数据中心网络中多播流调度方法技术

本发明专利技术公开了一种数据中心网络中多播流调度方法，其包括S1获取当前周期内的待传输多播流集合；S2查找待传输多播流集合中满足RCS交换机容量约束的可调度不拆分多播流子集和与之匹配的RCS交换机的配置图H(t)

Multicast flow scheduling method in data center network

【技术实现步骤摘要】
数据中心网络中多播流调度方法
本专利技术涉及网络中的多播流转发技术，具体涉及数据中心网络中多播流调度方法。
技术介绍
当今许多云应用频繁产生多播流量，使得多播通信已经成为数据中心网络中一种主要的通信模式，但是，云服务提供商目前难以支持高效多播传输。幸运的是，新一代高速RCS交换机能够在物理层支持高速多播传输和快速重配置；通过部署新一代电路RCS交换机，能够实现数据中心机架间的高性能多播传输，以及快速地重构数据中心网络拓扑，为优化数据中心多播流带来新的机遇。目前，已经有一些关于在可配置数据中心网络中优化多播传输流的研究，例如Blast调度方案，其主要思想是利用物理层多播技术的高性能多播传输能力来提高数据中心网络中的单点到多点的数据传播的性能。虽然Blast能够实现多播流的调度，但其对多播流的调度方法较为简单。Blast是非抢占式的，不能根据流量动态性，调整流传输顺序；另外，Blast也不支持可拆式多播流调度，只在RCS交换机电路连接完全匹配特定多播流所有目的机架节点的情况下单次传输该多播流数据，从而无法充分利用RCS交换机的巨大容量。针对物理层多播问题，相关研究人员还进一步提出了Creek调度方案，Creek调度方案采用了抢占式调度的方式，将一个传输请求分多次进行传输，使得小的传输请求不会被大的传输请求阻塞，从而能够减小平均请求完成时间，提升性能。虽然Creek方法在Blast的基础上考虑了抢占式调度来减小平均请求完成时间来提升性能，但Creek只有在当前电路连接下才能将该请求传输给其所有目的节点时，这导致不能提前将该请求数据传输给部分空闲的目的节点，从而不能完全利用空闲链路。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的数据中心网络中多播流调度方法解决了现有技术中多播流传输过程不能提前将请求数据传输给部分空闲的目的节点的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种数据中心网络中多播流调度方法，其包括：S1、获取当前周期内的待传输多播流集合；S2、查找待传输多播流集合中满足RCS交换机容量约束的可调度不拆分多播流子集和与之匹配的RCS交换机的配置图H(t)usplit，并将不拆分多播流子集加入当前周期的可调度流集合；S3、根据RCS的重配置时延和S2中当前周期的可调度流集合，计算当前周期的持续时间；S4、去除待传输多播流集合中不拆分多播流子集，在H(t)usplit基础上，查找满足RCS交换机容量约束的可调度拆分多播流子集和与之匹配的RCS配置，并将拆分多播流子集加入可调度流集合，RCS配置添加到H(t)usplit中形成RCS交换机的配置图H(t)；S5、将可调度流集合、周期持续时间和RCS配置图H(t)作为调度方案输出。本专利技术的有益效果为：(1)适用性好。本方案的调度方法能够有效提升数据中心链路带宽利用率，相比于基于单播的流调度方案，本方案中的RCS交换机更好的适应了当前数据中心业务需求。(2)支持数据中心应用多播流高效传输，减小多播流完成时间。本方案在RCS交换机容量不足以建立出完全匹配多播流的所有接收节点的电路连接时，建立匹配多播流的部分接受节点的电路连接并允许先传输数据到已匹配接收节点，以实现减小多播流完成时间，提高多播流传输效率。(3)提高网络吞吐量。本方案与现有技术方案Blast和Creek相比，本方案的网络吞吐量显著提升，在调度前期的吞吐量均高于其余两种方案的吞吐量，后续只有少量的请求需要调度，故本方案能显著提升数据中心网络吞吐。附图说明图1为数据中心网络中多播流调度方法的流程图。图2为数据中心物理网络一个实施例的流程图。图3为数据中心的多播流调度时的示例；其中a为无拆分多播流传输，b为可拆分多播流传输。图4为平均多播流完成时间对比图。图5为网络吞吐量对比图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。本方案的RCS交换机(可重配置电路交换机RCS)区别于传统包交换机，其配置和使用约束如下：1)一个P2MPC(Port-to-Multi-PortCircuits)连接独占其包含的入/出端口，即一个入端口只能建立一个有向P2MPC连接；一个出端口仅能与一个入端口建立电路连接，一个P2MPC的出端口只能接收到该P2MPC的入端口流出的数据。2)重新配置RCS交换机的P2MPC连接需要一定时间，在重配置期间，RCS交换机无法发送任何数据，所有流经历重配置带来的时延；3)本方案中，RCS交换机的一个端口连接一个ToR机架，因此RCS交换机端口的带宽容量决定了单个机架数据传输速率的上限。多播流(Multicastflow)指的是从一个源服务器节点到多个目的服务器节点的数据传输需求。一个多播流的完成时间定义为最晚完成数据传输的目的节点的完成时间。不可拆多播流要求其源节点在某一数据传输时刻向其所有目的节点发送数据，即此时RCS交换机需要配置匹配该多播流源节点和所有目的节点的电路连接。可拆多播流允许其源节点在某一数据传输时刻只向其部分目的节点发送数据，即此时RCS交换机仅需要配置匹配该多播流源节点和部分接收数据的目的节点的电路连接。在方案中数据中心物理网络包括两部分：电路交换网络和包交换网络，如图2所示，电路交换网络主要由RCS交换机组成，每个ToR机架连接到RCS交换机的一个端口。通过改变RCS交换机内部的电路连接配置，机架之间的连通情况也随之改变。本方案考虑一个在线系统，网络中动态产生多播流传输需求，数据中心电路交换网络的RCS交换机的电路连接配置被建模为配置图H＝(N,E)，按周期配置RCS交换机的电路连接，不同周期可配置不同的RCS交换机电路连接，因此H可进一步分解为多个时间周期的配置图H＝{H(1)...,H(t),....}，其中H(t)＝(N,Et)表示周期t的图，N＝{R1,R2,...,Rn}表示物理节点的集合，Et表示在周期t内RCS交换机的电路连接的集合。在某个周期t，最大化网络吞吐的多播流调度优化问题中，存在以下约束，数学表示如下：公式(1)为多播流调度优化问题的优化目标，即最大化周期t时间平均网络吞吐量，其中是在时间(θt+δ)内传输的数据总量，θt是周期t可传输数据的时间长度，δ是RCS交换机的重配置时延。不等式(2)约束在周期t内RCS交换机的出端口只能与一个入端口建立电路连接；不等式(3)约束从机架i流入到RCS交换机的所有流的传输速率总和不超过RCS交换机的单端口带宽容量bc。不等式(4)约束每条多播流f，仅当RCS交换机配置了从其发送方机架节点sf到目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.数据中心网络中多播流调度方法，其特征在于，包括：/nS1、获取当前周期内的待传输多播流集合；/nS2、查找待传输多播流集合中满足RCS交换机容量约束的可调度不拆分多播流子集和与之匹配的RCS交换机的配置图H(t)

【技术特征摘要】
1.数据中心网络中多播流调度方法，其特征在于，包括：
S1、获取当前周期内的待传输多播流集合；
S2、查找待传输多播流集合中满足RCS交换机容量约束的可调度不拆分多播流子集和与之匹配的RCS交换机的配置图H(t)usplit，并将不拆分多播流子集加入当前周期的可调度流集合；
S3、根据RCS的重配置时延和S2中当前周期的可调度流集合，计算当前周期的持续时间；
S4、去除待传输多播流集合中不拆分多播流子集，在H(t)usplit基础上，查找满足RCS交换机容量约束的可调度拆分多播流子集和与之匹配的RCS配置，并将拆分多播流子集加入可调度流集合，RCS配置添加到H(t)usplit中形成RCS交换机的配置图H(t)；
S5、将可调度流集合、周期持续时间和RCS配置图H(t)作为调度方案输出。


2.根据权利要求1所述的数据中心网络中多播流调度方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：
S21、初始化包含所有机架节点的RCS交换机的配置图H(t)usplit及不可拆多播流子集为空，并根据调度优先级对待传输多播流集合中的多播流进行降序排序；
S22、遍历待传输多播流集合中的多播流或被拆分过的多播流的子流，并采用电路创建算法更新多播流或子流的标记的取值及H(t)usplit；
S23、将标记的取值为ture的多播流或子流加入不可拆多播流子集中，并输出不可拆多播流子集和更新后的H(t)usplit。


3.根据权利要求1所述的数据中心网络中多播流调度方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：
S31、将不可拆多播流子集中的多播流按照数据量进行升序排序，并初始化集合索引kindex＝0；
S32、令kindex＝kindex+1，读取不可拆多播流子集中kindex对应的多播流，并判断kindex是否小于等于不可拆多播流子集中多播流总条数，若是进入步骤S33，否则进入步骤S38；
S33、根据服务器单个NIC端口带宽bs，计算可能的传输时间长度θ′：



其中，GETSIZE()为不可拆多播流子集中索引为kindex的多播流的数据量；为不可拆多播流子集中索引为kindex的多播流；
S34、计算参数utotal＝n×bc×(θ′+δ)，令RCS交换机利用率ueffective＝0，变量kkindex＝0；
其中，n为连接到RCS交换机的顶层交换机数量；bc为RCS交换机端口带宽；δ为RCS交换机电路的重新配置延时；
S35、令kkindex＝kkindex+1，判断参数kindex是否小于或等于不可拆多播流子集中多播流总条数，若是进入步骤S36，否则执行步骤S37；
S36、更新RCS交换机利用率ueffective，并返回步骤S35，其中：



为不可拆多播流子集中索引为kkindex的多播流的目的节点个数；为集合中第kkindex个多播流的数据量；
S37、将加入umap中，返回步骤S32；
S38、查找umap中θ′对应的最大ueffective，并将查找最大ueffective的θ′作为当前周期的持续时间θt；
S39、判断θt是...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗龙，虞红芳，孙罡，金琦轩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51