光电混合数据中心网络架构与路由设计

摘要

随着云计算技术的不断发展，云计算受到了越来越多人的关注。数据中心网络连接云计算核心基础设施数据中心内部的大规模分布式服务器，自然成为企业和科研单位的研究重点。
　　数据中心网络的发展正面临着巨大的挑战。传统的数据中心网络以电分组交换为核心构建的分层树形架构，随着网络规模的扩大，树形架构网络等分带宽低、网络容量小、能耗高等缺点逐渐显露出来。光电混合数据中心网络架构和全光互连数据中心网络架构将光电路交换技术引入到了数据中心网络中，提高了网络容量，降低了网络能耗，但是光电路交换机较长的配置时间和复杂的管理将会带来较长的数据时延和较高的运营成本。同时，数据中心内部流量具有较高的突发性，用于互联网的路由机制不适用于数据中心的流量调度和路由。因此，设计新的数据中心网络架构和流量路由机制是亟待解决的问题。
　　本论文设计一种混合光波长路由和以太网电分组交换数据中心网络架构，该架构中以太网电分组交换网络和光波长路由网络协同通信。光波长路由网络以循环阵列波导光栅路由器为核心，利用其本身具有的波长循环路由特性将携带有数据的光信号路由到目的端口，整个过程只需要将数据信息调制到相应波长的光载波上，无需对波长路由网络进行配置。论文对提案网络架构进行了成本与能耗分析。数值分析结果显示：相比其他典型的网络架构，提案的混合光波长路由和以太网电分组交换数据中心网络架构能有效的降低网络成本和能耗，特别是在数据中心网络的规模不断增大的情况下。论文对提案网络架构性能进行了理论分析与仿真评价。分析结果表明：利用可调谐波长激光器实现动态波长分配的提案网络架构能有效降低光波长请求阻塞率，提高网络吞吐量，满足数据中心流量对网络带宽的动态需求。
　　论文还根据软件定义网络的数据平面与控制平面分离的思想设计了一种基于软件定义的集中式流量队列管理调度机制。基于软件定义的集中式流量队列管理调度机制的路由控制模块获知全局状态信息，并根据全局状态信息来调度到达的数据流。论文在MATLAB软件上建立数据流量调度过程仿真模型来分析和评价提案的集中式流量队列调度管理机制。仿真结果表明：软件定义的集中式流量队列调度管理机制相比于传统的随机早期检测算法对数据分组进行调度的机制能够降低数据分组丢弃率、提高网络吞吐量。

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目录

1 绪 论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3研究现状

1.4研究内容

1.5论文结构

2 数据中心网络架构与路由设计分析

2.1网络架构设计分析

2.2流量特征分析

2.3流量路由机制分析

2.4本章小结

3 基于C-AWGR的光电混合数据中心网络架构设计

3.1关键光器件技术介绍

3.2架构与光源方案设计

3.3成本与能耗分析

3.4网络性能分析

3.5本章小结

4 基于软件定义的流量调度与路由机制

4.1软件定义网络

4.2软件定义流量路由

4.3流量调度机制

4.4流量调度性能分析

4.5本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间发表的专利目录