【摘要】：數(shù)據(jù)中心是一個服務(wù)器的集群,它通常是數(shù)萬甚至數(shù)十萬臺服務(wù)器的有機(jī)集合體,龐大的服務(wù)器數(shù)量決定了它的性能表現(xiàn)與其互聯(lián)方式有著密不可分的關(guān)系,這就像以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定著它的網(wǎng)絡(luò)容量和通信特性一樣,數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對其性能和容量等的影響也非常大。當(dāng)前對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究可以分為兩大類,一類是有線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò),另一類是無線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。本文的研究對象ExCCC-DCN是一種基于ExCCC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提出的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò),ExCCC的全稱是Exchanged Cube-Connected Cycles,它是從Exchanged-Hypercube擴(kuò)展而來的一種具有高可擴(kuò)展性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。ExCCC-DCN繼承了ExCCC的高可擴(kuò)展性,并且具有非常出色的節(jié)點(diǎn)容量,其建造成本和運(yùn)行能耗也相對較低,非常適合用來部署大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。然而,ExCCC-DCN是采用有線鏈路進(jìn)行部署的,有線鏈路的優(yōu)點(diǎn)是連接穩(wěn)定、通信質(zhì)量有保證。但是有線鏈路的構(gòu)建方式存在著布線復(fù)雜,維護(hù)不便等問題,尤其是后期需要升級或者維護(hù)的時候面對數(shù)以萬計(jì)的線纜時其工程量將會非常龐大。由于60GHz毫米波具有傳輸速率高、抗干擾性強(qiáng)、安全性高等優(yōu)點(diǎn),所以它非常適用于對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行無線改造。但是60GHz毫米波也有一個很大的缺點(diǎn)就是傳輸距離短、容易發(fā)生信號阻擋,因而在實(shí)際的應(yīng)用中通常需要借助波束賦形技術(shù)來提高通信的可靠性。本文通過對ExCCC-DCN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究,結(jié)合60GHz毫米波的通信特點(diǎn)提出了兩種對ExCCC-DCN進(jìn)行無線改造的方案,分別是無線結(jié)構(gòu)的ExCCC-DCN和無線有線混合的ExCCC-DCN。其主要的研究內(nèi)容包括以下幾個方面:1)將ExCCC-DCN中的有線鏈路和交換機(jī)全部去掉,只保留服務(wù)器和每個機(jī)架頂端的交換機(jī),并在每個機(jī)架的頂部安裝由曲臂支架固定的號角狀天線來收發(fā)60GHz毫米波的信號,從而構(gòu)造一個無線ExCCC-DCN。改造后的無線結(jié)構(gòu)在進(jìn)行部署的時候根據(jù)ExCCC-DCN結(jié)構(gòu)的對稱性將其按照等分寬度進(jìn)行遞歸分割,分割后的每個單元通過把架頂天線設(shè)定在不同的高度上從而使其空間坐標(biāo)分布在一個球面上。這樣每個網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)的任意三個天線都不會處于同一條直線上,有效地避免了信號阻斷的發(fā)生。2)從路由路徑長度、網(wǎng)絡(luò)直徑、節(jié)點(diǎn)的度三個方面分析了無線ExCCC-DCN的結(jié)構(gòu)特性,并給出了相關(guān)的證明。然后根據(jù)無線ExCCC-DCN的網(wǎng)絡(luò)單元的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出了一種簡單可靠的單播路由算法。最后通過實(shí)驗(yàn)分析了無線ExCCC-DCN的結(jié)點(diǎn)連通度和路由路徑長度,證明了改造后的無線結(jié)構(gòu)具有更大的節(jié)點(diǎn)連通度和更短的路由路徑長度。3)在保持ExCCC-DCN原有結(jié)構(gòu)不變的前提下,通過安裝架頂天線來構(gòu)建一個有線無線混合的ExCCC-DCN。改造后的混合網(wǎng)絡(luò)不僅繼承了ExCCC-DCN原有的結(jié)構(gòu)特性,而且有效降低了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)流量,提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。4)將混合ExCCC-DCN劃分成若干個單元(pod),并把有線部分和無線部分單獨(dú)抽象出來構(gòu)成一個有線網(wǎng)絡(luò)子圖和無線網(wǎng)絡(luò)子圖,并據(jù)此設(shè)計(jì)了一種多播路由算法。然后從數(shù)學(xué)的角度分析了該多播算法的性能,最后通過對比實(shí)驗(yàn)證明了該算法在構(gòu)建多播樹的時候可以有效減少多播鏈路數(shù)并提高多播通信時的數(shù)據(jù)吞吐量。
【圖文】：

緣層劃的交換機(jī)劃分成若干個相對獨(dú)立的 pod，，同一個 pod 內(nèi)的每一個和邊緣層的交換機(jī)互聯(lián)，而且在 Fat-Tree 結(jié)構(gòu)中聚合層和邊緣層都使用交換機(jī)，所以雖然增加了交換機(jī)的數(shù)目但是網(wǎng)絡(luò)的成本卻并沒有增加了聚合層的帶寬瓶頸問題并降低了整個網(wǎng)絡(luò)對核心層的依賴。圖 2-3 結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。核心層聚

緣層劃的交換機(jī)劃分成若干個相對獨(dú)立的 pod，同一個 pod 內(nèi)的每一個和邊緣層的交換機(jī)互聯(lián)，而且在 Fat-Tree 結(jié)構(gòu)中聚合層和邊緣層都使用交換機(jī)，所以雖然增加了交換機(jī)的數(shù)目但是網(wǎng)絡(luò)的成本卻并沒有增加了聚合層的帶寬瓶頸問題并降低了整個網(wǎng)絡(luò)對核心層的依賴。圖 2-3 結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。核心層聚
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP308;TN92

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本文編號：2702883