基于地面分布式数据中心的天地一体化网络架构设计

摘要

随着人类科学事业的不断发展，地面网络覆盖范围的局限性导致计算机网络已经不能满足人们对更广阔、更深远的空间进行探索，但是数据中心的应用大大提高了地面网络的计算、存储等能力，分布式数据中心架构的兴起也为网络提供更广泛的接入端口。同时，传统卫星通信系统使用的单星模式暴露出资源供给不足、业务处理能力单一的缺陷，使得多星组网和组建天基网络系统成为了当前的研究热点，在现实中已经有了部分应用。结合上述特点，将数据中心网络与卫星网络结合，建设天基与地基信息共享的天地一体化网络必然会成为未来网络的演进方向。正是基于此种背景下，本文针对一体化网络展开研究。
　　本文对一体化网络的工作主要集中于两个方面，一方面是针对一体化网络资源部署策略的研究，由于卫星网络资源有限，数据中心部署在星上会带来高昂的代价，因此在地面网络、卫星网络和星地网络具有各自不同传输特点的前提下，如何合理地调度数据中心组件资源，利用分布式带来的良好的灵活性和可扩展性，为空中业务提供广泛的接口是本文讨论的重点内容。我们在给定外部请求量和内部机架之间的交换量情况下，根据外部请求代价、数据中心内部代价、卫星传输代价、星地传输代价等多种因素折中，通过ILP(Integer LinearProgramming，整数线性规划)设计，以网络建设总代价最小化为目标，进行仿真实验后得到了一体化网络的最优化设计方案。所得到的网络架构能很好地满足一体化网络的要求，提供了一种具有竞争力的信息平台设计架构。
　　另一方面，本文针对一体化网络的可生存性问题给出相应的分析和设计。网络的可生存性代表着网络受损后维持原始服务的能力，因此我们主要进行一体化网络链路失效和节点失效两类问题进行讨论。对于链路失效问题，我们分别对星际链路、星地链路和地面光纤链路设计不同失效概率，最后设计ILP得到网络最优化的资源部署方案;对于节点失效，我们设计快速保护机制，利用节点提供备份的方式，保障在网络节点失效后，一体化网络仍然能够正常运行，并通过ILP设计进行仿真验证。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题背景与研究意义

1．2 论文的主要贡献

1．3 论文的组织结构

第2章 研究现状概述

2．1 卫星通信系统研究进展

2．1．1 国外卫星通信发展

2．1．2 国内卫星通信发展

2．2 数据中心网络发展现状

2．2．1 传统数据中心网络

2．2．2 基于光网络的数据中心

2．2．3 数据中心网络流量特征

2．3 天基网络与地面网络的融合

2．4 本章小结

第3章 天地一体化网络资源部署

3．1 一体化网络模型

3．1．1 地基子系统

3．1．2 天基子系统

3．1．3 问题描述

3．2 ILP设计

3．2．1 ILP简述

3．2．2 参数与变量定义

3．2．3 ILP优化模型构建

3．3 网络仿真

3．3．1 网络参数设置

3．3．2 ILP仿真结果

3．3．3 仿真参数对一体化网络资源部署的影响

3．4 本章小结

第4章 天地一体化网络可生存性设计

4．1 一体化网络可生存性分析

4．2 链路失效

4．2．1 问题描述与模型建立

4．2．2 ILP设计

4．2．3 网络仿真与分析

4．3 节点失效

4．3．1 问题描述与模型建立

4．3．2 ILP设计

4．3．3 网络仿真与分析

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢