數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬分配關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、數(shù)據(jù)中心（Data Center，DC）已成為一種重要的信息通信基礎(chǔ)設(shè)施，它采用虛擬化技術(shù)將海量的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等物理資源高度整合為一個(gè)共享虛擬資源池，實(shí)現(xiàn)資源的高效共享。為了提高數(shù)據(jù)中心服務(wù)的性能和可靠性，數(shù)據(jù)中心通常分布在地理位置相距很遠(yuǎn)的世界各地，彼此之間通過高速骨干網(wǎng)絡(luò)互連，這些網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本巨大且其中發(fā)生數(shù)據(jù)丟包是不可接受的，因此，高效合理地分配利用數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)帶寬資源且保證數(shù)據(jù)流的傳輸服務(wù)質(zhì)量（Quality of Se

2、rvice，QoS）十分必要。目前，數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)中的流量傳輸調(diào)度多采用流量工程（Traffic Engineering）技術(shù)以負(fù)載均衡為目的進(jìn)行，帶寬共享方式為“盡力而為”（best effort），帶寬資源利用率高，但缺乏公平性考慮，QoS保障水平受限。在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)中，帶寬分配存在的主要問題有：(1)網(wǎng)絡(luò)全局層面：各數(shù)據(jù)中心之間分布式互連，將導(dǎo)致獲取全局流視圖困難甚至無法獲取，帶寬資源分配的全局優(yōu)化難以進(jìn)行。(2)節(jié)點(diǎn)處

3、理層面：基于流量測量實(shí)時(shí)獲取帶寬需求，預(yù)留帶寬，開銷大且“相關(guān)性”不足；面向匯聚流的帶寬分配粒度過粗且缺乏公平性。
　　本文研究聚焦在數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配關(guān)鍵技術(shù)。首先，以及時(shí)、準(zhǔn)確獲取流狀態(tài)信息為目標(biāo)，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）的集中式控制架構(gòu)提出基于流量預(yù)測的帶寬需求獲取機(jī)制，SDN的轉(zhuǎn)發(fā)控制分離模式使其可“輕松”獲取全局網(wǎng)絡(luò)視圖，通過掌握的歷史流量信息對(duì)穩(wěn)定性強(qiáng)的大流進(jìn)

4、行帶寬需求預(yù)測，減小帶寬需求獲取誤差；其次，針對(duì)現(xiàn)有的面向匯聚流的帶寬分配機(jī)制粒度過粗且缺乏公平性的問題，提出基于合作博弈的大流帶寬分配策略，權(quán)衡帶寬分配的效率與公平性；最后，對(duì)于突發(fā)性較強(qiáng)的小流，從增強(qiáng)分配的“隨動(dòng)性”角度出發(fā)，提出基于Ric ha rds模型的小流帶寬分配策略，實(shí)現(xiàn)了分配的快速自適應(yīng)匹配。本文具體研究如下：
　　1、提出基于流量預(yù)測的大流帶寬需求獲取機(jī)制
　　數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)絡(luò)中存在少量占據(jù)大部分鏈路帶寬的

5、大流，其相對(duì)穩(wěn)定可預(yù)測，可根據(jù)獲得的流視圖，即流帶寬需求的歷史信息，預(yù)測未來一段時(shí)間的流帶寬需求，為進(jìn)行帶寬分配提供依據(jù)。由于網(wǎng)絡(luò)流量的自相似性、異構(gòu)性等復(fù)雜特性，設(shè)計(jì)了長短期相結(jié)合的流量預(yù)測算法，提高預(yù)測準(zhǔn)確性。理論分析與仿真結(jié)果表明：相較于其他機(jī)制，該機(jī)制能夠有效提高帶寬分配的準(zhǔn)確性。
　　2、提出基于合作博弈的大流帶寬分配策略
　　對(duì)于大流的帶寬分配，根據(jù)預(yù)測獲得的帶寬需求，將多條流對(duì)同一鏈路帶寬的競爭分配建模為一個(gè)合

6、作博弈，各流之間競爭帶寬并以最大化整體效用為目標(biāo)，通過設(shè)計(jì)集中式的帶寬分配算法來尋求該博弈問題的納什談判解，得到優(yōu)化的帶寬分配策略。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明：該納什談判解就是進(jìn)行帶寬分配的結(jié)果，是最小帶寬保證與帶寬分配的公平性的最優(yōu)權(quán)衡，本文提出的方法既可為各流提供較高的QoS保障，又提高了整體帶寬資源利用率。
　　3、提出基于Richards模型的小流帶寬分配策略
　　對(duì)于小流的帶寬分配，由于其突發(fā)性和動(dòng)態(tài)性強(qiáng)，采用閉環(huán)反饋