【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�？煽拷M數(shù)據(jù)傳輸被廣泛的應(yīng)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(guān)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(luò)貢獻(xiàn)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(kuò)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(jìn)行可靠組數(shù)據(jù)傳輸,因為它們或者不具有可擴(kuò)展性(如可靠IP組播),或者不能高效的利用網(wǎng)絡(luò)帶寬(如基于終端的覆蓋網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,不能充分的利用數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的帶寬。 近年來,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)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(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(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(luò)設(shè)備提供了數(shù)據(jù)包緩存能力,因為它們集成了CPU和內(nèi)存。這些網(wǎng)絡(luò)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(shè)計提供了新的機(jī)會。 通過探索這些數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢所提供的設(shè)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(shè)計的系統(tǒng),它的目標(biāo)是在數(shù)據(jù)中心中提供一個可擴(kuò)展的和具有高帶寬利用率的可靠組數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。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(nèi)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(shè)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(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)構(gòu)造多棵邊不相交的生成樹,再對其進(jìn)行剪枝,最后使用BFS (Breadth First Search)修復(fù)被網(wǎng)絡(luò)故障破壞的Steiner樹。該算法具有較低的時間復(fù)雜度,并且可以在存在網(wǎng)絡(luò)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(luò)設(shè)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(fù)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(jìn)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(kuò)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(luò)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(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。本文提出的數(shù)學(xué)模型主要針對Datacast擁塞控制算法的基本方法AIMD進(jìn)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(dāng)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(fù)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(kuò)展性和高帶寬利用率。 4.針對在只有部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持?jǐn)?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(fù)雜度的Steiner樹最大傳輸速率改進(jìn)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(luò)設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)緩存能情況下高速的進(jìn)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(jié)果都驗證了本文的理論結(jié)果,也說明了Datacast取得了可擴(kuò)展性和高帶寬利用率。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP308

【引證文獻(xiàn)】

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

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本文編號：2529513