光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)資源分配的優(yōu)化算法研究.pdf

1、隨著云計算和大規(guī)模分布式科學(xué)計算等新興網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展，光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)引起了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)有很高的峰值吞吐量和極大的突發(fā)性，而且數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的請求很多都是帶寬需求都很大，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)急切需要一種物理層的技術(shù)能夠支持這種數(shù)據(jù)的傳輸。彈性光網(wǎng)絡(luò)中最近的研究表明它有非常好的頻譜資源管控性能，而且在光路層上具有次載波量級的交換粒度。同時，彈性光網(wǎng)絡(luò)可以提供巨大的帶寬和非常好的穩(wěn)定性，因此，彈性光網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的必然選擇。為了更

2、好地研究光數(shù)據(jù)中心的任播路由和頻譜分配問題，我們首先對彈性光網(wǎng)絡(luò)中的單播的路由和頻譜分配問題進(jìn)行研究。
　　我們使用單路徑和多路徑路由來解決單播的路由和頻譜分配問題。對于單路徑路由，我們提出了一些動態(tài)路由和頻譜分配算法，在網(wǎng)絡(luò)動態(tài)服務(wù)的時候?qū)崿F(xiàn)了高吞吐量。包括了兩種類型的算法，實(shí)時計算路徑的動態(tài)路由和頻譜分配算法以及動態(tài)更新備選路徑集合的動態(tài)路由和頻譜分配算法。我們將單路徑路由算法擴(kuò)展為多路徑路由算法，包括兩種類型的多路徑算法:混

3、合單路徑/多路徑實(shí)時計算路徑算法以及混合單路徑/多路徑使用固定路徑集合的算法。仿真結(jié)果表明，與兩種參考算法和所有混合路由算法相比，混合單路徑/多路徑實(shí)時計算路徑算法有最低的帶寬阻塞率結(jié)果。這是第一次在彈性光網(wǎng)絡(luò)中使用實(shí)時計算路徑和預(yù)先計算固定路徑的方法研究多路徑的動態(tài)路由和頻譜分配問題。
　　對于光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的任播問題，我們研究了靜態(tài)和動態(tài)的路由和頻譜分配問題。靜態(tài)問題是一個網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題，動態(tài)問題是動態(tài)服務(wù)問題。我們使用了一個

4、整數(shù)線性規(guī)劃模型來描述靜態(tài)問題，由于ILP模型計算復(fù)雜度很高，它只適合解決小規(guī)模問題。因此，我們提出了多種使用單一數(shù)據(jù)中心作為目的節(jié)點(diǎn)的啟發(fā)式算法來解決這個問題。我們比較了所有的啟發(fā)式算法與ILP模型最優(yōu)解的距離。我們將靜態(tài)啟發(fā)式算法進(jìn)行擴(kuò)展，同時考慮了計算資源和帶寬資源，用于解決動態(tài)問題。同時，我們設(shè)計了一個多數(shù)據(jù)中心作為目的節(jié)點(diǎn)的策略以求達(dá)到更好的效果。仿真結(jié)果表明，當(dāng)負(fù)載比較低的時候，與參考算法相比，最好的單數(shù)據(jù)中心路由算法可以降

5、低一個數(shù)量級的阻塞率;與最好的單數(shù)據(jù)中心路由算法相比，多數(shù)據(jù)中心路由算法可以降低一個數(shù)量級的帶寬阻塞率。簡而言之，當(dāng)我們使用多數(shù)據(jù)中心路由算法解決光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中任播問題的時候，它可以有效地降低網(wǎng)絡(luò)的帶寬阻塞率，同時可以充分利用帶寬資源，使得計算資源成為動態(tài)服務(wù)的瓶頸。我們注意到在光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，升級數(shù)據(jù)中心的資源比升級光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更加容易和廉價。
　　在研究光數(shù)據(jù)中心的任播問題之后，我們研究了光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源和計算資源的