本文關鍵詞：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡流調度優(yōu)化研究　出處：《華中科技大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：近年來,云計算、大數(shù)據(jù)、社交網(wǎng)絡等應用已經(jīng)改變人們的生活方式,成為互聯(lián)網(wǎng)時代的標志。這些應用的共同特點是需要數(shù)據(jù)中心的支持,研究高效率、低成本的數(shù)據(jù)中心成為學術界和工業(yè)界共同關注的話題。數(shù)據(jù)中心要處理大量的用戶請求,同時要處理內部服務器之間的數(shù)據(jù)交換。這些復雜的工作模式在數(shù)據(jù)中心內部服務器之間產(chǎn)生了大量分布不均和傳輸要求不同的數(shù)據(jù)流,使得網(wǎng)絡內部容易產(chǎn)生局部的擁塞,降低了網(wǎng)絡性能和用戶體驗效果。如何保證網(wǎng)絡流均勻地分布到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡鏈路上,并且保證這些網(wǎng)絡流在服務器之間無阻塞地傳輸成為保證應用性能的關鍵。本文的工作針對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡流調度展開研究,在當前網(wǎng)絡拓撲結構的基礎上盡可能地提高網(wǎng)絡的可用性,并且支持用戶的良好接入等。本文工作主要圍繞三個方面展開：首先,在云計算系統(tǒng)中,通過在服務器上部署虛擬機為用戶提供各種服務,這些虛擬機之間的數(shù)據(jù)通信成為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡內部通信的主要組成部分。已有的研究技術將相互之間通信量大的虛擬機盡可能地部署在相鄰的位置,或者通過動態(tài)遷移來減小這些虛擬機之間的數(shù)據(jù)流傳輸消耗的網(wǎng)絡資源。然而,隨著各種云計算的應用的普及和虛擬機之間的交互性,虛擬機之間的產(chǎn)生數(shù)據(jù)流變得不規(guī)則和無法預測,相互之間通信量較大的虛擬機是無法事先預知的。如何避免這些虛擬機通信引起的帶寬浪費,成為提高網(wǎng)絡性能的重要途徑。因此,設計了改進的計數(shù)布隆濾波器來檢測虛擬機之間的數(shù)據(jù)通信量,可以在線實時感知虛擬機之間的大數(shù)據(jù)流。然后定義虛擬機遷移的通信開銷函數(shù),為合理的虛擬機遷移方案提供理論基礎�；谔摂M機遷移的流調度算法利用虛擬機之間存在的通信量來判定虛擬機遷移的通信開銷,從而尋找最佳的遷移方案,減小了這些大數(shù)據(jù)流通信對網(wǎng)絡資源的消耗。其次,模塊化數(shù)據(jù)中心利用服務器之間的冗余路徑來擴展網(wǎng)絡帶寬,可以在文件傳輸和數(shù)據(jù)分發(fā)的應用時表現(xiàn)出高吞吐量。然而,云計算和社交網(wǎng)絡的應用容易產(chǎn)生長度不均勻和時間突發(fā)的數(shù)據(jù)流,導致路徑上容易產(chǎn)生擁塞,從而影響多路徑傳輸?shù)男�。當網(wǎng)絡利用率比較高時,這些擁塞導致那些數(shù)據(jù)流無法找到合適的傳輸路徑。為此,提出了一種適用于模塊化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的自適應流調度策略,當數(shù)據(jù)流產(chǎn)生的時候為多條備選路徑的計算通信開銷的函數(shù),并利用概率跳轉方法為單路徑和多路徑選擇合適的傳輸路徑。算法解決了多路徑傳輸時的低效率問題,這種數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡在支持混合流的要求時的缺陷。分析和實驗表明算法可以改進網(wǎng)絡的性能,提高網(wǎng)絡接入用戶的數(shù)量。最后,社交網(wǎng)絡應用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流具有很強的突發(fā)性特征,同時具有嚴格的實時性要求,這些特征和要求導致當前數(shù)據(jù)中心流調度方法失效。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流分布不同,社交網(wǎng)絡的用戶之間相互傳遞消息,共享圖片和視頻,這些用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流具有不同級別的實時性要求。而服務器上的文件存儲和備份等應用則產(chǎn)生需要高吞吐量但非實時性要求的數(shù)據(jù)流。當前的數(shù)據(jù)中心流調度方法無法適應這些復雜的流分布,容易導致網(wǎng)絡性能和用戶體驗下降�；趦�(yōu)先級的流調度策略利用流的長度和截止期限特征來定義并計算優(yōu)先級,并且基于優(yōu)先級給這些流來分配合適的傳輸速率,在滿足實時流的最小傳輸速率同時,最大限度的保證了網(wǎng)絡的吞吐量,可以增加用戶體驗。綜上所述,通過從不同角度對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡下流調度進行研究,提出了一系列策略來解決各種性能問題,可以保證云計算和社交網(wǎng)絡的應用性能。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP308

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本文編號：1311824