基于AWGR的光电混合数据中心网络架构设计

随着云计算需求与服务器数量的不断增长,数据中心网络(data center network,DCN)面临可扩展性、低成本、低能耗、高带宽等一系列挑战。提出了一种基于阵列波导光栅路由器(arrayed waveguide grating router,AWGR)的光电混合数据中心网络架构。该混合架构由AWGR提供大容量光波长路由,由电分组交换机提供突发分组交换,同时满足大象流量和老鼠流量的需求。AWGR是无源光器件,将有效降低网络能耗,提高网络可靠性,与光电路交换机相比,可降低配置时间延迟。分析了在架顶交换机上分别采用全固定波长激光器(方案1)、混合固定波长激光器和波长可调谐激光器(方案2)、全波长可调谐激光器作为光源(方案3)的3种架构方案。对3种架构方案的成本和能耗进行了数值分析和计算,同时对网络性能进行了理论分析与仿真。成本和能耗数值分析结果显示:3种架构方案的成本与能耗随着服务器数量的增加不断增长,方案3增长的速度最快,方案1增长的速度最慢,方案2介于两者之间。网络性能仿真结果显示:在不同网络负载情况下,方案2架构的网络吞吐量和波长请求阻塞率与方案3接近,远高于方案1,因此混合固定波长激光器与波长可调谐激光器的方案2具备较好的性价比。

光电混合数据中心的流量分级分类调度研究

光电混合数据中心中的电分组交换可以灵活交换突发小流量但不能有效传输持续时间长的大流量,而光路交换正好相反。为此,在基于阵列波导光栅路由器(arrayed waveguide grating router,AWGR)的光电混合数据中心网络中,提出一种采用主动队列检测的流量分级分类调度策略,由电交换和光路交换共同实现大小流量的有效调度。根据数据中心的流量模型设计了仿真实验,分析了不同流量模型下各架构的平均时延和吞吐量。结果表明,和带宽收敛比为1:1的树型、Fat-tree型和C-Through型相比,随机流量模型下AWGR模型的吞吐量增幅达19.43%,时延降幅达45.73%。点对点流量模型下,随着K从1增大到4,相比于其它3种模型,AWGR模型的吞吐量降幅和时延增幅最低,分别为2.85%和46.98%。说明所提设计方案能有效地提高数据中心吞吐量和降低时延。