光数据中心网络中动态资源分配的优化算法研究

【摘要】随着云计算和大规模分布式科学计算等新兴网络应用的发展,光数据中心网络引起了学术界的关注。数据中心网络有很高的峰值吞吐量和极大的突发性,而且数据中心网络的请求很多都是带宽需求都很大,数据中心网络急切需要一种物理层的技术能够支持这种数据的传输。弹性光网络中最近的研究表明它有非常好的频谱资源管控性能,而且在光路层上具有次载波量级的交换粒度。同时,弹性光网络可以提供巨大的带宽和非常好的稳定性,因此,弹性光网络是数据中心网络互联的必然选择。为了更好地研究光数据中心的任播路由和频谱分配问题,我们首先对弹性光网络中的单播的路由和频谱分配问题进行研究。我们使用单路径和多路径路由来解决单播的路由和频谱分配问题。对于单路径路由,我们提出了一些动态路由和频谱分配算法,在网络动态服务的时候实现了高吞吐量。包括了两种类型的算法,实时计算路径的动态路由和频谱分配算法以及动态更新备选路径集合的动态路由和频谱分配算法。我们将单路径路由算法扩展为多路径路由算法,包括两种类型的多路径算法：混合单路径/多路径实时计算路径算法以及混合单路径/多路径使用固定路径集合的算法。仿真结果表明,与两种参考算法和所有混合路由算法相比,混合单路径/多路径实时计算路径算法有最低的带宽阻塞率结果。这是第一次在弹性光网络中使用实时计算路径和预先计算固定路径的方法研究多路径的动态路由和频谱分配问题。对于光数据中心网络中的任播问题,我们研究了静态和动态的路由和频谱分配问题。静态问题是一个网络规划问题,动态问题是动态服务问题。我们使用了一个整数线性规划模型来描述静态问题,由于ILP模型计算复杂度很高,它只适合解决小规模问题。因此,我们提出了多种使用单一数据中心作为目的节点的启发式算法来解决这个问题。我们比较了所有的启发式算法与ILP模型最优解的距离。我们将静态启发式算法进行扩展,同时考虑了计算资源和带宽资源,用于解决动态问题。同时,我们设计了一个多数据中心作为目的节点的策略以求达到更好的效果。仿真结果表明,当负载比较低的时候,与参考算法相比,最好的单数据中心路由算法可以降低一个数量级的阻塞率；与最好的单数据中心路由算法相比,多数据中心路由算法可以降低一个数量级的带宽阻塞率。简而言之,当我们使用多数据中心路由算法解决光数据中心网络中任播问题的时候,它可以有效地降低网络的带宽阻塞率,同时可以充分利用带宽资源,使得计算资源成为动态服务的瓶颈。我们注意到在光数据中心网络中,升级数据中心的资源比升级光网络设备更加容易和廉价。在研究光数据中心的任播问题之后,我们研究了光数据中心网络的带宽资源和计算资源的碎片问题,作为进一步的研究。我们首先解释了光数据中心网络去碎片的步骤,去碎片使用重新配置的方法,然后设计了一个任播去碎片算法来解决这个问题。我们提出了两种策略选取请求的策略和三种选取数据中心用于放置之前选择请求的策略。仿真结果表明与没有去碎片的算法相比,我们提出的任播去碎片算法可以有效降低网络的带宽阻塞率。
【作者】章亮；
【导师】朱祖勍；
【作者基本信息】中国科学技术大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】弹性光网络；带宽阻塞率；动态路由；云计算；多路径路由；数据中心互联网络；去碎片；

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