存储转发光交换网络若干关键问题研究

发布时间：2021-05-16 08:48

　　云服务、社交网络、移动互联网等新兴技术的发展引发了前所未有的网络传输需求。数据中心备份、大文件传输和包括基因研究在内的大科学数据,传输的数据量可达数十TB,传输所需带宽可达数Gbps。然而,网络中带宽使用在时间和空间上的不均衡性,使得较大网络范围内进行上述的端到端数据传输难以实现。一个典型的例子是跨时区的数据传输。由于不同时区中网络出现带宽使用的峰谷时间不一致,跨多个时区的端到端高带宽通路难以实现。即便在同一个时区中,由于网络中各条链路带宽可用情况差异甚大,能够提供给端到端传输的窗口很小,很难达到海量数据传输的要求。存储转发（SnF）是缓解上述困境的有效手段。通过将数据缓存于具有海量存储的中继节点（例如数据中心中）,等到后续网络相对空闲时再继续传输,可以有效提高网络的资源利用率和传输效能。已有研究表明,在不增加网络成本的情况下,引入存储可以极大地提高网络传输数据的能力。但是,存储的引入使得原来的空间路由问题转变为一个同时包括空间和时间两个维度的调度问题。而且,不恰当地调度存储与带宽资源,将加剧资源碎片化、绕路等现象,反而恶化网络性能。很显然,存储的引入对网络资源（包括带宽和存储资源）的... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：200 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 大数据时代的来临
        1.1.2 大数据网络传输的现状
        1.1.3 大数据网络传输面临的挑战
        1.1.4 大数据流的新特征与新机遇
        1.1.5 存储转发光交换及其研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 大数据网络传输技术相关研究
        1.2.2 基于存储转发的网络传输技术相关研究
        1.2.3 小结
    1.3 本论文的主要研究工作与创新点
    1.4 本论文的结构安排
第二章 时移多层图:面向存储转发光交换网络的路由框架
    2.1 研究背景
    2.2 相关工作
    2.3 时移多层图
        2.3.1 系统模型与假设
        2.3.2 原理概述
        2.3.3 动态特性分析
    2.4 使用TS-MLG进行路由调度
        2.4.1 路由调度过程
        2.4.2 计算复杂度
        2.4.3 时空链路代价
    2.5 通过限制层数实现性能和计算复杂度的折衷
        2.5.1 实验设置
        2.5.2 层数无限制的路由
        2.5.3 层数有限制的路由
        2.5.4 层数的动态特性
    2.6 本章小结
第三章 存储转发光交换网络的时隙化运行及其性能
    3.1 研究背景
    3.2 相关工作
        3.2.1 传统的细粒度时隙化网络运行机制
        3.2.2 时隙化机制在基于存储转发的大数据传输方法中的应用
    3.3 非时隙化存储转发光交换网络
        3.3.1 系统模型与假设
        3.3.2 非时隙化的请求处理与资源预约机制
    3.4 时隙化存储转发光交换网络
        3.4.1 系统模型与假设
        3.4.2 时隙化的请求处理与资源预约机制
    3.5 非时隙化与时隙化网络的比较分析
        3.5.1 带宽碎片化
        3.5.2 带宽利用率
        3.5.3 资源预约窗口
    3.6 数值结果与讨论
        3.6.1 实验设置
        3.6.2 网络阻塞性能
        3.6.3 影响阻塞性能的因素
        3.6.4 选择合适的时隙大小
    3.7 本章小结
第四章 存储转发光交换网络中时空解耦的路由调度方法
    4.1 研究背景
    4.2 相关工作
        4.2.1 困难与挑战
        4.2.2 联合调度方法
        4.2.3 解耦调度方法
    4.3 三种资源调度机制的比较分析
        4.3.1 资源调度机制的原理
        4.3.2 搜索空间比较
        4.3.3 可能路径数比较
    4.4 时空解耦的路由调度方法
        4.4.1 系统模型与假设
        4.4.2 原理概述
        4.4.3 特性分析
        4.4.4 计算复杂度
    4.5 性能分析与讨论
        4.5.1 实验配置
        4.5.2 网络负载
        4.5.3 路由层数限制
        4.5.4 计算时间
    4.6 本章小结
第五章 高容错、低成本光交换矩阵设计
    5.1 研究背景
    5.2 相关工作
    5.3 环型容错光交换矩阵
        5.3.1 容错结构设计
        5.3.2 基于SOA光交换矩阵的容错结构具体实现
        5.3.3 不同容错结构的关键部件比较
    5.4 性能分析与讨论
        5.4.1 数值性能分析
        5.4.2 可扩展性
        5.4.3 现场试验
    5.5 本章小结
第六章 存储转发光交换在接入和广域网场景的应用
    6.1 研究背景
    6.2 相关工作
        6.2.1 接入网大数据传输
        6.2.2 广域网大数据传输
    6.3 存储转发光交换在接入和广域网场景中的应用
        6.3.1 原理概述
        6.3.2 面向接入网的存储转发光交换数据传输方法
        6.3.3 基于广域网闲置带宽的数据传输方法
    6.4 结果与讨论
        6.4.1 接入网数据传输性能分析
        6.4.2 广域网数据传输性能分析
    6.5 本章小结
第七章 总结和展望
    7.1 工作总结
    7.2 工作展望
附录一 缩略语
参考文献
攻读博士学位期间科研成果
攻读博士学位期间参与的科研项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]大数据商业创新三部曲[J]. 周涛.  中国信息安全. 2013(09)
[2]大数据时代的机遇与挑战[J]. 邬贺铨.  求是. 2013(04)
[3]高速长距离网络传输协议[J]. 任勇毛,唐海娜,李俊,钱华林.  软件学报. 2010(07)

博士论文
[1]大数据传输网络中的资源优化分配机制[D]. 冯张潇.上海交通大学 2017



本文编号：3189378