跨数据中心网络数据传输调度研究

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随着跨地域大数据分析、内容分发等在线业务的快速发展和大规模应用,跨数据中心广域网的流量爆发式增长。相比于数据中心内部网络,广域网带宽资源非常稀缺。不合理的带宽资源分配将造成应用性能损失,同时带来较高的链路带宽成本。现有针对数据中心间流量的传输调度方案主要关注一点到一点(Point-to-Point,P2P)的传输需求,不能很好适用于具有多点到一点(Multi Point-to-Point,MP2P)和一点到多点(Point-to-Multi Point,P2MP)通信模式的数据传输需求,难以获得最佳的传输性能。针对现有工作的不足,本文重点研究跨数据中心网络MP2P和P2MP的传输调度问题,提出考虑流量特点和网络特性的高效传输调度算法,通过仿真实验验证算法有效性。本文主要工作内容如下:(1)针对MP2P的汇聚流传输需求,本文研究了这类汇聚流的特点并提出了一种分层聚合的流量汇聚方案。首先,以最小化MP2P传输完成时间为目标将单个传输请求的传输调度问题建模成一个混合整数线性规划问题,对问题求解的复杂性等进行分析。在此基础上,提出一种基于线性规划松弛技术和随机舍入技术的传输调度算法2AGG,实现问题的高效求解。进一步地,提出了在线多请求联合调度算法2AGG-M。实验结果表明,2AGG和2AGG-M相较于已有算法能够将MP2P流量的传输完成时间减少30%-70%。(2)针对P2MP的分发流传输需求,本文研究了此类分发流的特点并提出了基于多播路由的流量分发方案。首先,以最小化网络带宽成本为目标对问题进行了数学建模,分析了问题求解的复杂性。在此基础上,本文提出一种在线P2MP流量调度算法CDScheduler。CDScheduler通过分步求解的方式,在最小化链路带宽成本的同时,提高网络吞吐以加速各个传输请求的完成。本文将CDScheduler算法与现有算法进行对比分析。实验结果表明,CDScheduler算法相较于对比算法能够有效减少最高可达70%的网络带宽成本,同时提高了链路带宽利用率。
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