数据中心网络中路由与资源分配问题研究
发布时间：2022-01-22 16:41
随着网络中的应用不断增多,以及大数据的发展,传统的基于单个主机的计算方式开始不能满足用户的需要。在这种情况下,有越来越多的用户将自己的任务外包到云端或数据中心来进行处理。而随着按需付费（pay-as-you-go）方式的出现,这一趋势变得更加明显。这造成了数据中心网络中流量的急增。为了给用户提供更好,性能更稳定的服务,一个关键问题就是如何对数据中心网络进行优化,使网络中的流量能被更好地传输。本文将围绕如何通过控制数据中心网络中的流量路由及资源分配,来优化网络性能这一主线进行研究。本文的研究主要集中在以下四个方面:1.数据中心网络中流量的路由与调度考虑到数据中心网络中一个任务常常被拆分成多个子任务来完成,那么这些子任务之间的通信是有语意相关性的。因此应该以这样有语义相关性的一组流（也叫一个coflow）为基本单位进行优化,即优化coflow的平均完成时间。对于这一问题,本文设计出RAPIER系统,通过同时控制网络中流量的路由和调度,来优化全网所有coflow的平均完成时间。除此之外,本文还设计出RAPIER的原型系统。小规模的原型系统实验和基于C++模拟器的大规模的数值仿真都证明,RAP...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 数据中心网络与云计算
1.2 数据中心网络的研究历史与现状
1.2.1 数据中心网络流量路由的优化
1.2.2 数据中心网络流量调度的优化
1.2.3 数据中心中网络拓扑设计
1.2.4 数据中心中虚拟机映射的优化
1.3 本文的主要贡献与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 数据中心网络流量的路由与调度
2.1 研究背景
2.2 路由和调度对流量优化的意义
2.3 RAPIER总体设计方案
2.3.1 RAPIER应该具有的特性
2.3.2 RAPIER的总体设计
2.4 RAPIER中关键算法设计
2.4.1 最小化单个coflow的完成时间
2.4.2 算法可行性和性能界分析
2.4.3 剩余带宽分配算法
2.5 仿真结果与分析
2.5.1 系统实现与测试
2.5.1.1 实现方案
2.5.1.2 系统配置
2.5.1.3 实验方案与结果分析
2.5.2 大规模网络数值仿真
2.5.2.1 Coflow宽度对RAPIER性能的影响
2.5.2.2 网络中coflow个数对RAPIER性能的影响
2.5.2.3 相邻coflow到达时间间隔的影响
2.6 本章小结
第三章 数据中心网络业务量工程中的多目标优化框架研究
3.1 研究背景
3.2 负载均衡模型
3.3 能量效率模型
3.4 纳什议价模型
3.5 问题分析
3.5.1 方案应具有的特性
3.5.2 纳什议价的优势
3.6 基于纳什议价的多目标优化方案
3.6.1 纳什议价模型与威胁值博弈
3.6.2 如何得到具有公平性的解
3.6.3 如何求解纳什均衡模型
3.7 仿真及结果分析
3.7.1 简单平行链路网络中的应用
3.7.2 Fattree中的应用
3.7.3 NSFNET中的应用
3.8 本章小结
第四章 数据中心网络虚拟机放置与拓扑控制
4.1 研究背景
4.2 数据中心动态拓扑与虚拟机放置
4.2.1 OSA交换结构
4.2.2 虚拟机放置问题
4.2.3 联合优化网络拓扑和虚拟机放置的原因
4.3 问题建模
4.3.1 网络模型
4.3.2 代价模型
4.3.3 模型约束
4.4 离线算法设计
4.4.1 模型分析
4.4.2 子问题1的求解——虚拟机分组
4.4.3 子问题2的求解——拓扑设计与路由
4.4.4 算法分析
4.4.5 算法应用讨论
4.5 在线算法设计
4.5.1 在线算法设计分析
4.5.2 虚拟机放置在线优化
4.5.3 离线算法的使用
4.5.4 租户的进入和退出
4.6 仿真及实验结论
4.6.1 离线算法性能随ToR最大度数影响研究
4.6.1.1 ToR最大度数对容量代价的影响
4.6.1.2 ToR最大度数对溢出代价的影响
4.6.2 离线算法性能随网络大小影响研究
4.6.2.1 网络大小对容量代价的影响
4.6.2.2 网络大小对溢出代价的影响
4.6.3 在线算法性能研究
4.6.3.1 在线迭代次数对容量代价的影响
4.6.3.2 网络大小对溢出代价的影响
4.7 本章小结
第五章 数据中心网络动态拓扑管理
5.1 研究背景
5.2 渐近拓扑变化的优势
5.3 问题的建模与分析
5.3.1 问题建模
5.3.2 问题的复杂性与可行性
5.4 算法设计
5.4.1 拓扑管理算法
5.4.2 算法实现讨论
5.5 仿真及结果分析
5.5.1 TMA算法性能
5.5.1.1 网络中可用的波长数对算法性能的影响
5.5.1.2 网络中ToR最大度数对算法性能的影响
5.5.2 算法时间复杂度
5.6 本章小节
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
攻读博士学位期间参加的科研项目
本文编号：3602545
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 数据中心网络与云计算
1.2 数据中心网络的研究历史与现状
1.2.1 数据中心网络流量路由的优化
1.2.2 数据中心网络流量调度的优化
1.2.3 数据中心中网络拓扑设计
1.2.4 数据中心中虚拟机映射的优化
1.3 本文的主要贡献与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 数据中心网络流量的路由与调度
2.1 研究背景
2.2 路由和调度对流量优化的意义
2.3 RAPIER总体设计方案
2.3.1 RAPIER应该具有的特性
2.3.2 RAPIER的总体设计
2.4 RAPIER中关键算法设计
2.4.1 最小化单个coflow的完成时间
2.4.2 算法可行性和性能界分析
2.4.3 剩余带宽分配算法
2.5 仿真结果与分析
2.5.1 系统实现与测试
2.5.1.1 实现方案
2.5.1.2 系统配置
2.5.1.3 实验方案与结果分析
2.5.2 大规模网络数值仿真
2.5.2.1 Coflow宽度对RAPIER性能的影响
2.5.2.2 网络中coflow个数对RAPIER性能的影响
2.5.2.3 相邻coflow到达时间间隔的影响
2.6 本章小结
第三章 数据中心网络业务量工程中的多目标优化框架研究
3.1 研究背景
3.2 负载均衡模型
3.3 能量效率模型
3.4 纳什议价模型
3.5 问题分析
3.5.1 方案应具有的特性
3.5.2 纳什议价的优势
3.6 基于纳什议价的多目标优化方案
3.6.1 纳什议价模型与威胁值博弈
3.6.2 如何得到具有公平性的解
3.6.3 如何求解纳什均衡模型
3.7 仿真及结果分析
3.7.1 简单平行链路网络中的应用
3.7.2 Fattree中的应用
3.7.3 NSFNET中的应用
3.8 本章小结
第四章 数据中心网络虚拟机放置与拓扑控制
4.1 研究背景
4.2 数据中心动态拓扑与虚拟机放置
4.2.1 OSA交换结构
4.2.2 虚拟机放置问题
4.2.3 联合优化网络拓扑和虚拟机放置的原因
4.3 问题建模
4.3.1 网络模型
4.3.2 代价模型
4.3.3 模型约束
4.4 离线算法设计
4.4.1 模型分析
4.4.2 子问题1的求解——虚拟机分组
4.4.3 子问题2的求解——拓扑设计与路由
4.4.4 算法分析
4.4.5 算法应用讨论
4.5 在线算法设计
4.5.1 在线算法设计分析
4.5.2 虚拟机放置在线优化
4.5.3 离线算法的使用
4.5.4 租户的进入和退出
4.6 仿真及实验结论
4.6.1 离线算法性能随ToR最大度数影响研究
4.6.1.1 ToR最大度数对容量代价的影响
4.6.1.2 ToR最大度数对溢出代价的影响
4.6.2 离线算法性能随网络大小影响研究
4.6.2.1 网络大小对容量代价的影响
4.6.2.2 网络大小对溢出代价的影响
4.6.3 在线算法性能研究
4.6.3.1 在线迭代次数对容量代价的影响
4.6.3.2 网络大小对溢出代价的影响
4.7 本章小结
第五章 数据中心网络动态拓扑管理
5.1 研究背景
5.2 渐近拓扑变化的优势
5.3 问题的建模与分析
5.3.1 问题建模
5.3.2 问题的复杂性与可行性
5.4 算法设计
5.4.1 拓扑管理算法
5.4.2 算法实现讨论
5.5 仿真及结果分析
5.5.1 TMA算法性能
5.5.1.1 网络中可用的波长数对算法性能的影响
5.5.1.2 网络中ToR最大度数对算法性能的影响
5.5.2 算法时间复杂度
5.6 本章小节
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
攻读博士学位期间参加的科研项目
本文编号：3602545
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3602545.html
