光電混合數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡交換結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、數(shù)據(jù)中心起到承載網(wǎng)絡應用、存儲網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、提供運維環(huán)境的作用，在通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位。近年來隨著云計算、社交網(wǎng)絡、高清電視、網(wǎng)絡游戲等新興網(wǎng)絡技術(shù)或網(wǎng)絡需求的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)和其中承載的業(yè)務模型正在發(fā)生著意義深遠地改變。由于數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴大和業(yè)務傳輸需求的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡交換結(jié)構(gòu)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡電分組交換結(jié)構(gòu)造成了巨大的能耗、降溫、和溫室氣體排放問題。并且這些問題在不久的將來將得

2、到進一步的惡化。光交換技術(shù)因其超大傳輸帶寬和相對較低的能耗越來越受到研究人員關(guān)注。近年來，人們嘗試將光交換技術(shù)引入到數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡交換結(jié)構(gòu)中，從而形成了光電混合數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡交換結(jié)構(gòu)。光電混合數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡交換結(jié)構(gòu)充分結(jié)合兩種交換技術(shù)的優(yōu)勢，利用電分組交換技術(shù)靈活的特點處理數(shù)據(jù)量較小的業(yè)務“老鼠流”；利用光電路交換技術(shù)節(jié)能的特點處理數(shù)據(jù)量較大的業(yè)務“大象流”。研究表明，通過光交換技術(shù)引入，數(shù)據(jù)中心有潛力減少約75%的能量消耗。

3、r>　　本論文主要針對目前混合光電路-電分組數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡交換結(jié)構(gòu)中存在的關(guān)鍵技術(shù)和難點進行深入研究。以滿足數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢和業(yè)務需求為目標，論文研究了光電混合數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡交換結(jié)構(gòu)中電分組頭部處理、光交換結(jié)構(gòu)資源利用以及光交換結(jié)構(gòu)連線復雜度和擴展性等問題。具體來說，論文進行了下述幾個方面的研究工作：
　　研究了電域分組交換機處理機柜間通過電分組方式傳輸?shù)姆掌鞯椒掌鲾?shù)據(jù)分組難題
　　針對光電混合數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡交換結(jié)

4、構(gòu)中通過電分組方式傳輸?shù)臋C柜間業(yè)務在通過機柜間電分組交換結(jié)構(gòu)時，分組交換機存在的頭部處理負載繁重和轉(zhuǎn)發(fā)表流表項冗長問題進行研究：
　　1)論文提出在柜頂交換機首先根據(jù)目的服務器地址將粒度較小的服務器到服務器數(shù)據(jù)分組匯聚成粒度較大的柜頂交換機到柜頂交換機數(shù)據(jù)幀。
　　2)當處理數(shù)據(jù)中心通過電分組方式傳輸?shù)哪康牡刂贩植疾痪鶆虻臋C柜間業(yè)務時，論文在數(shù)學上分析了柜頂交換機數(shù)據(jù)幀匯聚調(diào)度過程中存在的丟包率和系統(tǒng)公平性折中關(guān)系。

5、　　3)根據(jù)此折中關(guān)系，論文提出了適合于柜頂交換機的匯聚調(diào)度算法。該算法在保證柜頂交換機最小數(shù)據(jù)丟包率的前提下，最小化系統(tǒng)的平均時延和時延抖動。
　　研究了光電路交換結(jié)構(gòu)頻譜資源利用和連線復雜度問題
　　針對光電混合數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡交換結(jié)構(gòu)中的光電路交換結(jié)構(gòu)處理帶寬請求不均勻的機柜間光電路傳輸業(yè)務造成頻譜資源浪費現(xiàn)象和當柜頂交換機分布面積較為廣泛時光電路交換結(jié)構(gòu)光纖長連線數(shù)量過多問題，論文做了如下研究：
　　1)論文提

6、出了一種新型的基于彈性頻譜分配策略的頻分復用環(huán)狀數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡光電路交換結(jié)構(gòu)。
　　2)論文研究了該結(jié)構(gòu)中存在的頻譜分配問題，提出了求解該問題的整數(shù)線性規(guī)劃模型和貪婪性啟發(fā)式算法。
　　3)論文研究了該交換結(jié)構(gòu)處理不同業(yè)務模型時的系統(tǒng)性能并證明了該結(jié)構(gòu)的可行性。
　　研究了光電路交換結(jié)構(gòu)擴展性問題
　　為進一步解決基于彈性頻譜分配策略的頻分復用環(huán)狀數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡光電路交換結(jié)構(gòu)支持的柜頂交換機數(shù)量受限于單個光纖

7、環(huán)中C波段頻譜資源總量的難題，論文繼續(xù)研究了數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡光電路交換結(jié)構(gòu)的擴展性問題：
　　1)論文提出了一種基于多環(huán)的數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡光電路交換結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以在避免大量長光纖連線的前提下支持多達數(shù)萬個柜頂交換機間的無阻塞連接。
　　2)論文研究了該結(jié)構(gòu)中存在的路由和頻譜分配問題并提出了固定頻譜分配和彈性頻譜分配兩種求解路由和頻譜分配問題的可行策略。
　　3)對于固定頻譜分配策略和彈性頻譜分配策略，論文分別給出了路