基于拓扑简化的数据中心网络的性能评估方法技术

技术编号:13359006 阅读:137 留言:0更新日期:2016-07-17 17:10
本发明专利技术提供了一种基于拓扑简化的数据中心网络的性能评估方法,通过仿真产生的模拟流量数据或真实网络流量集数据计算各时刻各交换机的第一类和第二类实时过载率;将各个交换机划分为若干组集合,设定集合映射规则以及对集合进行实时过载率计算及处理;根据计算得到的实时过载率确定单个交换机的最大承载能力,以及一组交换机的整体承载能力;根据承载能力将原先的网络结构简化为简化树这种更直观的网络结构并将整体网络假想为隧道结构并通过计算隧道中最窄线路来计算网络承载能力。本发明专利技术一方面充分考虑到延时和利用率的权衡问题,考虑到了不同流量情况下的性能情况,另一方面将一个数据中心网络的评估结果用一个非常简洁清晰的形式加以呈现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机网络
,具体地,涉及一种基于拓扑简化的数据中心网络的性能评估方法
技术介绍
根据目前的数据中心网络中所存在的问题,学者们提出了不同的解决方案。一部分学者主要致力于解决传统树形结构的过载率问题,另一部分则致力于研究无线技术在数据中心网络中的应用。由于服务器被放置在机架上并通过架顶式交换机(ToR)连接,进而连接到更高层的数据中心汇聚层交换机及核心层交换机,以便于不同机架中的服务器能够通过数据中心网络实现连接。传统树形结构的过载问题将导致数据中心网络在忙时的实际吞吐量比服务器的网络接口(NIC)的可用带宽低很多,为了增加任意对服务器之间的实际带宽,更多的交换机和链路被加入,传统的树形拓扑结构发生了一定的改变来降低过载率。通过增加交换机及链路的方法在2008至2010年间取得了突破性的进展,可扩展的商品化数据中心网络结构,可扩展的灵活数据中心网络,可扩展的可容错数据中心网络结构,模块化数据中的高性能服务器端中心网络结构等的出现实现了服务器之间实际带宽的增加,而这些方法在运用中也体现出其不足之处。由于大量链路的引入,虽然增加了忙时的用户实际可用带宽,然而由于部分链路可能长时间处于空闲状态,因而也增加了服务器的能量损耗。通过探究改变过载率的文章,由于更为复杂的链路连接方式,路由选择方式也因此变得多样,学者们致力于探究更好的路由选择算法以实现最为合理的流量调度,在现有等价路由(ECMP)及算法技术的制约下,流量路由过程中的冲突问题仍然存在,用户实际可用带宽往往达不到拓扑结构索给出的实际带宽,这种问题已经成为了目前互联网中的普遍问题。与此同时,基于观察的方法所引入的观察的延时也将影响整个数据中心系统的表现,这种观察的方法在一定程度上并不能演变成基于预测的方法,网络流量的突发性及不确定性的特征决定了网络路由算法设计的困难之处。最近的研究表明,60GHz的无线技术可以被加入到数据中心中,以改善目前所存在的拥堵问题及通过改变过载率而出现的能量损耗问题。“Augmentingdatacenternetworkswithmulti-gigabitwirelesslinks”(基于G赫兹多无线链路的数据中心网络增强改进,HalperinD,KandulaS,PadhyeJ,etal,ACMSIGCOMMComputerCommunicationReview.ACM,2011,41(4):38-49)“MirrorMirrorontheCeiling:FlexibleWirelessLinksforDataCenters”(灵活的数据中心网络无线链路顶端镜像技术,X.Zhou,Z.Zhang,Y.Zhu,Y.Li,S.Kumar,A.Vahdat,B.ZhaoandH.Zheng,inProc.ACMSIGCOMM,Aug.2012,pp.443–454)等技术的出现引发了数据中心网络的进一步革新。然而,60GHz技术的两个特点阻碍了它的应用:1)如此高频率的无线链路的传输范围是有限的,这使得它很难保证通信双方间只有一跳交换机;2)60GHz的波长范围在几毫米的数量级,根据衍射理论,导致该信号在60GHz的强度显著衰减的结果,从而多跳路由是不稳定且耗费时间的。因此如何正确建立无线链路已经在近几年的热点话题。“FlywaysToDe-CongestDataCenterNetworks”(利用无线连接消除数据中心网络的拥堵,S.Kandula,J.PadhyeandP.Bahl,ACMHotNets,Nov.2009)提出了方案以检测热点,并充分利用设备旋转天线,以暂时增加或改变无线链路,从而使热点通过这种方式得到缓解。“Atheoreticalframeworkformitigatingdelayin3Dwirelessdatacenternetworks”(缓解三维数据中心网络的理论框架,K.Zhou,X.TianandY.Cheng,inProc.IEEEICC,June.2013,pp.6417-6421)采取三维波束成形的优势,通过利用天花板反射的优势减轻了ToR之间的干扰,从而实现了无线的更大容量。然而,这些计划主要集中在如何构建有线与无线混合的DCN网络并提高无线的容量以便更好的在混合数据中心网络中发挥作用。然而,无线的容量及无线间干扰的减轻固然重要,如果没有适当的流量调度方案,无线的优势便无法得到充分的体现,热点的问题将仍然存在。“RelievingHotspotsinDataCenterNetworkswithWirelessNeighborways”(利用相邻节点缓解数据中心网络当中的拥堵节点,L.Shan,C.Zhao,XiaohuaTian,Y.Cheng,F.YangandX.Gan,,Proc.IEEEGLOBECOM2014)中为边缘路由器安装了定向天线设备,以便与周围的架顶式交换机建立无线连接。通过无线的使用,映射到相应的有线拓扑结构中形成了如附图3所示的数据中心拓扑结构,这种设计使得固有的有线拓扑结构更佳的灵活,不同pod之间的交互也减少了路由过程中出现的链路空闲的能量损耗。除此之外,为了最大化这种设计的优势,他们使用负载因子来表示一对源-目的路由对从无线连接中的获益,并在数据中心逻辑分布和物理分布下分配了IP及建立通信联系,形成了一整套完整的理论。
技术实现思路
根据本专利技术提供的基于拓扑简化的数据中心网络的性能评估方法,包括如下步骤步骤1:通过仿真产生的模拟流量数据或真实网络流量集数据计算各时刻各个交换机的第一类和第二类实时过载率;步骤2:将各个交换机划分为若干组集合,设定所述若干组集合的映射规则,并对所述若干组集合进行实时过载率计算;步骤3:根据计算得到的所述若干组集合的实时过载率确定单个交换机的最大承载能力以及一组交换机的整体承载能力;步骤4:根据承载能力将网络结构简化为简化树结构,并将简化树结构进一步假想为隧道结构,通过计算隧道中最窄线路来计算整体网络的承载能力。优选地,所述步骤1中所述的第一类、第二类实时过载率分别体现了网络的系统承载能力、吞吐率性能;其中第一类实时过载率的计算公式如下:rto1st-down(i)=limTSlot→0Tdown(i)N×TSlot]]>rto1st-up(i)=limTSlot→0Tup(i)N×TSlot]]>式中:rto1st-down(i)表示第i个交换机的下行第一类实时过载率;Tdown本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于拓扑简化的数据中心网络的性能评估方法,其特征在于,包括如下步骤步骤1:通过仿真产生的模拟流量数据或真实网络流量集数据计算各时刻各个交换机的第一类和第二类实时过载率;步骤2:将各个交换机划分为若干组集合,设定所述若干组集合的映射规则,并对所述若干组集合进行实时过载率计算;步骤3:根据计算得到的所述若干组集合的实时过载率确定单个交换机的最大承载能力以及一组交换机的整体承载能力;步骤4:根据承载能力将网络结构简化为简化树结构,并将简化树结构进一步假想为隧道结构,通过计算隧道中最窄线路来计算整体网络的承载能力。

【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑简化的数据中心网络的性能评估方法,其特征在于,包括如下
步骤
步骤1:通过仿真产生的模拟流量数据或真实网络流量集数据计算各时刻各个交换
机的第一类和第二类实时过载率;
步骤2:将各个交换机划分为若干组集合,设定所述若干组集合的映射规则,并
对所述若干组集合进行实时过载率计算;
步骤3:根据计算得到的所述若干组集合的实时过载率确定单个交换机的最大承
载能力以及一组交换机的整体承载能力;
步骤4:根据承载能力将网络结构简化为简化树结构,并将简化树结构进一步假想
为隧道结构,通过计算隧道中最窄线路来计算整体网络的承载能力。
2.根据权利要求1所述的基于拓扑简化的数据中心网络的性能评估方法,其特
征在于,所述步骤1中所述的第一类、第二类实时过载率分别体现了网络的系统承载
能力、吞吐率性能;其中
第一类实时过载率的计算公式如下:
rto1st-down(i)=limTSlot→0Tdown(i)N×TSlot]]>rto1st-up(i)=limTSlot→0Tup(i)N×TSlot]]>式中:rto1st-down(i)表示第i个交换机的下行第一类实时过载率;Tdown(i)表示第
i个交换机处理完来自低层的给定流量所需的平均时间;rto1st-up(i)表示第i个交换机
的上行第一类实时过载率;Tup(i)表示第i个交换机处理完来自高层的给定流量所需的
平均时间;N表示观察时间片的总数,TSlot表示每个时间片的长度;
第二类实时过载率的计算公式如下:
rto2nd-down(i)=limTSlot→0Tdown(i)&...

【专利技术属性】
技术研发人员:佟鑫宇黄亦伦吴旭东田晓华甘小莺王新兵
申请(专利权)人:上海交通大学
类型:发明
国别省市:上海;31

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