數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡帶寬分配關鍵技術研究.pdf

1、數(shù)據(jù)中心（Data Center，DC）已成為一種重要的信息通信基礎設施，它采用虛擬化技術將海量的計算、存儲、網(wǎng)絡等物理資源高度整合為一個共享虛擬資源池，實現(xiàn)資源的高效共享。為了提高數(shù)據(jù)中心服務的性能和可靠性，數(shù)據(jù)中心通常分布在地理位置相距很遠的世界各地，彼此之間通過高速骨干網(wǎng)絡互連，這些網(wǎng)絡的建設成本巨大且其中發(fā)生數(shù)據(jù)丟包是不可接受的，因此，高效合理地分配利用數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)帶寬資源且保證數(shù)據(jù)流的傳輸服務質(zhì)量（Quality of Se

2、rvice，QoS）十分必要。目前，數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡中的流量傳輸調(diào)度多采用流量工程（Traffic Engineering）技術以負載均衡為目的進行，帶寬共享方式為“盡力而為”（best effort），帶寬資源利用率高，但缺乏公平性考慮，QoS保障水平受限。在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡中，帶寬分配存在的主要問題有：(1)網(wǎng)絡全局層面：各數(shù)據(jù)中心之間分布式互連，將導致獲取全局流視圖困難甚至無法獲取，帶寬資源分配的全局優(yōu)化難以進行。(2)節(jié)點處

3、理層面：基于流量測量實時獲取帶寬需求，預留帶寬，開銷大且“相關性”不足；面向匯聚流的帶寬分配粒度過粗且缺乏公平性。
　　本文研究聚焦在數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡的帶寬分配關鍵技術。首先，以及時、準確獲取流狀態(tài)信息為目標，基于軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Network，SDN）的集中式控制架構(gòu)提出基于流量預測的帶寬需求獲取機制，SDN的轉(zhuǎn)發(fā)控制分離模式使其可“輕松”獲取全局網(wǎng)絡視圖，通過掌握的歷史流量信息對穩(wěn)定性強的大流進

4、行帶寬需求預測，減小帶寬需求獲取誤差；其次，針對現(xiàn)有的面向匯聚流的帶寬分配機制粒度過粗且缺乏公平性的問題，提出基于合作博弈的大流帶寬分配策略，權(quán)衡帶寬分配的效率與公平性；最后，對于突發(fā)性較強的小流，從增強分配的“隨動性”角度出發(fā)，提出基于Ric ha rds模型的小流帶寬分配策略，實現(xiàn)了分配的快速自適應匹配。本文具體研究如下：
　　1、提出基于流量預測的大流帶寬需求獲取機制
　　數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡中存在少量占據(jù)大部分鏈路帶寬的

5、大流，其相對穩(wěn)定可預測，可根據(jù)獲得的流視圖，即流帶寬需求的歷史信息，預測未來一段時間的流帶寬需求，為進行帶寬分配提供依據(jù)。由于網(wǎng)絡流量的自相似性、異構(gòu)性等復雜特性，設計了長短期相結(jié)合的流量預測算法，提高預測準確性。理論分析與仿真結(jié)果表明：相較于其他機制，該機制能夠有效提高帶寬分配的準確性。
　　2、提出基于合作博弈的大流帶寬分配策略
　　對于大流的帶寬分配，根據(jù)預測獲得的帶寬需求，將多條流對同一鏈路帶寬的競爭分配建模為一個合

6、作博弈，各流之間競爭帶寬并以最大化整體效用為目標，通過設計集中式的帶寬分配算法來尋求該博弈問題的納什談判解，得到優(yōu)化的帶寬分配策略。理論分析和仿真實驗表明：該納什談判解就是進行帶寬分配的結(jié)果，是最小帶寬保證與帶寬分配的公平性的最優(yōu)權(quán)衡，本文提出的方法既可為各流提供較高的QoS保障，又提高了整體帶寬資源利用率。
　　3、提出基于Richards模型的小流帶寬分配策略
　　對于小流的帶寬分配，由于其突發(fā)性和動態(tài)性強，采用閉環(huán)反饋