一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施中數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的新型體系結(jié)構(gòu)和負(fù)載均衡方法研究.pdf

1、一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施是支持一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的信息支撐平臺，能將全部軍事力量融合成一個有機整體，是我軍支持一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的軍事力量倍增器，是未來高技術(shù)條件下信息化戰(zhàn)爭的重要基礎(chǔ)支撐。而數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)則是一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施處理海量數(shù)據(jù)計算和存儲的心臟和大腦，對其關(guān)鍵技術(shù)的研究對于我軍基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展有著現(xiàn)實而緊迫的意義。本文針對目前一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中存在缺乏高性能互聯(lián)體系結(jié)構(gòu)模塊化構(gòu)建和非正則性高效且較低復(fù)雜度的負(fù)載平衡等多個方面的問題

2、，對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)、拓?fù)湫再|(zhì)和負(fù)載平衡等若干關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入研究。首先研究了基于Kautz-M?bius Cube組合圖的常量度數(shù)新型數(shù)據(jù)中心體系結(jié)構(gòu)KMcube，研究了KMcube的構(gòu)建方法和拓?fù)湫再|(zhì)；其次，深入研究了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) KMcube的模塊化性、非正則性和路由副本等問題；最后研究了基于非對稱balls-into-bins的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)資源負(fù)載平衡方法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了我軍一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)

3、據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的一系列理論和現(xiàn)實問題，從數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、虛擬化、應(yīng)用現(xiàn)狀、國內(nèi)發(fā)展和負(fù)載平衡等方面介紹了相關(guān)研究現(xiàn)狀，闡述了一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施及其數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展脈絡(luò)，并從內(nèi)容組成、結(jié)構(gòu)特點等方面進(jìn)行了詳解。⑵提出了一種新穎的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)KMcube，它是一種基于Kautz和M?bius cube的組合圖結(jié)構(gòu)。KMcube既擁有Kautz圖的快速并行嵌入式計算能力，同時也擁有M?bius cube網(wǎng)的局部高速通信能力。除了具有較短的

4、直徑和平均距離之外，KMcube還具有規(guī)則性、對稱性、可擴展性和適應(yīng)性等性質(zhì)。KMcube適用于大規(guī)模并行計算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。⑶研究了一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)模塊化性的迫切需求，討論了選擇 KMcube數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)延伸模塊化性比其它hybrid方法的優(yōu)勢。構(gòu)建了KMcube數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)建模塊，并研究了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) KMcube模塊內(nèi)服務(wù)器直接互連的模式，并從若干方面給出了服務(wù)器直連模式的優(yōu)點。⑷提出了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)K

5、Mcube的非正則性，保證了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)可擴展。一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施中常量度數(shù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) KMcube具有良好的持續(xù)可擴展和無損可擴展能力，但其漸進(jìn)可擴展性仍需進(jìn)一步研究，對于一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施實際部署后的可擴展性具有重大意義。在此背景下進(jìn)一步研究了以構(gòu)造模塊為基本遞進(jìn)單元的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) KMcube的非正則性，保證了該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)可擴展。⑸研究了模塊化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)KMcube的高效容錯路由算法，包含Mc(m)模塊間的路由算法以及數(shù)

6、據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) KMcube的容錯路由，該算法能保證很強的容錯性和較高效的路由，在此基礎(chǔ)上討論了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) KMcube的副本部署策略，合理有效的副本部署可以有效的降低路由距離，提高服務(wù)響應(yīng)的并行性。⑹從模型參數(shù)和主要結(jié)論兩方面介紹了經(jīng)典 balls-into-bins模型、Azar balls-into-bins模型及balls into non-uniform bins模型，沿著這一思路，繼續(xù)拓展模型參數(shù)和應(yīng)用范圍，研究了非對稱bal

7、ls-into-bins模型，該模型具有異構(gòu)的balls、異構(gòu)的bins，以及不同的bin選擇概率。通過研究，非對稱balls-into-bins模型具有優(yōu)異的性質(zhì)，在最大負(fù)載及負(fù)載偏差幅度方面表現(xiàn)突出。最后，應(yīng)用非對稱balls-into-bins模型，研究了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)模塊內(nèi)部的負(fù)載平衡，并對KMcube數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器節(jié)點的負(fù)載平衡問題進(jìn)行了深入的研究，通過仿真驗證取得了很好的實驗結(jié)果，通過模型的拓展應(yīng)用，該模型在負(fù)載平衡的諸多