【摘要】：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是近年來的新興的云計(jì)算中提供業(yè)務(wù)支持的重要基礎(chǔ)平臺。當(dāng)前主流的基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的性能嚴(yán)重受制于由不均衡的流量分布造成的網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是固定的，對于產(chǎn)生高額流量的熱點(diǎn)節(jié)點(diǎn)而言，它們并不能獲得與需求所匹配的可用帶寬，而由此產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)延遲會進(jìn)一步影響整個系統(tǒng)的性能。與以太網(wǎng)不同，，無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以靈活的進(jìn)行調(diào)整，因而可以利用這個特征動態(tài)的滿足熱點(diǎn)的流量需求。本文圍繞在數(shù)據(jù)中心中引入無線網(wǎng)絡(luò)以優(yōu)化其性能的問題展開工作，設(shè)計(jì)了支持無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，研究了其中最為核心的無線調(diào)度問題。 本文探討了在數(shù)據(jù)中心中使用無線的可行性，設(shè)計(jì)了一套有線/無線混合的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)EWHA及相應(yīng)的分布式的無線調(diào)度機(jī)制，通過以太網(wǎng)與無線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作，高效的根據(jù)流量分布的變化改變無線網(wǎng)絡(luò)配置，解決熱點(diǎn)的高流量引起的帶寬供給不足問題。 針對調(diào)度機(jī)制中最為關(guān)鍵的無線鏈路的建立和信道分配問題，本文基于避免沖突無線傳輸?shù)膮f(xié)議干擾模型，對無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，并綜合考慮了天線、信道以及干擾等多方面因素；提出了最小化熱點(diǎn)流量和最大化網(wǎng)絡(luò)效用兩種解決思路，分別提供了一個貪心算法MMS和一個基于匹配理論的迭代算法MUS進(jìn)行求解。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文的解決方案能夠顯著的利用無線傳輸提高數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)整體性能。 本文將協(xié)議干擾模型的方案擴(kuò)展到更為實(shí)際的、考慮到不同干擾強(qiáng)度的物理干擾模型中，通過引入信干噪比以及可變無線傳輸速率等因素進(jìn)行擴(kuò)展，進(jìn)一步深化了基于最大化網(wǎng)絡(luò)效用調(diào)度無線的方案，提出了一個優(yōu)化設(shè)計(jì)的遺傳算法GAS和基于松弛-對齊理論的解決方案RRS，前者能夠高效的處理隨時間進(jìn)化的流量分布，而后者能夠獲得性能不低于最優(yōu)解1/2的調(diào)度方案。通過詳細(xì)的性能評價，驗(yàn)證了這兩個算法能夠有效的解決無線調(diào)度問題，同時改善網(wǎng)絡(luò)的吞吐量等性能指標(biāo)。
[Abstract]:Data center network is an important basic platform to provide business support in cloud computing in recent years. The performance of the current mainstream ethernet-based data center networks is severely constrained by network congestion caused by uneven traffic distribution. Because the topology is fixed, they can not get the available bandwidth to match the requirements for hot nodes which generate high traffic, and the resulting network delay will further affect the performance of the whole system. Different from Ethernet, the topology of wireless network can be adjusted flexibly, so it can be used to dynamically meet the traffic requirements of hot spots. This paper focuses on the problem of introducing wireless network into the data center to optimize its performance, designs the data center network architecture to support wireless transmission, and studies the most core wireless scheduling problem. This paper discusses the feasibility of using wireless in the data center, designs a wired / wireless hybrid data center network architecture EWHA and the corresponding distributed wireless scheduling mechanism, and works together through Ethernet and wireless network. Efficiently change the wireless network configuration according to the change of traffic distribution, solve the problem of bandwidth shortage caused by hot high traffic. Aiming at the establishment of wireless link and channel assignment which is the most critical problem in scheduling mechanism, this paper models the wireless data center network based on the protocol interference model to avoid collision, and considers the antenna synthetically. In this paper, we propose two solutions, including channel and interference, to minimize hot spot traffic and maximize network utility. A greedy algorithm (MMS) and an iterative algorithm (MUS) based on matching theory are proposed to solve the problem. Simulation results show that the proposed solution can significantly improve the overall performance of data center network by wireless transmission. In this paper, the scheme of protocol interference model is extended to be more practical, and considering the physical interference model with different interference intensity, the signal-to-noise ratio and variable wireless transmission rate are introduced to expand. This paper further deepens the wireless scheme based on maximizing network utility scheduling, and proposes a genetic algorithm (GAS) for optimal design and a solution based on loose-alignment theory, which can efficiently handle the traffic distribution over time. The latter can obtain a scheduling scheme with performance not less than 1 / 2 of the optimal solution. Through the detailed performance evaluation, it is verified that these two algorithms can effectively solve the wireless scheduling problem and improve the network throughput and other performance indicators.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TP308

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本文編號：2154632