基于OBS网络的光子网格体系架构及关键技术研究

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高性能计算应用需求的迅速发展使得网格计算的概念应运而生。网格计算可以将地理上分布、系统异构的各种高性能计算机、数据服务器、大型检索存储系统和可视化、虚拟现实系统等,通过高速互连网络连接并集成起来,以此来共同解决大型应用的计算问题。随着网格概念的不断扩充,新的网格应用不断被提出,例如媒体编辑、虚拟现实等,而网格业务对于网络性能提出了更高的要求。 全光网络成为未来网格发展必然的承载体。光突发交换网络作为下一代光网络的有力竞争者,其突发组帧以及传输与控制分离的特性使得光突发交换网络与网格体系有天然的契合。然而,如何在OBS网络基础上构筑集成模型的光子网格体系、以及如何实现其中的信息服务与资源管理都没有深入的研究。为此,本论文在国内外现有研究的基础之上,对上述课题进行了初步研究。具体可以总结如下: 1)针对部分学者提出使用“Anycast”机制、并基于JET-OBS网络建立光子网格,本论文认为基于Anycast由于没有具体的信息服务机制整体显得无序,这就使得在大范围跨度下可能出现严重的资源浪费。本论文提出了分层的分布式网格信息服务机制。该体系下,用于信息服务的服务器被分为两层:GRNS和BGRNS,而对应的提出了子域、域、以及核心域的概念。每一个服务器都会获得对应范围内的服务资源分布信息,并拥有自身的处理能力,应答网格用户提出的资源请求。而在资源发现机制上,分布式信息服务可以提供单向的资源预约与双向的资源预约,对应到OBS网络的单向资源预约与双向资源预约上。 2)针对分布式信息服务机制,本论文提出了基于分布式WR-OBS网络的光子网格体系。该体系下实现了服务器与节点的对应以及控制信令的对应,并给出了光子网格体系的工作流程。仿真结果显示,双向的资源预约在资源预约成功率上占优,而网格中目的节点的不确定,使得在平均时延上也体现出新的特性,单向资源预约不再占据绝对优势。 3)针对逐个的资源预约,本论文提出了批量资源调度算法。在批量调度过程中,一方面,可以先为被调度的任务群首先寻找最匹配的网格服务资源,寻求最大化的服务资源利用程度,然后再使用主动式波长调度算法,尽量避免网络中的拥塞;另一方面,也可以基于网络流量工程,优先将网格任务群调度到网络较为空闲的节点中,使得任务获得合适的网格资源。仿真结果显示,这两种调度算法在引入额外时延的同时,也进一步改善了网格环境中的资源利用率。在此基础上,本论文对QoS机制进行了仿真。 4)光突发交换网络中的突发组装与延迟预约引入了延迟损伤与关联增益等TCP传输的新特性,这使得OBS网络中的TCP传输性能成为重要的研究课题之一。本论文验证了JET-OBS网络中存在一个最佳偏置时间使得TCP可用带宽最大化;同时,针对WR-OBS网络提出了突发组装过程与资源预约过程并行算法,该算法下极大的改善了网络的端到端时延特性,在轻负载情况下网络丢包率也有所改善,TCP性能也得到较大改善。
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