WSS表示包含一个入口端和N个出口端的WSS；
[0016]在每个N
×
N WSS中，有p个端口直接连接到服务器，a
‑
1个端口连接到其他WSS，并形成具有a个WSS的组，其余的h个端口连接到其他不同组的WSS，其中，p+a
‑
1+h＝N；
[0017]每个WSS端口只连接到一个服务器，每个服务器能够配置多个可调谐光收发机。
[0018]作为优选的，所述S2包括：
[0019]获取一组高性能计算业务需求，每个业务需求表示为(s,d,T,r,t)；
[0020]其中，s表示源服务器，d表示目标服务器，T表示业务传输所需的时间，t表示业务开始调度部署的时间，以时隙作为时间的测量单位，所有数据随机生成，r表示业务的初始路由。
[0021]作为优选的，所述S3包括：
[0022]S31、根据迪杰斯特拉算法得到源服务器s和目标服务器d的最短路由r，并设置flag＝0，其中，flag用于标记算法过程中是否考虑tf约束；
[0023]S32、业务调度开始时间最初默认为业务到来时间；判断时隙t时，收发机是否都可用，若不可用则设置t＝t+1，并记录业务收发机的第一次可用时间tf；
[0024]S33、扫描之前已建立的业务，得到与当前业务所经过的路由有关的端口的最终波长配置集Wu，在当前业务的可用波长集中去掉最终波长配置集Wu以更新可用波长集；
[0025]对于组间业务，当flag＝0时，根据tf约束再次更新可用波长集；其中，tf约束为：当t
‑
tf>T/W时，可用波长集取空，根据最少使用的原则进行波长的选择，其中，W为单条链路的最大可用波长；当找不到可用波长，则更新t＝t+1，flag＝1；
[0026]S34、扫描最短路由r经过的WSS端口的配置信息，根据端口间是否配置过波长的方法，确定是否需要重新配置；
[0027]若需要重配，求出重配后WSS端口的最早可用时隙tθ，设置t＝tθ，并返回步骤S32；若不要重配，则记录此路由下的信息，直接部署业务；
[0028]S35、对于flag＝1且为组间的服务需求，扫描得到不在源服务器s和目标服务器d所在组中的所有WSS，遍历所有的中间级WSS所连接的ToR；
[0029]根据迪杰斯特拉算法，计算源服务器s到中间级ToR的路由r1，中间级ToR到d的路由r2，查看此时是否有连续的r1和r2对应的调度时间数据相同；若没有，则更新t＝t+1，将r分别更新为r1和r2，并带入步骤S32，记录在中间级加入光电光转换后，不同路由下的调度时间；若存在，则此次中间级遍历结束；
[0030]比较不同中间级引入光电光下的业务开始调度时隙t，选择最小值对应的路由和
波长进行业务部署：当最小值与最初的记录相同时，表明业务不需要进行光电光操作，直接以源服务器s和目标服务器d的最短路由进行光通道的建立。
[0031]作为优选的，所述S3中，对于每一个业务序列，默认业务开始调度部署的时间为业务到达时隙，并扫描在接下来的T个连续TSs中全光数据中心网络是否本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Dragonfly全光数据中心网络的业务部署方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建全光数据中心网络；S2、获取业务需求，基于全光中心网络生成需要部署的业务序列；S3、使用光电光算法对业务序列进行部署，包括：当组内业务和组间不阻塞业务时，使用迪杰斯特拉算法和端口感知进行部署；当组间业务阻塞时，先计算最终部署时间，然后扫描源服务器s和目标服务器d所在组外的所有波长选择开关，得到波长选择开关连接的所有ToR，在ToR上先进行信号的接收，然后调用发射器进行再发射；遍历ToR，计算源服务器s到中间级ToR的最短路由r1和中间级ToR到目标服务器d的最短路由r2，记录以r1和r2作为新路由下的最终部署时间；选取最终部署时间最早的路由进行业务部署，其中，ToR为机架顶部。2.根据权利要求1所述的Dragonfly全光数据中心网络的业务部署方法，其特征在于，所述S1包括：所述全光数据中心网络包括服务器和全光交换机，每个交换机由N个1
×
N WSS组成的N
×
N WSS，其中，WSS表示波长选择开关，1
×
N WSS表示包含一个入口端和N个出口端的WSS；在每个N
×
N WSS中，有p个端口直接连接到服务器，a
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1个端口连接到其他WSS，并形成具有a个WSS的组，其余的h个端口连接到其他不同组的WSS，其中，p+a
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1+h＝N；每个WSS端口只连接到一个服务器，每个服务器能够配置多个可调谐光收发机。3.根据权利要求2所述的Dragonfly全光数据中心网络的业务部署方法，其特征在于，所述S2包括：获取一组高性能计算业务需求，每个业务需求表示为(s,d,T,r,t)；其中，s表示源服务器，d表示目标服务器，T表示业务传输所需的时间，t表示业务开始调度部署的时间，以时隙作为时间的测量单位，所有数据随机生成，r表示业务的初始路由。4.根据权利要求3所述的Dragonfly全光数据中心网络的业务部署方法，其特征在于，所述S3包括：S31、根据迪杰斯特拉算法得到源服务器s和目标服务器d的最短路由r，并设置flag＝0，其中，flag用于标记算法过程中是否考虑tf约束；S32、业务调度开始时间最初默认为业务到来时间；判断时隙t时，收发机是否都可用，若不可用则设置t＝t+1，并记录业务收发机的第一次可用时间tf；S33、扫描之前已建立的业务，得到与当前业务所经过的路由有关的端口的最终波长配置集Wu，在当前业务的可用波长集中去掉最终波长配置集Wu以更新可用波长集；对于组间业务，当flag＝0时，根据tf约束再次更新可用波长集；其中，tf约束为：当t
‑
tf>T/W时，可用波长集取空，根据最少使用的原则进行波长的选择，其中，W为单条链路的最大可用波长；当找不到可用波长，则更新t＝t+1，flag＝1；S34、扫描最短路由r经过的WSS端口的配置信息，根据端口间是否配置过波长的方法，确定是否需要重新配置；若需...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泳成，孟二帅，沈纲祥，张金胜，张登巍，冯丽彬，王智浩，李鑫，
申请(专利权)人：苏州鼎芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：