基于数据中心Fat Tree网络的节能路由算法及研究

摘要

云计算作为一种利用互联网提供便捷式和按需分配共享资源的商用计算模式，现在变得越来越流行。作为云计算基础设施平台的数据中心，近年来随着云计算的飞速发展，其规模呈指数级增长。目前数据中心面临着布线复杂、对分带宽低、能耗急速上升等诸多问题，本文围绕数据中心网络的能耗问题展开研究。
　　本文首先介绍近年来国内外数据中心能耗发展现状以及数据中心的能耗组成情况，接着整理和总结现有数据中心网络与服务器的节能技术。在此基础上，从网络设备的功耗和工作时间两方面进行考虑，提出一种基于流量限制的节能路由算法。该节能路由算法根据网络中交换机端口流的数量，将流划分为受网络限制的流和受服务器限制的流。对于受网络限制的流，本文采用均衡路由方式分配路径，使得该流选择低负载的路径，避免网络拥塞；而对于受服务器限制的流，采用汇聚的路由方式，使得该流可以充分利用网络资源，从而降低网络的能耗。最后，本文建立了基于Fat Tree数据中心网络能耗模型，并且通过仿真分析与现有节能路由算法进行对比，结果验证了该路由算法的节能性。
　　与电交换数据中心网络架构相比，光互连数据中心网络架构具有相当大的优势。光电混合的Fat Tree网络架构是一种常见网络架构形式。本文基于光电混合Fat Tree网络架构建立一种能耗模型，该模型以网络中电交换机、光交换机及相应的光传输设备的功耗值作为输入，通过对光电混合Fat Tree网络架构中的电网络能耗与光网络能耗分别建模分析，计算得出整个光电混合Fat Tree网络架构的能耗值。本文对光电混合Fat Tree网络架构和传统电交换Fat Tree网络在不同流量负载和网络规模条件下的能耗进行仿真对比分析。结果表明光电混合Fat Tree网络架构能够更好的节能。

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第一章 绪论

1.1云计算的概念和发展现状

1.2数据中心的概述

1.3国内外数据中心能耗发展现状

1.4数据中心能耗分布

1.5本文研究重点

1.6论文内容及本文结构

第二章 相关工作

2.1 能耗浪费的原因

2.2 现有的数据中心节能技术

2.3数据中心服务器的节能技术

2.4 数据中心网络的节能技术

2.5服务器和网络结构相结合的节能技术

第三章 基于流量限制的数据中心网络节能路由

3.1 研究背景

3.2 数据中心Fat Tree网络能耗模型

3.3 基于流量限制的节能路由

3.4 算法描述

3.5 性能评估和分析

第四章 面向光电混合数据中心网络架构的建模分析

4.1 现有光电混合数据中心网络架构

4.2 光电混合Fat Tree的能耗模型

4.3 光电混合Fat Tree路由策略

4.4 仿真分析

第五章 总结

参考文献

致谢

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