数据中心网络中处理同步优先级突发流的方法技术

本发明专利技术为数据中心网络中处理同步优先级突发流的方法，按紧迫因子pri值的大小确定数据流被分配的优先级的高低，被默认分配极小值的pri，优先级最低。交换机对于在相同链路内请求窗口值大于预期窗口值的M条优先级同步数据流，计算降速概率pj。对于该M条数据流随机选择MXpj条数据流，调整它们的紧迫因子prj为极小值，降低其发送速率，M条中有MX（1-pj）条数据流顺利地在最后期限前完成传输。本方法有效解决了数据中心网络中同步优先级突发流的问题，避免发生网络拥塞，同时降低了最后期限错过率。

【技术实现步骤摘要】
数据中心网络中处理同步优先级突发流的方法
本专利技术涉及数据中心网络的数据流分配方法，具体为一种数据中心网络(DCN)中处理同步优先级突发流的方法，以解决高错过率问题。
技术介绍
数据中心是云计算技术的重要组成部分，为各种网络服务提供平台。服务应用工作在分散汇聚模式下(Partition/Aggregate)，而汇聚节点处链路带宽一直是影响数据中心性能的主要瓶颈。此外这些业务数据流具有服务水平协定(SLA)，用户请求需要在最后期限内响应。高突发和长短混合的业务流导致传统的TCP拥塞控制协议公平共享原则的不适用，例如，长短流混合在缓存队列中造成尾部延迟，交换机缓存处理能力有限导致丢包等。网络本身并不具有最后期限的感知能力，而应用程序业务流需要在时限内得到响应。总而言之，数据中心网络面临多重的全新挑战：短流追求更低的延迟、长流需要保持较高的吞吐量，同时要求链路具备对突发流的高容忍度。已经有研究者提出了一些针对分散/汇聚工作模式的大型数据中心网络传输控制协议。从问题解决的方案上来看，大致分为两大类：第一类是以公平共享性为准则，旨在提高网络对突发并发流的容忍能力，例如DCTCP、ICTCP。第二类放弃公平性，优先服务短流和最后期限敏感流，以缩短这类数据流的传输完成时间为首要目的，例如D3、PDQ、D2TCP、L2DCT。然而现有的Deadline-AwareDataCenterTCP存在一个现象，即当链路占用率较高时，具有相同优先级的数据流由于互相竞争会同时错过最后期限，此即同步优先级突发流问题。当相同的高优先级数据流增加时这个现象将更加严重，对此，目前未见解决方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种数据中心网络中处理同步优先级突发流的方法，在按优先级对数据流制定窗口资源分配方案的同时，根据自适应的概率对某些数据流降速，确保窗口资源紧张时抑制部分数据流，而使大部分数据流在最后期限完成传输。本专利技术设计的数据中心网络中处理同步优先级突发流的方法，所述数据中心网络包括顶层的多个交换机，并有多个工作节点，各工作节点作为发送端和一个或多个交换机连接，用户经顶层的交换机与工作节点连接，根据主动拥塞控制方法，作为发送端的各工作节点已知该数据中心网络中瓶颈链路的带宽，工作节点数量的信息；当应用程序在初始化数据流时，获得各数据流的大小及最后期限相关信息，并根据网络瓶颈链路带宽估算出数据中心网络中链路的窗口资源总值Wsum。各交换机计算进入该交换机的各数据流的紧迫因子，确定不同业务数据流的紧迫度，按照数据流的紧迫度为其分配窗口资源；对紧迫因子的计算方法如下：第i条数据流在最后期限之前完成传输的请求窗口值大小为Wi'，此窗口大小至少满足：式中Bi为该数据流剩余大小，MSS(MaximumSegmentSize)为TCP协议中数据包每次能够传输的数据的最大分段大小，TDi为该数据流剩余最后期限，RTT为发送端到接收端的数据往返时延。第i条数据流的紧迫因子pri定义为其请求窗口值Wi’与常规TCP传输下平均窗口值的比，假设在满拥塞状态时第i条数据流的窗口大小为W，则本专利技术设定其平均窗口值为第i条数据流的紧迫因子第i条数据流的窗口退避函数为αt是本数据中心网络链路在t时刻的拥塞程度估测值。第i条数据流的拥塞窗口为：bi>0时拥塞发生。当所有数据流的窗口大小均动态同步。各数据流的不同的紧迫度因子使不同的数据流得到不同的拥塞退避函数bi，直接关系数据中心网络中链路的窗口资源分配。本方法按紧迫因子值的大小确定数据流被分配的优先级的高低，即当拥塞发生时，最后期限紧迫的数据流谨慎退避，而最后期限相对宽松的数据流则大幅度的退避。没有最后期限限制的数据流的紧迫因子值较小，被默认分配极小值的pri，即优先级最低。紧迫因子值越大的数据流紧迫度越高，被分配的优先级越高。已知为窗口从W1增大到W2(W2>W1)期间由发送端发出去的数据包数量，此期间经历(W2-W1)个RTT时长。Wi*为预期获得有效窗口值，即Wi*是当交换机缓存队列长度达到ECN(ExplicitCongestionNotification-显式拥塞反馈机制)标记阈值K时第i条数据流的窗口大小。在下一个RTT内，发送端即将收到带有CE(CongestionExperienced-拥塞预警)字段的确认数据包(ACK包)，并响应拥塞，与此同时，第i条数据流的窗口增加一个数据包，达到Wi*+1。其拥塞程度函数αi由下式确定：当0＜αi＜1，计算第i条数据流的窗口振幅Di：当Wi*＞6时，当数据中心网络达到稳定状态时，据此估算达到稳定状态时各条数据流的预期获得有效窗口值Wi*。Wsum为当前数据中心可提供的窗口资源总值。对于最后期限敏感的数据流，在窗口资源充沛的情况下，满足∑Wi*≥∑Wi',i＝1,2,…,N，即此时数据流预期获得的有效窗口值Wi*总和不小于其请求的窗口值Wi'总和。供大于求的用户将窗口资源分配给供不应求的用户，此时所有的数据流都能够得到合理的窗口资源分配，不会出现因争夺窗口资源而造成的优先级同步现象。但是当窗口资源紧缺时，出现∑Wi*<∑Wi',i＝1,2,…,N，此时为供不应求的情形，预期获得的有效窗口值Wi*总和小于其请求的窗口值Wi'总和，有些数据流因为得不到足够量的窗口资源而错过最后期限，其中包括紧迫因子相似的高紧迫度数据流，造成争夺窗口资源的优先级同步现象。当前数据流共为N条，第i条数据流在最后期限之前完成传输的请求窗口值大小为Wi'，当前数据中心网络可提供的窗口资源总值为Wsum，当前N条数据流请求窗口值超出预期获得的有效窗口值的总和Wo为：对于在相同链路内的M条优先级同步数据流，其请求窗口值总和为：此M条数据流一旦形成同步优先级突发流，M条数据均无法在最后期限内完成传输。计算该M条数据流的降速概率，其中第j条数据流的降速概率pj为某条数据流的窗口请求值与预期获得有效值比例相差越大的数据流降速概率pj越高。优先级同步数据流的最后期限相同，数据流大小相似，故M条优先级同步数据流计算所得的降速概率相近。对于该M条数据流以概率pj将其降速。即随机选择M*pj条数据流，调整它们的紧迫因子prj为极小值，降低其发送速率，被降速的数据流所让出的窗口资源总和将等于上述超出资源Wo，使M条中有M*(1-pj)条数据流顺利地在最后期限前完成传输。具体操作时，对每条数据流选择随机数Ptemj，0＜Ptemj＜1，当Ptemj＜Pj,调整第j条数据流的紧迫因子prj为极小值，降低其发送速率；否则，即当Ptemj≥Pj,，其紧迫因子prj保持不变。本专利技术数据中心网络中处理同步优先级突发流的方法中发送端对各数据流发送速率进行调节，以避免产生同步优先级突发流。为了保证可靠传输，对于发出但尚未得到确认发送完成的数据流，发送端保存着该数据流的包括估算往返时间和状态变量值。所述状态变量值包括发送端根据剩余最后期限和剩余数据流大小计算出该数据流的请求窗口值Wi'和紧迫因子pri，该数据流概率降速的标记位(Flagi)初始值为0。发送端对各数据流发送速率进行调节的具体步骤如下：Ⅰ-1、若Wi'＞Wsum，即第i条数据所请求窗口值超出链路的窗口资源总值，此类数据流占用全部窗口资本文档来自技高网...

【技术保护点】
数据中心网络中处理同步优先级突发流的方法，所述数据中心网络包括顶层的多个交换机，并有多个工作节点，各工作节点作为发送端和一个或多个交换机连接，用户经顶层的交换机与工作节点连接，根据主动拥塞控制方法，作为发送端的各工作节点已知该数据中心网络中瓶颈链路的带宽，工作节点数量的信息；当应用程序在初始化数据流时，获得各数据流的大小及最后期限相关信息，并根据网络瓶颈链路带宽估算出数据中心网络中链路的窗口资源总值Wsum；其特征在于：第i条数据流在最后期限之前完成传输的请求窗口值大小为Wi′，第i条数据流的紧迫因子pri定义为其请求窗口值Wi′与常规TCP传输下平均窗口值的比，假设在满拥塞状态时第i条数据流的窗口大小为W，则其平均窗口值设定为第i条数据流的紧迫因子按紧迫因子pri值的大小确定数据流被分配的优先级的高低，被默认分配极小值的pri，优先级最低；所述交换机当前待发送数据流共为N条，当前数据中心网络提供的窗口资源总值为Wsum，当前N条数据流请求窗口值超出预期获得的有效窗口值的总和为Wo=Σi=1NWi′-Wsum;]]>所述交换机对于在相同链路内的M条优先级同步数据流，计算该M条数据流的降速概率，其中第j条数据流的降速概率pj为Wp为的M条优先级同步数据流请求窗口值总和Wp=Σj=1MWj′;]]>Wi*计算公式为：2W1*pr1+1=2W2*pr2+1=···=2Wn*prn+1W1*+W2*+···Wn*=Wsum]]>对于该M条数据流随机选择MXpj条数据流，调整它们的紧迫因子prj为极小值，降低其发送速率，M条中有MX（1‑pj）条数据流顺利地在最后期限前完成传输。...

【技术特征摘要】
1.数据中心网络中处理同步优先级突发流的方法，所述数据中心网络包括顶层的多个交换机，并有多个工作节点，各工作节点作为发送端和一个或多个交换机连接，用户经顶层的交换机与工作节点连接，根据主动拥塞控制方法，作为发送端的各工作节点已知该数据中心网络中瓶颈链路的带宽和工作节点数量的信息；当应用程序在初始化数据流时，获得各数据流的大小及最后期限相关信息，并根据网络瓶颈链路带宽估算出数据中心网络中链路的窗口资源总值Wsum；其特征在于：第i条数据流在最后期限之前完成传输的请求窗口值大小为Wi'，第i条数据流的紧迫因子pri定义为其请求窗口值Wi'与常规TCP传输下平均窗口值的比，假设在满拥塞状态时第i条数据流的窗口大小为W，则其平均窗口值设定为第i条数据流的紧迫因子按紧迫因子pri值的大小确定数据流被分配的优先级的高低，被默认分配极小值的pri，优先级最低；所述交换机当前待发送数据流共为N条，当前数据中心网络提供的窗口资源总值为Wsum，当前N条数据流请求窗口值超出预期获得的有效窗口值的总和为所述交换机对于在相同链路内的M条优先级同步数据流，计算该M条数据流的降速概率，其中第j条数据流的降速概率pj为Wp为的M条优先级同步数据流请求窗口值总和Wi*计算公式为：对于该M条数据流随机选择M*pj条数据流，调整它们的紧迫因子prj为极小值，降低其发送速率，M条中有M*(1-pj)条数据流顺利地在最后期限前完成传输。2.根据权利要求1所述的数据中心网络中处理同步优先级突发流的方法，其特征在于：所述交换机对M条优先级同步数据流中的各条数据流选择随机数Ptemj，0＜Ptemj＜1，当Ptemj＜Pj,调整第j条数据流的紧迫因子prj为极小值，降低其发送速率；否则，即当Ptemj≥Pj，其紧迫因子prj保持不变。3.根据权利要求1或2所述的数据中心网络中处理同步优先级突发流的方法，其特征在于：所述各工作节点作为发送端，对各数据流发送速率进行调节；对于发出但尚未得到确认发送完成的数据流，发送端保存着此类数据流的包括估算往返时间和状态变量值；所述状态变量值包括发送端根据剩余最后期限和剩余数据流大小计算出相关数据流的请求窗口值Wi'和紧迫因子pri，相关数据流概率降速的标记位(Flagi)初始值为0；发送端对各数据流发送速率进行调节的具体步骤如下：Ⅰ-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶进，葛志辉，林婧，张智卫，李陶深，杨林峰，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45