本文關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬分配關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《解放軍信息工程大學(xué)》 2015年

數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬分配關(guān)鍵技術(shù)研究

孟飛  

【摘要】：數(shù)據(jù)中心(Data Center,DC)已成為一種重要的信息通信基礎(chǔ)設(shè)施,它采用虛擬化技術(shù)將海量的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等物理資源高度整合為一個共享虛擬資源池,實現(xiàn)資源的高效共享。為了提高數(shù)據(jù)中心服務(wù)的性能和可靠性,數(shù)據(jù)中心通常分布在地理位置相距很遠的世界各地,彼此之間通過高速骨干網(wǎng)絡(luò)互連,這些網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本巨大且其中發(fā)生數(shù)據(jù)丟包是不可接受的,因此,高效合理地分配利用數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)帶寬資源且保證數(shù)據(jù)流的傳輸服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)十分必要。目前,數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)中的流量傳輸調(diào)度多采用流量工程(Traffic Engineering)技術(shù)以負載均衡為目的進行,帶寬共享方式為“盡力而為”(best effort),帶寬資源利用率高,但缺乏公平性考慮,QoS保障水平受限。在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)中,帶寬分配存在的主要問題有:(1)網(wǎng)絡(luò)全局層面:各數(shù)據(jù)中心之間分布式互連,將導(dǎo)致獲取全局流視圖困難甚至無法獲取,帶寬資源分配的全局優(yōu)化難以進行。(2)節(jié)點處理層面:基于流量測量實時獲取帶寬需求,預(yù)留帶寬,開銷大且“相關(guān)性”不足;面向匯聚流的帶寬分配粒度過粗且缺乏公平性。本文研究聚焦在數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配關(guān)鍵技術(shù)。首先,以及時、準(zhǔn)確獲取流狀態(tài)信息為目標(biāo),基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)的集中式控制架構(gòu)提出基于流量預(yù)測的帶寬需求獲取機制,SDN的轉(zhuǎn)發(fā)控制分離模式使其可“輕松”獲取全局網(wǎng)絡(luò)視圖,通過掌握的歷史流量信息對穩(wěn)定性強的大流進行帶寬需求預(yù)測,減小帶寬需求獲取誤差;其次,針對現(xiàn)有的面向匯聚流的帶寬分配機制粒度過粗且缺乏公平性的問題,提出基于合作博弈的大流帶寬分配策略,權(quán)衡帶寬分配的效率與公平性;最后,對于突發(fā)性較強的小流,從增強分配的“隨動性”角度出發(fā),提出基于Richards模型的小流帶寬分配策略,實現(xiàn)了分配的快速自適應(yīng)匹配。本文具體研究如下:1、提出基于流量預(yù)測的大流帶寬需求獲取機制數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)中存在少量占據(jù)大部分鏈路帶寬的大流,其相對穩(wěn)定可預(yù)測,可根據(jù)獲得的流視圖,即流帶寬需求的歷史信息,預(yù)測未來一段時間的流帶寬需求,為進行帶寬分配提供依據(jù)。由于網(wǎng)絡(luò)流量的自相似性、異構(gòu)性等復(fù)雜特性,設(shè)計了長短期相結(jié)合的流量預(yù)測算法,提高預(yù)測準(zhǔn)確性。理論分析與仿真結(jié)果表明:相較于其他機制,該機制能夠有效提高帶寬分配的準(zhǔn)確性。2、提出基于合作博弈的大流帶寬分配策略對于大流的帶寬分配,根據(jù)預(yù)測獲得的帶寬需求,將多條流對同一鏈路帶寬的競爭分配建模為一個合作博弈,各流之間競爭帶寬并以最大化整體效用為目標(biāo),通過設(shè)計集中式的帶寬分配算法來尋求該博弈問題的納什談判解,得到優(yōu)化的帶寬分配策略。理論分析和仿真實驗表明:該納什談判解就是進行帶寬分配的結(jié)果,是最小帶寬保證與帶寬分配的公平性的最優(yōu)權(quán)衡,本文提出的方法既可為各流提供較高的QoS保障,又提高了整體帶寬資源利用率。3、提出基于Richards模型的小流帶寬分配策略對于小流的帶寬分配,由于其突發(fā)性和動態(tài)性強,采用閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)實時分配帶寬,基于Richards曲線設(shè)計鏈路的反饋控制因子作為此系統(tǒng)的反饋量,可對突發(fā)流量做出平滑響應(yīng),并根據(jù)時延敏感性的不同通過采用不同的異速生長參數(shù)得到不同的流量速率增長曲線,滿足時延敏感流量的QoS需求。仿真結(jié)果表明,本文提出的方法可有效保障時延敏感流的低時延需求,整體上提供了較高的平均帶寬分配滿足度,效率較高;同時可保證較高的帶寬分配公平性。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP308
【目錄】：

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