数据中心互连网络中紧急备份问题的研究

发布时间：2020-04-21 06:44

【摘要】：现如今,数据中心(data center,DC)已成为支持云计算、大数据以及数据密集型应用的关键基础设施。很多企业,如谷歌、微软和亚马逊等,在全球范围内建立自己的数据中心,并将其连接起来构成数据中心互连网络(Inter-DCN),以便给用户提供高质量、低延时和不中断的网络服务。然而,数据中心互连网络很容易受到灾难(如地震、飓风、海啸等)的攻击而被破坏,以致成千上万用户的服务受到影响,从而给网络经营者带来巨大的损失。因此,大部分企业都有自己的数据备份方案,主要分为常规备份和紧急备份:常规备份是日常定期地获得数据冗余,以应对未来可能发生的灾难;紧急备份则是在灾难即将发生时紧急触发的备份机制,与常规备份的区别较大,而其研究又相对缺乏。本文研究数据中心互连网络中的紧急备份问题。具体地,我们首先利用并改进时间扩展网络(time expanded network,TEN)的方法以得到可变的TEN(VTEN),从而将紧急备份场景下动态的网络优化问题转化为更为简单的静态问题。其次,我们综合考虑数据成功备份带来的效益以及备份的开销,并在此基础上定义了紧急备份的收益,通过在VTEN网络中最大化备份收益,来建立紧急备份的数学模型。接着,我们用交替方向乘子(alternating direction method of multipliers,ADMM)算法来并行求解所建立的大规模的优化模型。在具体求解过程中,ADMM算法的一个子问题求解代价较大,影响了算法效率。因此,我们提出了一种新的不精确ADMM算法,来近似求解该子问题。最后,我们从理论上证明了所提出的算法的收敛性,并通过仿真实验对算法的性能进行评估。结果显示,本文提出的不精确ADMM算法具有优良的收敛性以及较强的鲁棒性,同时在备份收益和运行时间上都优于几种现有的算法。
【图文】：

３￡１逦：？｜逦３１逦：ｒｆ逦；ｆｆｉ｜逦Ｓｅｒｖｅｒｓ逡逑图１．１基于Ｆａｔ邋Ｔｒｅｅ的数据中心内部网络示意图逡逑对意外情况，网络具有更好的服务生存性。这是由于不同的数据中心上有相同逡逑的数据备份，当一个节点失效时，不同位置的节点上所备份的数据同样能提供正逡逑常的服务；３）通过充分利用不同区域的差异（如时差，网络费用等），网络运行逡逑商可以节省网络服务的费用。由于这些吸引人的优点，数据中心互连网络正逐逡逑渐成为支持数据密集型应用（如电子商务、社交网络、云计算等）的重要基础设逡逑施。而且随着网络服务种类的日益丰富以及移动设备对云计算的依赖性急剧增逡逑强，数据中心互连网络在未来将会扮演着越来越重要的角色。逡逑图１．２谷歌数据中心互连网络示意图逡逑１．１．２数据备份方案简介逡逑数据中心互连网络很容易受到灾害攻击而发生故障。最近一些造成网络损逡逑毁的灾难包括２０１２年肆虐美国的飓风Ｓａｎｄｙ、２０１１年日本地震和海啸、２００８年逡逑中国四川地震等［９—１７］，这些灾难通常会影响到某个区域，造成一系列网络组件性逡逑２逡逑

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【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.08;TP308

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本文编号：2635486