光电混合数据中心网络的路由研究

摘要

随着云计算的迅速发展，作为云计算基础设施的数据中心网络，受到云计算所提供的大量服务和应用程序所驱动，导致数据中心网络业务量出现了大幅增长。为了保证云计算高质量的服务，需求对传统数据中心网络进行优化，因此数据中心网络成为了热门研究对象。使用传统全电交换的数据中心网络处理新兴应用时，电交换网络容量小、能耗高等问题变得愈发明显。为了提供更高可用带宽和更低功耗，近几年不断有新的光电混合数据中心网络架构被提出。光路的动态配置需要一段较长的时间，因此光电混合数据中心网络的路由方案需要将光路的动态配置约束加入考虑，以此起到提高网络吞吐量，降低路由花费，从而达到提高数据中心网络性能的目的。 本文首先对光电混合数据中心网络动态单需求路由问题进行抽象，并设计了一个整数线性规划模型来解决该问题。为了快速求解，本文提出了一种针对该问题的启发式算法。该方法大致分为两部分，包括根据约束条件设置拓扑图和使用最短路算法求解。仿真结果表明启发式算法大多数性能与最优解相近。 考虑到在短时间内可能有多个需求到达数据中心网络，这些需求之间存在资源竞争，此时将这些需求进行整体约束可以提高路由性能。因此本文针对光电混合数据中心网络动态多需求路由问题建立了的整数线性规划模型，同时提出了启发式算法提升求解效率。该启发式算法首先对需求进行了排序，再按照排序结果利用最短路算法求得路由，最后更新网络资源。仿真结果显示，启发式算法各方面性能都会优于未排序的结果。 最后为了快速求得多需求路由问题的最优解，本文引入了列生成算法，将一个新的多需求路由问题转化成列生成的主问题和子问题进行求解。为了进一步提升列生成算法求解速度，本文提出了两个启发式算法分别替代了列生成算法中的子问题模型和分支定界算法。从仿真结果可以得出只使用一种启发式算法的性能与最优解相近，而同时使用两种启发式算法的性能会与最优解存在较大的差距。

目录

论文封面

论文用