面向雲計算數據中心的光互連網路架構與路由設計

《面向雲計算數據中心的光互連網路架構與路由設計》是依託重慶大學，由蔡岳平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向雲計算數據中心的光互連網路架構與路由設計
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：蔡岳平
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

為滿足日益增長的數據密集型服務與套用的發展，雲計算通過統一管理和調度由網路連線的計算資源，為用戶提供虛擬的計算、存儲和網路等服務。數據中心網路是雲計算數據中心內互連大規模伺服器，實現海量數據傳輸和交換的基礎平台。針對傳統電交換數據中心網路存在：等分頻寬小、可擴展性差、成本和能耗高、流量路由效率低等問題，本項目研究面向雲計算數據中心的光互連網路架構與路由設計，提出新型的二層光互連數據中心網路架構。連線相近伺服器的集群內光互連網路混合使用光波分復用路由和乙太網技術能夠提供高速分組交換。伺服器集群間主幹光互連網路利用多波長光源和靈活柵格光網路技術提供可變頻寬的光通道。本項目還通過對數據中心流量特性的分析，採用對流量矩陣進行機率密度函式估計的方法，提出融合流量無視路由和流量具體路由的新型路由機制和算法。本項目的研究成果為設計高性能、高吞吐量、高可擴展的綠色雲化網路平台提供基礎理論和關鍵技術。

結題摘要

雲計算通過統一管理和調度由網路連線的計算存儲資源，為用戶提供虛擬的計算、存儲和網路等服務。數據中心網路是雲計算數據中心內互連大規模伺服器，實現海量數據傳輸和交換的基礎平台。針對傳統電數據中心網路存在的：等分頻寬小、可擴展性差、成本和能耗高、流量路由效率低等問題，本項目研究面向雲計算數據中心的光互連網路架構與路由設計。 本項目從以下三個層次對光互連數據中心網路架構設計進行了研究。首先是數據中心伺服器集群間主幹光互連網路架構設計。我們提出了基於多波長光源的頻譜高效靈活柵格光網路架構，並提出了頻譜碎片感知的頻譜分配算法，最後通過理論分析與仿真實驗對提案架構與算法進行了性能分析與評價。其次是數據中心伺服器集群內光互連網路架構設計。我們提出了基於陣列波導光柵路由器AWGR和電分組交換機的光電混合數據中心網路架構HWRE，並通過理論與數值分析了其成本、能耗以及網路性能如平均分組時延、波長請求阻塞率等。最後是數據中心機架內光互連網路架構設計，我們提出了基於光耦合器的軟體定義數據中心機架內無源光互連網路SD-POIRN。同時設計了軟體定義媒介訪問控制SD-MAC機制避免機架內伺服器傳送數據產生碰撞，提高網路吞吐量，降低分組延遲。 本項目從以下兩個方面對數據中心網路的流量路由與調度機制進行了研究。首先是流量路由。我們提出了面向傳統樹型以及CLOS型數據中心網路結構的軟體定義混合路由機制SHR及分類路由機制SCR。SHR和SCR通過統計計算將數據流分為大流和小流，對大流採用自適應路由算法，對小流採用流量無視路由算法。仿真結果表明，與傳統ECMP算法相比，SHR和SCR能夠提高網路吞吐量、降低數據流丟棄率和分組端到端時延。其次是流量調度和擁塞控制。我們提出了一種基於流量預測矩陣的負載均衡流量調度機制套用至光電混合數據中心網路，以及差分流傳輸控制機制用於解決數據中心網路的Incast 擁塞問題，提高網路吞吐量，降低小流完成時間。 本項目同時對相關未來網路技術：軟體定義網路和內容中心網路進行了研究。我們提出了基於軟體定義的內容中心網路結構，基於K-均值算法和複雜網路度量的內容中心網路快取機制，以及網路狀態感知的內容路由機制。以上研究成果將為未來高性能、高吞吐量、高可擴展的綠色數據中心網路架構和路由設計提供技術方案。