超低延迟的数据中心网络控制平面设计

发布时间：2021-06-15 12:03

　　为了降低数据中心网络的延迟和功耗,设计了一种超低延迟的控制平面,包括2个FPGA板,由分立光学元件组成的一个2×2纵横式光交换机。通过高速调度和在并行波分复用信道上的预测性分组传输,实现了纳秒级的分组交换。为了缩短关键路径,提出了一种两阶段分配电路设计,将仲裁和新授权的生成分为两个流水线阶段;以并行的方式分别执行新的服务器请求和来自交换机的缓冲器请求。所提设计在32×32的纵横式光交换机上进行实验,结果表明,在全容量下保持低于10μs的平均端到端延迟,实现55. 2 ns的最小端到端延迟。 

【文章来源】：兵器装备工程学报. 2020,41(05)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

调度器处捕捉到的控制进程计时曲线

1)控制路径信号。当调度器将交换机输出端口依次授权至两个网络接口时，其控制进程计时曲线如图6，可以看出，来自两个网络接口(探针C0和C1)的请求以固定时间差到达调度器。由于在每个网络接口处生成的请求的宽度为12.8 ns，一些请求可能会被寄存两次(取决于相对调度器时钟边沿的到达时间)。此处，调度器将输出端口(探针C4和C5)授权至最先请求的网络接口，然后在下一个调度轮中将端口授权至另一个接口。来自两个网络接口的请求之间的最小间隔为。在运行在调度器时钟周期的ILA上，最小请求间隔为。2)数据路径信号。实验表明:来自不同网络接口的数据包之间的最小时间间隔为32 ns，主要源自控制平面的异步性。由此，吞吐量为(6.4/32)×100%=20%。利用同步的控制平面，来自不同源的数据包以Tscheduler为间隔，则最大吞吐量为(Tscheduler-tswitch)/Tscheduler×100=69%。

图8给出了50%负载下，两种分配电路的数据包端到端延迟的累积分布。在10μs的窗口上，两种设计均以最小端到端延迟成功接收10%以上的数据包。单阶段分配电路的平均端到端延迟为172.5 ns。在该延迟数值下，两阶段分配电路提升了27%的分组交换量。此外，对于单阶段和两阶段分配电路，95%的数据包分别在71.2～377.5 ns范围和55.2～219.6 ns的范围内接收，两阶段分配设计降低了158.6 ns的最长可能延迟。3 结论

【参考文献】：
期刊论文
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[2]RESSP:基于FPGA的可重构SDN交换结构[J]. 何璐蓓,厉俊男,杨翔瑞,孙志刚.  计算机科学. 2018(01)
[3]基于多业务的卫星光网络波长路由算法研究[J]. 刘庆利,姚俊飞,刘治国.  系统仿真学报. 2017(08)
[4]云计算数据中心网络设计综述[J]. 王斌锋,苏金树,陈琳.  计算机研究与发展. 2016(09)
[5]基于SV语言的RFID标签芯片数字系统验证平台设计[J]. 黄凤英.  中国集成电路. 2016(03)

硕士论文
[1]波分复用光网络支持云计算路由技术研究[D]. 何源.南京邮电大学 2017
[2]基于物联网仿真平台的动态可配置网络系统的设计与实现[D]. 陈博.北京邮电大学 2015



本文编号：3231021