数据中心网络路由研究进展

随着云计算的迅速发展,运营商对数据中心的需求与日俱增.作为数据中心网络的关键技术,路由负责在数据中心内部以及数据中心之间为流量选路,为不同服务质量要求的流量提供差异化的路由转发服务.当数据中心规模比较大时,由于应用不可预估的通信流量以及数据中心网络的拓扑特点,传统因特网路由方法不能提供令人满意的高吞吐率和资源利用率,网...     

数据中心网络流量调度的研究进展与趋势

近年来,流量调度已经发展成为网络领域的热点研究问题.该问题主要决定何时以及以多大速率传输网络中的每条数据流,其对网络性能和应用性能都具有十分重要的影响.然而,在托管着许多大规模互联网应用的数据中心中,流量调度问题正面临着流量矩阵多变、流量种类混杂、以及流量突发等与流量模型相关的挑战.此外,随着数据中心规模的不断壮大,流量调度问题还面临着网络带宽动态化、网络拥塞随机化、以及网络目标多样化等与网络模型相关的挑战.为了进一步提升对数据中心流量调度的关注和理解,推动流调度技术在实际应用中的不断发展,本文分别从调度目标、调度方式和调度对象这三个维度对数据中心网络流调度的相关研究工作进行了分析和对比,并概括出如下结论:现有研究主要以分布式、集中式或混合式的调度方式对数据中心内、数据中心间或数据中心与用户间的流进行高效地调度,从而达到带宽保障、时限保障、最小化流完成时间、最小化Coflow完成时间、公平性保证、最小化流传输成本等目标.本文最后还指出了四个数据中心流调度的未来发展方向,并相应提出尚未解决的研究问题.     

减少核心网拥塞的边缘计算资源分配和卸载决策

随着移动互联网和物联网的发展,越来越多的智能终端设备投入到实际使用当中,大量计算密集型和时间敏感型应用被广泛应用,如AR/VR、智能家居、车联网等.因此,网络中的数据流量激增,使得核心网络面临的压力逐渐增大,对网络时延的控制也越来越难,此时云边协同的计算范式作为一种解决方案被提出.针对云边之间的核心网流量控制问题,文中...     

现代数据中心网络特征研究

近年来,随着虚拟化技术的广泛运用和云计算等新兴应用模式的发展,数据中心网络在组成、结构、功能、规模及应用模式等方面正发生着深刻的变革.深入研究分析现代数据中心网络的特征,对于揭示数据中心网络的工作原理、提高数据中心网络的性能、设计合理的资源管理方案和系统,具有重要的意义.然而,当前针对数据中心网络特征的综合分析研究尚比较缺乏.从数据中心网络结构特征、应用特征、流量特征及虚拟化特征等几个方面,对数据中心网络的基本特征进行了分析研究,并就这些特征对网络资源管理的影响及下一步的研究方向进行了分析,得出了一些初步的结论,以期能为数据中心网络的理论研究和系统设计实践提供基本的借鉴和支撑.     

基于数据中心流量特征的端到端流量估计算法

数据中心是云计算等大型分布式计算服务的基础,有效地设计与管理数据中心需要遵循数据中心网络的端到端流量特征。然而直接地测量网络的端到端流量需要耗费巨大的软件成本和硬件成本,并且由于数据中心网络结构的特殊性,传统的计算机网络采用的流量估计方法也无法适用于现有的数据中心网络。为解决以上问题,首先依据数据中心的资源分配和链路利用率情况提取出网络的粗粒度流量特征,在此基础上提出一种基于重力模型和网络层析技术的数据中心端到端流量估计算法。与现有的流量推理算法Tomogravity和ELIA在NS3搭建的不同规模的数据中心网络中进行性能对比,实验结果表明,所提算法能有效地利用提取出的粗粒度流量特征,在保证计算效率的前提下将计算准确度大幅提升,可满足当前数据中心网络实时获取端到端流量数据的需求。     

基于SDN的数据中心动态优先级多路径调度算法

随着云计算技术和分布式业务的发展,数据中心内部“东西向”大象流量激增,这部分大象流在调度不当的情况下容易发生碰撞,造成链路拥塞。本文提出一种基于软件定义网络（SDN）的动态优先级多路径调度算法（DPMS）。该算法根据数据中心流量的特点制定大象流和老鼠流调度模型,充分利用各网络节点间的冗余链路,提高资源利用率;并结合组表优化SDN架构中控制器和交换机的通信模式,降低了数据包处理时延。实验结果表明,相比ECMP和Hedera这2种调度策略,DPMS提高了网络吞吐量和链路利用率,减少了平均流完成时间,网络的整体性能有所提高。     

数据中心网络的流量控制:研究现状与趋势

作为海量数据快速存储和高效处理强有力的后盾,数据中心成为近年来学术界和工业界关注的热点.传统TCP难以在高吞吐、低时延、无损等方面同时满足当前数据中心传输需求,新的传输技术研究迫在眉睫.本文在对比传统TCP设计目标和数据中心网络中传输目标的基础上,对数据中心流量控制的研究现状展开综述.流量控制是指控制流量的发送速度以及...     

基于自适应阈值的大象流检测方法

针对数据中心网络异常流量检测难的问题,提出一种自适应阈值的大象流检测系统.系统结合数据中心网络高度灵活性和全局可见性的特点,采用基于高斯分布的加权优化动态流量学习方法实时预测大象流检测阈值,降低检测错误率,通过基于差分估计的平滑机制,降低检测阈值配置更新频率.仿真实验结果表明,该系统可以有效识别数据中心网络中的大小流,...     

数据中心网络中的流量均衡

现代数据中心网络在任意两个主机之间都存在很多可选路径.如何在多个可选路径之间实现流量均衡,是数据中心网络中的重要研究课题.针对这一问题,已有研究者提出了很多解决方案.对多级Clos架构下的数据中心网络中的流量均衡问题做了深入的分析与总结.首先分析了数据中心网络的特点,然后定义流量均衡问题为最小化等价链路的最大潜在丢包率.之后总结了各种丢包产生的原因,并讨论了影响流量均衡设计方案的两个主要挑战：分组乱序与突发拥塞.在此基础上,把现有解决方案分为主动调度、切片散射、探测与调整及其他这4个大类,并对各解决方案逐一进行介绍,说明各自的优缺点.最后还对不同方案作了对比,指出了未来可能的研究方向.     

数据中心负载均衡方法研究综述

随着云计算的发展,数据中心网络成为近年来学术界和工业界关注的研究热点.现代数据中心网络通常采用胖树等多根树拓扑结构,存在多条可用路径来提供高对分带宽.由于等价多路径路由等传统的负载均衡方法无法适应数据中心网络中高动态和强突发的流量特性,多种针对数据中心的负载均衡方法不断涌现.围绕数据中心中负载均衡的基本问题,介绍了当前...     

A protocol for deadlock-free dynamic reconfiguration in high-speedlocal area networks

High-speed local area networks (LANs) consist of a set of switches interconnected by point-to-point links, and hosts linked to those switches through a network interface card. High-speed LANs may change their topology due to switches being turned on/off, hot expansion, link remapping, and component failures. In these cases, a distributed reconfiguration protocol analyzes the topology, computes the new routing tables, and downloads them to the corresponding switches. Unfortunately, in most cases, user traffic is stopped during the reconfiguration process to avoid deadlock. These strategies are called static reconfiguration techniques. Although network reconfigurations are not frequent, static reconfiguration such as this may take hundreds of milliseconds to execute, thus degrading system availability significantly. Several distributed real-time applications have strict communication requirements; Distributed multimedia applications have similar, although less strict, quality of service (QoS) requirements. Both stopping packet transmission and discarding packets due to the reconfiguration process prevent the system from satisfying the above requirements. Therefore, in order to support hard real-time and distributed multimedia applications over a high-speed LAN, we need to avoid stopping user traffic and discarding packets when the topology changes. In this paper, we propose a new deadlock-free distributed reconfiguration protocol that is able to asynchronously update routing tables without stopping user traffic. This protocol is valid for any topology, including regular as well as irregular topologies. It is also valid for packet switching as well as for cut-through switching techniques and does not rely on the existence of virtual channels to work. Simulation results show that the behavior of our protocol is significantly better than for other protocols based on stopping user traffic     

A taxonomy and survey on Green Data Center Networks

Data centers are growing exponentially (in number and size) to accommodate the escalating user and application demands. Likewise, the concerns about the environmental impacts, energy needs, and electricity cost of data centers are also growing. Network infrastructure being the communication backbone of the data center plays a pivotal role in the data center’s scalability, performance, energy consumption, and cost. Research community is endeavoring hard to overcome the challenges faced by the legacy Data Center Networks (DCNs). Serious efforts have been made to handle the problems in various DCN areas. This survey presents significant insights to the state-of-the-art research conducted pertaining to the DCN domain along with a detailed discussion of the energy efficiency aspects of the DCNs. The authors explored: (a) DCN architectures (electrical, optical, and hybrid), (b) network traffic management and characterization, (c) DCN performance monitoring, (d) network-aware resource allocation, (e) DCN experimentation techniques, and (f) energy efficiency. The survey presents an overview of the ongoing research in the broad domain of DCNs and highlights the challenges faced by the DCN research community.     

基于动态解释的信息系统多维重构技术*

结合解释型语言的动态特性、模型驱动技术和分层重构的思想,提出了企业信息系统基于动态解释的多维重构技术,实现界面、过程和数据的动态重构以支持企业业务的柔性调整和敏捷实施。在典型轻纺企业的实际应用表明,该技术能缩短信息系统调整周期和提升软件复用水平。     

On the optimal,fair and channel-aware cognitive radio network reconfiguration

In this work, we focus on the Joint Channel Assignment and Routing (JCAR) problem in Cognitive Radio Networks (CRNs) and especially on the optimal reconfiguration of secondary networks under the presence of primary users. Secondary CRN users need to adapt their transmission channels promptly, while effectively limit additional or escalating system modifications triggered by the intertweaved primary user activity. Our approach takes into consideration the underlying spectrum switching dynamics and concurrently aims at a fair resource allocation among the active network flows. We take an optimization perspective and formulate the JCAR and network reconfiguration problems as mixed integer linear programs, addressing fairness concerns as well. We propose a heuristic approach which is based on a sequential reduced search space methodology, in order to obtain efficiently solutions of otherwise tough and demanding reconfiguration problems. The operation, effectiveness and performance of the proposed mechanisms are evaluated through analysis and simulations under various working conditions. The obtained numerical results indicate the benefits of the proposed schemes in terms of overhead performance and their scaling properties with respect to more realistic and thus demanding topologies.     

基于贝叶斯网络的混沌时间序列预测

混沌时间序列预测是混沌理论的一个重要方向和研究热点,在气象、水力、经济和通信等各个领域有着广泛的应用。然而,由于混沌时间序列高度复杂的非线性特征,很难从理论上定量研究。利用贝叶斯网络（BNs）在处理不确定知识方面的优势,并结合相空间重构理论,建立了混沌时间序列非线性全局预测模型,实现对其动力学特性分析,从而达到预测目的。实验结果表明：模型具有良好的稳定性和预测能力,并能够有效地克服过拟合现象。     

一种能耗感知的虚拟集群CPU资源自动再配置方法

系统虚拟化技术可以动态再配置应用环境的计算资源.当前动态资源配置方法主要关注于保证具有动态负载应用的服务质量.这些方法受应用性能驱动并常常增加资源控制系统的响应延迟.针对上述问题提出了以资源使用状态为驱动的资源再配置方法(resource-use-status-drivenresource reconfigurationscheme,RUSiC),自动适应动态负载变化来满足应用性能的资源需求.RUSiC被设计成2层架构的资源再配置模型,基于实时的资源使用状态,及时用较小的开销为应用调整合适的资源配置.同时,RUSiC也考虑到电能的有效使用,在资源的新配置中通过尽可能减少激活物理节点的数量避免大量不必要的电能消耗及相关的冷却费用.实验数据表明,在应用负载变化时,RUSiC能快速监测并响应变化的资源需求,并在保证应用性能的前提下,使用较小数量的激活物理节点.     

分布式系统动态配置技术的研究与实现

动态配置技术用于系统运行时刻改变系统配置,从而满足分布式系统对在线演化的需求。如何保证系统一致性,并尽可能提高动态配置性能,是动态配置研究需要解决的关键问题。本文提出了行为一致性,并将系统一致性总结为行为一致性、构件状态一致性、应用状态一致性和引用一致性。通过扩展静止状态理论,本文提出了采用等待方式和阻塞方式驱动构件进入静止状态的算法,保证了行为一致性。通过分析动态配置意图,本文提出了保证系统一致性的动态配置算法,确定了采用等待方式和阻塞方式的动态配置场景,从而在严格保证行为一致性的前提下,尽可能地提高了动态配置性能。最后,本文基于 CCM 构件平台实现了动态配置平台。性能测试的结果表明,该平台可满足应用对性能的要求。     

A Transparent Distributed Shared Memory for Clustered Symmetric Multiprocessors

A transparent distributed shared memory (DSM) system must achieve complete transparency in data distribution, workload distribution, and reconfiguration respectively. The transparency of data distribution allows programmers to be able to access and allocate shared data using the same user interface as is used in shared-memory systems. The transparency of workload distribution and reconfiguration can optimize the parallelism at both the user-level and the kernel-level, and also improve the efficiency of run-time reconfiguration. In this paper, a transparent DSM system referred to as Teamster is proposed and is implemented for clustered symmetric multiprocessors. With the transparency provided by Teamster, programmers can exploit all the computing power of the clustered SMP nodes in a transparent way as they do in single SMP computer. Compared with the results of previous researches, Teamster can realize the transparency of cluster computing and obtain satisfactory system performance.     

Adaptive reconfiguration of data networks using genetic algorithms

Genetic algorithms are applied to an important, but little investigated, network design problem, that of reconfiguring the topology and link capacities of an operational network to adapt to changes in its operating conditions. These conditions include: which nodes and links are unavailable; the traffic patterns; and the quality of service (QoS) requirements and priorities of different users and applications. Dynamic reconfiguration is possible in networks that contain links whose endpoints can be easily changed, such as satellite channels, terrestrial wireless connections, and certain types of optical connections. We report preliminary results that demonstrate the feasibility of performing genetic search quickly enough for online adaptation.     

基于电子鼠平台的路由协议

针对电子鼠自部署应用场景,设计并实现一种基于分布式系统的无线传感器网络路由协议。该协议考虑电子鼠自部署过程中通信最频繁的2种情况,以最小生成树的结构组网,在节点增加和节点失效时采用网络重组算法,提高网络运行效率。仿真结果表明,与现有协议中较适合该场景的AODV协议相比,该协议的吞吐率较高、收发包延迟较小。