大規(guī)模全光交換機 光開關系統(tǒng)
Calient 白皮書
發(fā)展、應用3D MEMS 技術，以應對快速發(fā)展的數(shù)據(jù)帶寬需求
Calient戰(zhàn)略性推動高帶寬、低損耗的全光開關，滿足SDN、數(shù)據(jù)中心的應用需求，以高性價比的綜合性產(chǎn)品應用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡及光傳輸平臺。
簡介
視頻和其它互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的爆發(fā)式發(fā)展推動了市場對具有靈活、可擴展、高帶寬等特性網(wǎng)絡的需求。于此同時，全球各大機構(gòu)極力開發(fā)擴展其網(wǎng)絡帶寬的方法。Cisco的全球云數(shù)據(jù)指數(shù)顯示，數(shù)據(jù)中心的吞吐量較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(shù)據(jù)流量中增長最快的全球云數(shù)據(jù)量，將達到驚人的六倍。
3D MEMS（三維微機電系統(tǒng)）光開關非常適用于為數(shù)據(jù)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(xiàn)今快速發(fā)展的需求，全光交換機因其高帶寬和不受
數(shù)據(jù)協(xié)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(chǎn)生非常小的損耗 。
作為光開關技術的先驅(qū)，Calient在發(fā)展新一代3D MEMS技術方面具有世界領先的優(yōu)勢，已成功應用于眾多領域。 在最近一年內(nèi)，企業(yè)開發(fā)了體積更小、功能更強大的系統(tǒng)，可完美融入到各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、光傳輸和光交換系統(tǒng)中，實現(xiàn)網(wǎng)絡的優(yōu)化。
下面內(nèi)容說明了Calient的技術策略如何能夠幫助客戶面對新興的數(shù)據(jù)帶寬需求。
如何應對現(xiàn)在數(shù)據(jù)的爆發(fā)增長
爆發(fā)增長的視頻內(nèi)容和極占帶寬的各類應用程序?qū)е聰?shù)據(jù)中心和云計算中心網(wǎng)絡服務設備的需求了迅速增長。根據(jù)伯恩斯坦研究機構(gòu)調(diào)查顯示，在2009年至2010年，包括Apple，Microsoft，Ebay，Amazon，Google在內(nèi)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(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)中心的TORS正在快速的向10Gbps、40Gbps、100Gbps發(fā)展。
這種極速的增長導致在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和數(shù)據(jù)中心之間必然會出現(xiàn)瓶頸，因此數(shù)據(jù)中心不得不在9-24個月的周期內(nèi)就重建或升級IP網(wǎng)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(jù)需求配置連接和容量
l 不適用于傳輸非常大的數(shù)據(jù)流 l 根據(jù)應用需求靈活調(diào)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(shù)據(jù)中心和云計算網(wǎng)絡，最好的解決方案是布置一套光學開關結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)全自動、動態(tài)重構(gòu)、高擴展性的物理層。這樣的網(wǎng)絡系統(tǒng)可以實現(xiàn)10Gbps向40Gbps或
100Gbps以致更高帶寬的擴展，而無需額外的投資。同時該結(jié)構(gòu)可以使數(shù)據(jù)中心根據(jù)即時的需求、循環(huán)類型、可預測的網(wǎng)絡流量高峰等情況，即時配置網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、分配服務器資源。
在城市網(wǎng)絡和大區(qū)域網(wǎng)絡系統(tǒng)中同樣如此，視頻數(shù)據(jù)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(wǎng)絡因其設計無法快速、經(jīng)濟的擴展帶寬，非常多的運營商希望通過采用P-OTS網(wǎng)絡（利用可調(diào)的轉(zhuǎn)換器和可重構(gòu)的分插復用）來實現(xiàn)網(wǎng)絡配置的靈活性。
為更進一步，這些網(wǎng)絡系統(tǒng)將會配備物理層全光光開關來組建CDC（Colorless，Directionless，Contention-less）光纖網(wǎng)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(tǒng)改變業(yè)務配置。
Calient的3D MEMS 光開關技術運用320個微反射鏡來實現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換。在MEMS技術方案中，微反射鏡可以通過旋轉(zhuǎn)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(xié)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(jīng)在40G和100G網(wǎng)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(wǎng)絡協(xié)議需求。
相較于OEO（optical-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(fā)熱量小等優(yōu)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(tǒng)，需要配置N2個交叉開關和N2驅(qū)動電路，所以256個端口的2D MEMS系統(tǒng)需要各超過65000個和切換單元和驅(qū)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(qū)動電路。而3D MEMS系統(tǒng)每個端口只需要2個微反射鏡，顯著降低了系統(tǒng)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(fā)投入的成果。Calient 3D MEMS技術的關鍵在于硅刻蝕技術和高轉(zhuǎn)動率的微機械驅(qū)動設計，在光器件和操作軟件等方面都融入了眾多創(chuàng)新。目前，Calient在相關技術領域掌握了超過90項專利。Calient
的微結(jié)構(gòu)反射鏡可以通過強有效的靜電力實現(xiàn)大角度、高精度控制，從而實現(xiàn)商業(yè)化光開關設備中端口規(guī)模最大、插入損耗最小的光交換系統(tǒng)。該項技術使Calient在光開關領域達到了一個新的高度，在系統(tǒng)端口數(shù)、可靠性、功耗等方面遙遙領先行業(yè)內(nèi)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(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡。面對不斷增長的數(shù)據(jù)流量，數(shù)據(jù)中心正力圖發(fā)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(wǎng)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(wǎng)絡系統(tǒng)改革數(shù)據(jù)流的傳輸方，使大型數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)服務可以不受帶寬需求、路由模式和客戶需求的限制。
云數(shù)據(jù)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(diào)用數(shù)據(jù)的需求。由于這些潛在的需求在隨時變化，也就意味著網(wǎng)絡系統(tǒng)也需要能夠及時的重新配置和擴展。
利用光開關在云數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和彼此之間動態(tài)地重新配置帶寬，可以有效地增強網(wǎng)絡的靈活性。也就意味著數(shù)據(jù)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(xiàn)。
3D MEMS 光開關同時可以為運營商、互聯(lián)網(wǎng)集聚點和數(shù)據(jù)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(xiàn)任意光路的連接、管理，為管理大量的光纖連接網(wǎng)絡提供便利。
對于政府部門，光開關為光纖連接網(wǎng)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(shù)據(jù)流進行轉(zhuǎn)換，因此也不會被作為截獲竊取數(shù)據(jù)的目標。這為海底電纜登錄地的節(jié)點和跨地域機密視頻會議安全保證，開創(chuàng)了新的方法。光開關的網(wǎng)絡重配速度也使該方案非常適用于數(shù)據(jù)中心和廣域網(wǎng)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(xié)同運作。Calient與這些領域的核心供應商協(xié)同合作，將3D MEMS開關與這些領域的技術相結(jié)合，提供了緊密結(jié)合的綜合方案。
這些優(yōu)勢在軟件定義的數(shù)據(jù)中心和云計算中心中非常明顯。與軟件和網(wǎng)絡解決方案供應商緊密結(jié)合，為網(wǎng)絡解決方案提高了可管理性和靈活性。Calient的新產(chǎn)品能夠與ROADM、光傳輸或云計算產(chǎn)品相整合以實現(xiàn)一體化。
總結(jié)
下一代網(wǎng)絡對靈活性和帶寬的需求為光開關提供了基于，Calient 的3D MEMS技術正順應了這一潮流。通過為運營商的CDC網(wǎng)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(yōu)勢，可滿足用戶需求。在這種3D MEMS產(chǎn)品策略下，Calient成為了市場條件下最具優(yōu)勢的光開關產(chǎn)品。
