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跨数据中心广域网传输调度技术研究

跨数据中心广域网传输调度技术研究

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作者：喻琳鉴电子科技大学

学位级别：硕士

随着互联网服务的蓬勃发展,越来越多的大型服务提供商在全球不同地区构建大型数据中心以提供更优质的服务。为更好地支撑多个不同地域的数据中心间传输业务数据,跨数据中心广域网开始出现,并成为当今社会最重要的基础设施之一。面对数... 详细信息

随着互联网服务的蓬勃发展,越来越多的大型服务提供商在全球不同地区构建大型数据中心以提供更优质的服务。为更好地支撑多个不同地域的数据中心间传输业务数据,跨数据中心广域网开始出现,并成为当今社会最重要的基础设施之一。面对数据中心间爆发式增长的传输数据量,如何利用成本高昂且扩容缓慢的广域网带宽,提高数据中心间大规模数据传输调度效率成为亟待解决的瓶颈问题。然而,现有传输调度方案的灵活性不足,缺乏面向不同传输需求提供定制化传输服务的能力,难以充分利用广域网带宽资源以提高传输效率。为此,本文重点研究跨数据中心广域网传输调度问题,面向具有一到多通信模式和严格完成时限的两类常见传输需求,提出基于动态多源和基于云加速的高效传输调度算法,并通过大量基于真实拓扑的仿真实验验证所提算法的有效性。本文的主要工作如下:(1)针对具有一到多通信模式的数据传输问题,本文提出基于动态多源的一到多传输调度技术。首先,本文利用跨数据中心广域网节点间链路带宽远低近高的特点,设计基于带宽分布的网络节点分簇方法。基于此,在传输调度过程中,本文将每个请求的接收节点划分为多个相互独立的节点组,并提出Flex Cast算法计算各节点组的传输调度方案。Flex Cast的核心思想是,在传输过程中策略性地构造多个数据源以实现并行传输加速。为此,Flex Cast将传输调度解耦为路由选择和带宽分配,根据实时业务量和网络带宽动态构建多棵斯坦纳树,实现负载均衡的路由,并结合启发式调度与优化模型最优求解,快速计算出高效的带宽分配方案。实验结果表明,相较于已有算法,Flex Cast可降低20%-84%的传输完成时间。(2)针对具有严格完成时限的数据传输问题,本文提出基于云加速的时限感知传输调度技术。首先,针对跨数据中心广域网带宽增长缓慢这一现状,本文创新性地提出使用高速云代理加速数据传输的新思路。考虑云代理引入的开销,本文研究传输完成时限下利润最大化的传输调度问题,并对该问题进行了形式化建模。为高效求解该NP难问题,本文将其解耦为最小化成本和最大化收益子问题,并设计基于优化理论的PRATER算法,迭代式地多次求解这两个子问题,在可接受的调度时间内计算出近似最优解,通过使用尽可能低的成本按时完成尽可能多的数据传输请求,实现服务提供商的较优利润。实验结果表明,相较于已有算法,PRATER可实现约2.4×-6.1×的利润提升。

关键词：跨数据中心广域网流量调度一到多完成时限

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