基于骨干网的数据中心网络架构与服务规划设计

发布时间：2017-08-14 00:08

  本文关键词：基于骨干网的数据中心网络架构与服务规划设计

  更多相关文章： 数据中心 WDM光网络 放置 可扩展性 可生存性

【摘要】：云服务的快速发展对数据中心提出了很高的性能要求。当前基于电交换器、传统多级交换网络、集中放置与管理的数据中心架构,无法满足未来云服务对高性能数据中心在低时延、低成本、可扩展性、可生存性、高可用性与设计灵活性等方面的要求。本文基于全光交换和光连接骨干网络,分别针对数据中心的网络架构和服务规划进行了设计。针对数据中心的网络架构设计,采用把数据中心分割成多组组件,分布式地嵌入到骨干网络中的方法,利用骨干网络现有的光路来支持数据中心内部组件之间的全光连接与交换。相比于集中式放置而言,它缓解了对网络的集中供电和制冷压力。另外,采用大容量的全光交换器来减少数据中心内部交换器的数目,并通过骨干网络的光波分复用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)来简化数据中心网络的内部连接,最终实现了数据中心网络架构较强的可扩展性。除此之外,光交换器的分布式放置为外部业务的接入提供了更加灵活的服务访问接口,从而降低了外部业务的传输代价。鉴于所提出的设计会给数据中心网络内部的交换引入传输和时延代价,本文研究在给定外部业务请求量和内部机架之间交换量的情况下,数据中心网络中组件的放置问题。针对数据中心的可扩展性、内部代价以及外部传输代价等多项要素进行折中,给出ILP(Integer Linear Program)和启发式算法两种设计方法,在满足所有服务需求的同时实现系统总代价的最小化,最终完成数据中心网络架构的可扩展性和最优化设计。针对数据中心的服务规划设计,在给定骨干网络拓扑结构及各个节点业务需求的前提下,合理布置多个数据中心,并设计服务路由。通过在邻近的数据中心进行适量的服务备份,并在网络中预设保护路径的方法,来实现针对单个服务器或单个链路损坏情况下的快速保护。本文以网络可生存性和最小化网络代价为目标,针对数据中心的放置、服务路由及保护进行联合优化设计。首先通过设计ILP来获取最优解。该ILP集成了p-cycle(preconfigured protection cycle)、服务量备份以及快速重路由等思想,分别针对单个链路或单个服务器损坏进行快速保护。为了使设计具有更强的可扩展性,能适用于大规模网络,本文进一步给出一种启发式算法,该算法包含数据中心的放置及服务路由和快速保护两大步骤。ILP和启发式两种方法最终都通过广泛的仿真实验进行验证。
【关键词】：数据中心 WDM光网络 放置 可扩展性 可生存性
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP393.02;TP308
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 缩略词表13-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 研究背景及研究意义14-16
• 1.2 相关技术研究现状16-19
• 1.2.1 数据中心的光连接研究现状16-17
• 1.2.2 数据中心网络架构研究现状17-18
• 1.2.3 数据中心服务规划研究现状18-19
• 1.3 研究内容19-20
• 1.3.1 数据中心网络架构研究内容19-20
• 1.3.2 数据中心服务规划研究内容20
• 1.4 论文章节安排20-21
• 第二章 数据中心与WDM光网络21-36
• 2.1 数据中心简介21-24
• 2.1.1 数据中心概念21-22
• 2.1.2 数据中心分类22-23
• 2.1.3 数据中心规划23-24
• 2.2 数据中心网络24-28
• 2.2.1 数据中心网络流量特征24-25
• 2.2.2 数据中心网络设计要求25-26
• 2.2.3 数据中心网络拓扑结构26-27
• 2.2.4 数据中心网络中的交换设备27-28
• 2.3 数据中心的光连接28-30
• 2.3.1 WDM光网络28-30
• 2.3.2 基于光连接的数据中心30
• 2.4 WDM光网络可生存性30-35
• 2.4.1 WDM光网络可生存性概念30-32
• 2.4.2 WDM光网络保护技术32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 可扩展的数据中心网络架构设计36-56
• 3.1 Fat-Tree架构简介36-37
• 3.2 新架构与问题模型37-39
• 3.2.1 新架构37-39
• 3.2.2 问题模型39
• 3.3 ILP设计39-43
• 3.3.1 参数与变量定义40-41
• 3.3.2 构建ILP41-43
• 3.4 启发式算法设计43-49
• 3.4.1 设备分组算法43-44
• 3.4.2 组件放置算法44-47
• 3.4.3 迭代收敛性证明47-48
• 3.4.4 算法复杂度分析48-49
• 3.5 仿真验证49-55
• 3.5.1 仿真参数设置49-50
• 3.5.2 ILP仿真结果50-52
• 3.5.3 启发式算法仿真结果52-53
• 3.5.4 仿真参数特性分析53-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 数据中心服务规划与服务保护设计56-77
• 4.1 系统模型与问题描述56-58
• 4.1.1 系统模型56-57
• 4.1.2 问题描述57-58
• 4.2 斥圈法实现p-cycle58-61
• 4.2.1 斥圈法的设计思想58-59
• 4.2.2 斥圈法的ILP设计59-61
• 4.3 ILP设计61-64
• 4.3.1 参数与变量定义61-62
• 4.3.2 构建ILP62-64
• 4.4 启发式算法设计64-70
• 4.4.1 算法描述64-66
• 4.4.2 理论分析与证明66-69
• 4.4.3 算法性能分析69-70
• 4.5 仿真验证70-76
• 4.5.1 COST239下基于ILP的最优设计70-72
• 4.5.2 启发式算法在小网中的设计72-73
• 4.5.3 启发式算法在大网中的设计73-75
• 4.5.4 基建费B与数据中心数目的关系75-76
• 4.6 本章小结76-77
• 第五章 总结与展望77-79
• 5.1 全文总结77-78
• 5.2 研究展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间的研究成果84-86
• 个人简历86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘晓茜;杨寿保;郭良敏;王淑玲;宋浒;;雪花结构:一种新型数据中心网络结构[J];计算机学报;2011年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王东;面向数据中心网络的新型交换机制研究[D];国防科学技术大学;2010年

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本文编号：669709