基于空分复用的全光互联数据中心网络关键技术研究

As an important carrier providing the capacity of information storing and processing, data center is the core infrastructure to support the development of information industry in our country. With the rapid increase of network users and emergence of new network business, traditional intra-data center networks (DCNs) based on electrical interconnection are met with technical bottlenecks inevitably in terms of throughput, energy efficiency and flexibility. Due to the advantages of larger capacity, higher energy efficiency and higher flexibility, optical space-division multiplexing (SDM) confirms well with the demand of future data center network, and thus it is hopeful to be used to break through the bottlenecks of large-scale intra-DCNs. In this context, we propose the all-optical interconnection intra-DCN based on SDM and focus on the investigation of several relative issues, such as the design of network topology and node structure, the mode control mechanism adapted to the intra-DCNs characteristics, and the strategy of global service response and resource scheduling with the Utility-based scheme. The research mentioned above will provide important theoretical and technical references for the development and application of future DCNs.

数据中心作为提供信息存储和信息处理能力的重要载体，是支撑我国信息产业发展的重要基础设施。随着用户数的增加和新型网络业务的涌现，数据中心规模不断增大，传统的基于电互联的数据中心网络在吞吐量、能效和灵活性等方面存在严重的发展瓶颈。光空分复用技术凭借超大容量、高能效和高灵活性等优势，契合了未来数据中心网络的需求，有望成为突破大规模数据中心网络瓶颈的重要解决方案。在这种背景下，本项目提出基于空分复用的全光互联数据中心网络方案，围绕该方案重点开展如下工作：设计空分复用全光互联数据中心网络拓扑和光节点结构；基于数据中心网络特点，建立有效的模式操控机制；针对动态业务流特征，提出基于全局效用函数的服务响应和资源调度策略。这些研究工作及成果将为未来数据中心网络的发展与应用提供重要参考意义。

数据中心作为提供信息存储和信息处理能力的重要载体，是支撑我国信息产业发展的重要基础设施。随着用户数的增加和新型网络业务的涌现，数据中心规模不断增大，传统的基于电互联的数据中心网络在吞吐量、能效和灵活性等方面存在严重的发展瓶颈。光空分复用技术凭借超大容量、高能效和高灵活性等优势，契合了未来数据中心网络的需求，有望成为突破大规模数据中心网络瓶颈的重要解决方案。在这种背景下，本项目提出基于空分复用的全光互联数据中心网络方案，围绕该方案重点开展如下工作：设计空分复用全光互联数据中心网络拓扑和光节点结构；基于数据中心网络物理层特点，构建有效的模式操控机制；针对动态业务流特征，提出基于全局效用函数的服务响应和资源调度策略。这些研究工作及成果将对未来数据中心网络的发展与应用具有重要参考意义。.主要研究成果包括：搭建了数据中心网络节点和离线实验平台，提出了一种高容错性的基于棱锥复合体的数据中心网络架构；与北京大学合作，研究了利用全光纤型熔融拉锥型模式选择耦合器来设计低模式串扰的模式复用器/解复用器的可行性并进行了实验演示；基于数据中心业务流特征，深入研究数据中心网络资源分配及优化问题，分别提出了优化的公平性感知RSA算法、融合频谱碎片减少的公平性RSA算法和广义公平性RSA算法，仿真证明了所提算法能有效提高网络公平性同时保持较低的阻塞率损伤；针对数据中心中光网络物理层频带利用率低，结合软件定义网络提出一种基于块状交织频分复用(B-IDFMA)技术的传输系统，并比较研究不同信道估计方法下链路传输性能以及算法的复杂度，择优选择LMMSE作为远距离下行传输链路的信道估计方法。