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大規模全光交換機 光開關系統
來源: | 作者:pmo17d5f4 | 發布時間: 2017-09-20 | 3708 次瀏覽 | 分享到:


Calient  白皮書

 

發展、應用3D MEMS 技術,以應對快速發展的數據帶寬需求

 

Calient戰略性推動高帶寬、低損耗的全光開關,滿足SDN、數據中心的應用需求,以高性價比的綜合性產品應用于數據網絡及光傳輸平臺。

簡介

視頻和其它互聯網數據的爆發式發展推動了市場對具有靈活、可擴展、高帶寬等特性網絡的需求。于此同時,全球各大機構極力開發擴展其網絡帶寬的方法。Cisco的全球云數據指數顯示,數據中心的吞吐量2011年將會增長4倍,達到6.6 ZB(1ZB=109TB) 每年,以每年31%的速率增長。更令人震驚的是,數據流量中增長最快的全球云數據量,將達到驚人的六倍。


3D MEMS(三維微機電系統)光開關非常適用于為數據中心、運營商和政府部門提供高帶寬、靈活的技術支持,來滿足現今快速發展的需求,全光交換機因其高帶寬和不受

 

數據協議限制的特性具有非常好的靈活性。MEMS 光開關技術因其直接運用微鏡片直接切換光路,所以相較于其他光開關技術只產生非常小的損耗 。

作為光開關技術的先驅,Calient在發展新一代3D MEMS技術方面具有世界領先的優勢,已成功應用于眾多領域。 在最近一年內,企業開發了體積更小、功能更強大的系統,可完美融入到各種數據網絡、光傳輸和光交換系統中,實現網絡的優化。

下面內容說明了Calient的技術策略如何能夠幫助客戶面對新興的數據帶寬需求。

如何應對現在數據的爆發增長

爆發增長的視頻內容和極占帶寬的各類應用程序導致數據中心和云計算中心網絡服務設備的需求了迅速增長。根據伯恩斯坦研究機構調查顯示,在2009年至2010年,包括Apple,Microsoft,Ebay,Amazon,Google在內的全球各大云服務供應商,在服務器上的投資增長超過100%。此外,服務器的數據接口和數據中心的TORS正在快速的向10Gbps、40Gbps、100Gbps發展。

這種極速的增長導致在數據中心內部和數據中心之間必然會出現瓶頸,因此數據中心不得不在9-24個月的周期內就重建或升級IP網絡基礎設施。這種做法很顯然花費極高、不方便且不切合實際。

l   固定容量——所有設備連通                l   根據需求配置連接和容量

l   不適用于傳輸非常大的數據流              l   根據應用需求靈活調配帶寬和服務器資源

l   浪費帶寬

l   服務器利用率低




對于這些數據中心和云計算網絡,最好的解決方案是布置一套光學開關結構來實現全自動、動態重構、高擴展性的物理層。這樣的網絡系統可以實現10Gbps40Gbps

 

100Gbps以致更高帶寬的擴展,而無需額外的投資。同時該結構可以使數據中心根據即時的需求、循環類型、可預測的網絡流量高峰等情況,即時配置網絡結構、分配服務器資源。

在城市網絡和大區域網絡系統中同樣如此,視頻數據傳輸需求的擴展,導致運營商為滿足客戶需求將面臨同樣的問題。目前的光纖網絡因其設計無法快速、經濟的擴展帶寬,非常多的運營商希望通過采用P-OTS網絡(利用可調的轉換器和可重構的分插復用)來實現網絡配置的靈活性。

為更進一步,這些網絡系統將會配備物理層全光光開關來組建CDCColorless,Directionless,Contention-less)光纖網絡,以增強物理層設備的靈活性。在此基礎上,運營商可以自由的通過集中的管理系統改變業務配置。

Calient3D MEMS 光開關技術運用320個微反射鏡來實現光路轉換。在MEMS技術方案中,微反射鏡可以通過旋轉不同的角度,使入射光改變傳輸路線,入射到任意端口,3D MEMS技術只操縱光路,因此不受比特率、協議和波長的限制。這種傳輸方式也意味著3D MEMS技術不會干擾信號本身,可以保留信號源的關鍵特性包括頻率、波形、色散、時序等。

這種技術已經在40G100G網絡中得到證實。擁有25ms的典型切換時間,滿足時間敏感性最強的網絡協議需求。

相較于OEOoptical-electrical-optical)技術和2D MEMS技術,3D MEMS光開關擁有顯著的功耗和功率損耗低、體積小、發熱量小等優勢。

實時上,有幾種2D MEMS技術在與3D MEMS技術競爭,但是都不具有可擴展性。這是由于2D MEMS的復雜性,有N個端口的2D MEMS系統,需要配置N2個交叉開關和N2驅動電路,所以256個端口的2D MEMS系統需要各超過65000個和切換單元和驅動電路。將端口擴展到1000個則需要各超過一百萬個以上的切換單元和驅動電路。而3D MEMS系統每個端口只需要2個微反射鏡,顯著降低了系統的繁雜程度,從而可以獲得更好的可擴展性。

Calient成熟的3D MEMS技術是過去10年中超過4億美元研發投入的成果。Calient 3D MEMS技術的關鍵在于硅刻蝕技術和高轉動率的微機械驅動設計,在光器件和操作軟件等方面都融入了眾多創新。目前,Calient在相關技術領域掌握了超過90項專利。Calient

的微結構反射鏡可以通過強有效的靜電力實現大角度、高精度控制,從而實現商業化光開關設備中端口規模最大、插入損耗最小的光交換系統。該項技術使Calient在光開關領域達到了一個新的高度,在系統端口數、可靠性、功耗等方面遙遙領先行業內其它競爭對手。

新應用領域

運用這項新型最佳化解決方案,光開關技術在眾多應用領域都可作為一種最實用的解決方案。

其中之一是軟件定義的混合分組光傳輸數據中心網絡。面對不斷增長的數據流量,數據中心正力圖發展可擴展的基礎設備,同時也要考慮功耗和資金成本問題。在混合分組光傳輸電路交換網絡中,光路切換已被成功應用于增大基于包的傳輸,形成了一種混合形式的解決方案。

全光交換技術同樣可以幫助云計算網絡系統改革數據流的傳輸方,使大型數據中心可以滿足處于不同地域客戶的不同需求。在許多案例中,成功的數據服務可以不受帶寬需求、路由模式和客戶需求的限制。

云數據運營商需要在他的各個站點之間提供高帶寬連接,以便滿足客戶無論在何時何地調用數據的需求。由于這些潛在的需求在隨時變化,也就意味著網絡系統也需要能夠及時的重新配置和擴展。

 利用光開關在云數據中心內部和彼此之間動態地重新配置帶寬,可以有效地增強網絡的靈活性。也就意味著數據中心的高價值設備可以被更充分的應用,為用戶提供最佳的應用表現。

3D MEMS 光開關同時可以為運營商、互聯網集聚點和數據托管中心提供自動光纖連接方案。在這些應用中,光開關可以實現任意光路的連接、管理,為管理大量的光纖連接網絡提供便利。

對于政府部門,光開關為光纖連接網絡提供了一種有效的安全控制方案。與OEO開關不同,全光開關不需要對數據流進行轉換,因此也不會被作為截獲竊取數據的目標。這為海底電纜登錄地的節點和跨地域機密視頻會議安全保證,開創了新的方法。光開關的網絡重配速度也使該方案非常適用于數據中心和廣域網的故障恢復。

合作關系

光開關技術方案在市場上所有技術中提供了最好的物理層管理能力。Calient的光開關與光學傳輸平臺、二層交換機、三層路由器等交換技術能夠非常好的協同運作。Calient與這些領域的核心供應商協同合作,將3D MEMS開關與這些領域的技術相結合,提供了緊密結合的綜合方案。

這些優勢在軟件定義的數據中心和云計算中心中非常明顯。與軟件和網絡解決方案供應商緊密結合,為網絡解決方案提高了可管理性和靈活性。Calient的新產品能夠與ROADM、光傳輸或云計算產品相整合以實現一體化。

總結

下一代網絡對靈活性和帶寬的需求為光開關提供了基于,Calient 3D MEMS技術正順應了這一潮流。通過為運營商的CDC網絡提供配置靈活性來管理云計算中心的高容量信息流。3D MEMS擁有可擴展,低功耗,高吞吐量等優勢,可滿足用戶需求。在這種3D MEMS產品策略下,Calient成為了市場條件下最具優勢的光開關產品。