【摘要】：可靠組數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)中心中的一個重要傳輸模式。在可靠組數(shù)據(jù)傳輸中,數(shù)據(jù)源需要可靠的把數(shù)據(jù)分發(fā)給一個接收端的集合。可靠組數(shù)據(jù)傳輸被廣泛的應用于現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中,如GFS、Amazon EC2和Vindows AZure�？煽拷M數(shù)據(jù)傳輸對這些數(shù)據(jù)中心中的系統(tǒng)的性能起著至關重要的作用。 在數(shù)據(jù)中心中,可能同時存在大量的可靠組數(shù)據(jù)傳輸,而且每個傳輸組可能包含大量的接收者。這些可靠組數(shù)據(jù)傳輸還為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡貢獻了大量的流量。因此,數(shù)據(jù)中心中的可靠組數(shù)據(jù)傳輸需要具有可擴展性和高帶寬利用率。 現(xiàn)有的方法不適用于在數(shù)據(jù)中心中進行可靠組數(shù)據(jù)傳輸,因為它們或者不具有可擴展性(如可靠IP組播),或者不能高效的利用網(wǎng)絡帶寬(如基于終端的覆蓋網(wǎng)絡系統(tǒng))。另一方面,現(xiàn)有的方法也沒有針對數(shù)據(jù)中心的結構特點進行數(shù)據(jù)傳輸,不能充分的利用數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的帶寬。 近年來,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的發(fā)展有兩個明顯的趨勢：1)現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲結構(如BCube、CamCube)都為可靠組數(shù)據(jù)傳輸提供了多棵邊不相交的Steiner樹；2)網(wǎng)絡設備提供了數(shù)據(jù)包緩存能力,因為它們集成了CPU和內存。這些網(wǎng)絡發(fā)展的趨勢為數(shù)據(jù)中心中的可靠組數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設計提供了新的機會。 通過探索這些數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡發(fā)展趨勢所提供的設計空間,本文提出Datacast來解決數(shù)據(jù)中心中的可靠組數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。Datacast是一個集中式設計的系統(tǒng),它的目標是在數(shù)據(jù)中心中提供一個可擴展的和具有高帶寬利用率的可靠組數(shù)據(jù)傳輸服務。Datacast包括了下列主要工作： 1.針對現(xiàn)有的方法不能在較短時間內計算出數(shù)據(jù)中心中足夠多的邊不相交的Steiner樹的問題,本文設計了一個多棵邊不相交的Steiner樹算法。該算法首先根據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的拓撲結構特點構造多棵邊不相交的生成樹,再對其進行剪枝,最后使用BFS (Breadth First Search)修復被網(wǎng)絡故障破壞的Steiner樹。該算法具有較低的時間復雜度,并且可以在存在網(wǎng)絡故障的情況下計算出足夠多的邊不相交的Steiner樹。 2.為了實現(xiàn)每一棵Steiner樹上的高效的可靠組數(shù)據(jù)傳輸,本文提出了一個單速率組播擁塞控制算法。通過借助網(wǎng)絡設備的數(shù)據(jù)包緩存能力,Datacast擁塞控制算法首次提出以重復請求包作為擁塞控制信號,使用基于速率的AIMD (Additive Increase and Multiplicative Decrease)方法進行組播的擁塞控制。Datacast擁塞控制算法有效的同步了接收者,幫助Datacast取得了可擴展性和高帶寬利用率。Datacast擁塞控制算法簡單有效的解決了網(wǎng)絡中的經(jīng)典的單速率組播擁塞控制問題。 3.本文對Datacast擁塞控制算法進行了數(shù)學建模。本文提出的數(shù)學模型主要針對Datacast擁塞控制算法的基本方法AIMD進行分析。通過對這個模型的分析,本文提出了兩個定理,分別描述了Datacast對緩存的需求和其帶寬利用率。本文發(fā)現(xiàn),當緩存大小大于一個很小的閾值(如125KB)時,Datacast可以在全速率工作,并且發(fā)送的重復數(shù)據(jù)包很少(如1.19%)。這個模型從理論上證明了Datacast擁塞控制算法幫助Datacast取得了可擴展性和高帶寬利用率。 4.針對在只有部分網(wǎng)絡設備支持數(shù)據(jù)緩存情況下Datacast的數(shù)據(jù)傳輸問題,本文提出了Datacast的增量部署方案。在Datacast增量部署方案中,本文首先提出了一個具有線性時間復雜度的Steiner樹最大傳輸速率改進算法,該算法通過加入原Steiner樹的反向邊來使接收者從對等結點中獲取數(shù)據(jù),有效的提高了Steiner樹的最大傳輸速率。然后,本文提出用增加輔助緩存結點的方法來解決虛假的擁塞控制信號問題。Datacast增量部署方案使Datacast可以在只有部分網(wǎng)絡設備支持數(shù)據(jù)緩存能情況下高速的進行數(shù)據(jù)傳輸。 5.本文在NS3上實現(xiàn)了Datacast,并使用ServerSwitch平臺搭建了Data-cast。本文通過仿真和實驗驗證了Datacast。仿真和實驗的結果都驗證了本文的理論結果,也說明了Datacast取得了可擴展性和高帶寬利用率。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP308

【引證文獻】

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1 龍騰;荀鵬;;基于Click系統(tǒng)的優(yōu)先級轉發(fā)軟件路由器[J];計算機系統(tǒng)應用;2015年10期

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1 張海波;基于RFID技術的數(shù)據(jù)中心資產及人員管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];中國科學院大學(工程管理與信息技術學院);2015年

2 陳寶玉;基于最鄰近查詢的節(jié)能數(shù)據(jù)傳播技術研究[D];中南大學;2014年

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本文編號：2529513