發(fā)布時(shí)間：2018-11-20 11:53

【摘要】：隨著云計(jì)算服務(wù)的快速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心作為提供信息存儲和信息處理能力的重要載體,是支撐新一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施。激增的用戶數(shù)和業(yè)務(wù)量以及紛繁變化的業(yè)務(wù)模式導(dǎo)致了數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷增大,數(shù)據(jù)中心間信息流不斷增長,海量信息進(jìn)行高效高性能通信處理的需求愈發(fā)突出。傳統(tǒng)以電交換為核心技術(shù)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)遇到了帶寬容量、能量消耗及傳輸距離等技術(shù)瓶頸。光互聯(lián)憑借著其超大容量、高帶寬和高能效等優(yōu)勢,成為適應(yīng)大規(guī)模數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)需求的關(guān)鍵技術(shù)之一。 數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)中存在著資源異質(zhì)性與技術(shù)異構(gòu)性的特征。針對日益提升的用戶數(shù)量與高等級用戶服務(wù)質(zhì)量需求,數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)面臨著組網(wǎng)與控制的巨大挑戰(zhàn)。具體的,數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)主要有兩大組網(wǎng)方式,一種是從資源形態(tài)角度,將接入網(wǎng)、核心網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心等異構(gòu)資源沿水平方向“異構(gòu)-跨層”組網(wǎng)；另一種則從流量工程出發(fā),將不同交換粒度網(wǎng)絡(luò)沿垂直方向“多層-承載”互聯(lián)。進(jìn)而在組網(wǎng)架構(gòu)中形成三種應(yīng)用場景,分別為面向用戶接入的用戶到數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、數(shù)據(jù)中心間光互聯(lián)以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)部光互聯(lián)場景。圍繞不同場景,出現(xiàn)了面向數(shù)據(jù)中心用戶接入的遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)中心間光互聯(lián)中多層級資源優(yōu)化以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)部光互聯(lián)的時(shí)間感知資源調(diào)度等組網(wǎng)與控制關(guān)鍵問題。 針對上述問題與挑戰(zhàn),本論文以面向數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)的軟件定義組網(wǎng)與集成控制為研究核心,針對垂直“多層-承載”與水平“異構(gòu)-跨層”的組網(wǎng)方式,圍繞數(shù)據(jù)中心用戶接入,基于光電混合組網(wǎng)、WDM光網(wǎng)絡(luò)和彈性光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心間光互聯(lián)以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)部光互聯(lián)若干應(yīng)用場景展開研究工作,在架構(gòu)模型、實(shí)現(xiàn)機(jī)理和控制策略三個方面深入分析,并在數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)實(shí)驗(yàn)與仿真平臺上分別進(jìn)行了性能驗(yàn)證。相關(guān)研究工作對數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)的廣泛應(yīng)用及軟件定義組網(wǎng)與控制的實(shí)用化具有重要參考意義。 主要創(chuàng)新成果如下： (1)在數(shù)據(jù)中心用戶接入場景中,針對接入用戶的遠(yuǎn)程控制問題,圍繞用戶接入靈活和高等級服務(wù)質(zhì)量需求特點(diǎn),提出了一種數(shù)據(jù)中心應(yīng)用驅(qū)動的軟件定義光接入網(wǎng)絡(luò)(SDAON)結(jié)構(gòu)。通過設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)的協(xié)議與控制機(jī)制,利用服務(wù)感知的流量調(diào)度策略,克服了傳統(tǒng)接入網(wǎng)配置僵化與運(yùn)維低效的難題,完成基于OpenFlow的無源光網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程統(tǒng)一控制功能,實(shí)現(xiàn)不同接入域之間帶寬資源的動態(tài)調(diào)度與按需分配。搭建了OpenFlow使能軟件定義光接入網(wǎng)實(shí)驗(yàn)與仿真系統(tǒng),驗(yàn)證了SDAON能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率,通過統(tǒng)一的控制接口保障每個用戶的服務(wù)質(zhì)量,利用遠(yuǎn)程交互方式降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本。 (2)在支持光電混合“多層-承載”的數(shù)據(jù)中心間光互聯(lián)場景中,針對電交換網(wǎng)絡(luò),光傳輸網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)中心應(yīng)用等多層資源調(diào)度協(xié)同問題,創(chuàng)新性提出了一種基于多個OpenFlow控制器協(xié)作的多層資源集成(MSRI)方法,并設(shè)計(jì)了服務(wù)感知的流估計(jì)策略及相應(yīng)的協(xié)議擴(kuò)展和實(shí)現(xiàn)方案,突破了多層網(wǎng)絡(luò)間交互封閉的限制,通過分析先前的流狀態(tài)與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)條件,決定IP分組網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)中哪些資源更適合為新業(yè)務(wù)請求提供高效服務(wù)。實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果表明,通過多控制器間的資源信息交換,MSRI方法能有效實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)、光網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層資源的聯(lián)合優(yōu)化,增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心對端到端服務(wù)要求的快速響應(yīng)。該成果應(yīng)邀發(fā)表在IEEE期刊Journal of Optical Communications and Networking,對促進(jìn)多層資源調(diào)度的實(shí)用化發(fā)展具有參考價(jià)值。 (3)在基于WDM光網(wǎng)絡(luò)“異構(gòu)-跨層”組網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心間光互聯(lián)場景中,圍繞關(guān)注網(wǎng)絡(luò)性能的高等級數(shù)據(jù)中心服務(wù)質(zhì)量需求,重點(diǎn)研究了針對網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用資源的異構(gòu)資源跨層優(yōu)化(CSO)問題,提出一種面向跨層優(yōu)化的OpenFlow使能光網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一控制體系,利用可軟件定義的優(yōu)勢將網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用資源統(tǒng)一抽象,通過動態(tài)全局負(fù)載均衡機(jī)制及災(zāi)難場景下跨層恢復(fù)方法,實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源的跨層優(yōu)化使用。實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果表明,使用該體系能夠完成應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)資源的聯(lián)合優(yōu)化,提高從應(yīng)用層到網(wǎng)絡(luò)層雙向的快速響應(yīng)能力,通過優(yōu)化利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用資源提升用戶的應(yīng)用體驗(yàn)質(zhì)量,最終達(dá)到光即服務(wù)的目標(biāo)。 (4)在基于彈性光網(wǎng)絡(luò)“異構(gòu)-跨層”組網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心間光互聯(lián)場景中,針對數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的超波長帶寬與高等級端到端服務(wù)質(zhì)量需求,結(jié)合軟件定義組網(wǎng)機(jī)制,創(chuàng)造性提出并實(shí)現(xiàn)了一種面向數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的基于彈性光網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)型軟件定義組網(wǎng)(eSDN)架構(gòu),通過采用傳送感知的跨層優(yōu)化策略,實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用層和彈性光網(wǎng)絡(luò)物理層之間的聯(lián)合,具備對調(diào)制格式、帶寬等的智能調(diào)整能力,設(shè)計(jì)了利用非連續(xù)頻譜碎片的多流頻譜級聯(lián)(MFVC)方法及實(shí)現(xiàn)模型,完成了業(yè)界首個基于彈性光網(wǎng)絡(luò)的eSDN實(shí)驗(yàn),成果作為Post-deadline論文發(fā)表在全球光通信大會OFC2013上。 (5)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部光互聯(lián)場景中,圍繞數(shù)據(jù)中心內(nèi)部業(yè)務(wù)高突發(fā)性和時(shí)間敏感性的特征,針對時(shí)間感知的資源調(diào)度問題,創(chuàng)新性提出了一種基于OpenFlow數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的時(shí)間感知軟件定義組網(wǎng)方法(TaSDN),設(shè)計(jì)了相關(guān)協(xié)議擴(kuò)展和實(shí)現(xiàn)方案,在控制器中部署了時(shí)間感知的服務(wù)調(diào)度策略,通過區(qū)分時(shí)延敏感與時(shí)延容忍業(yè)務(wù)及不同時(shí)延需求,實(shí)現(xiàn)了考慮時(shí)間因素、具有靈活服務(wù)帶寬和服務(wù)時(shí)間的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)調(diào)度。實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果表明,該方法能夠通過考慮時(shí)間因素,靈活分配網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用資源,實(shí)現(xiàn)保證所需服務(wù)質(zhì)量的業(yè)務(wù)提供,并提升數(shù)據(jù)中心內(nèi)部業(yè)務(wù)快速響應(yīng)能力。
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【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2344840