基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法及系统，该方法包括如下步骤：步骤SS1：采用输入参数对周期时间段内网络业务流量进行预测，获得网络中不同机架间的数据业务需求量D

【技术实现步骤摘要】
基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法及系统
本专利技术涉及一种基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法及系统，属于网络拓扑优化

技术介绍
随着云计算的飞速发展，数据中心网络作为基础设施其规模也迅速扩张。传统有线数据中心网络采用静态拓扑结构，面对高度动态的大数据流量，其庞杂的有线架构给网络规模扩张、能耗管理及运营维护成本等方面均带来了巨大的挑战。为了应对这些挑战，FSO为实现具有动态拓扑的高性能无线数据中心网络带来了可能。FSO具有高带宽、动态建链且灵活可控的特征优势，能够有效提升网络传输性能，降低运营成本。然而，FSO在空间中采用点对点的激光束进行数据传输，激光束的发射端和接收端须严格要求在一条直线才能保证链路的可靠。此外，网络中链路数受制于网络中激光收发器的个数。因此，为基于FSO无线数据中心网络拓扑配置带来挑战。由于流量的高度动态性，数据中心网络中通常在各层结构上发生流量拥塞热点。据统计，数据中心网络中86％的链路发生拥塞时长超过10秒，而其中15％的拥塞时长超过100秒。由于一些业务流量的突发性，其造成短时的拥塞状态一般本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤SS1：采用输入参数对周期时间段内网络业务流量进行预测，获得网络中不同机架间的数据业务需求量D

【技术特征摘要】
1.基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1：采用输入参数对周期时间段内网络业务流量进行预测，获得网络中不同机架间的数据业务需求量Dsd；
步骤SS2：根据步骤SS1中得到的网络中不同机架间的数据业务需求量Dsd，构建吞吐量最大和网络开销最小的网络拓扑；
步骤SS3：基于步骤SS2获得的网络拓扑，依次对每条链路上经过的数据流大小请求进行计算分配建立数据路由。


2.根据权利要求1所述的基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤SS1中的输入参数具体包括：
设数据中心网络内机架的集合为N，FSO收发机安装在每个机架上，每个机架之间通过FSO链路进行通信，机架的节点度为所能连接的最大的FSO链路数；
FSO链路的激活状态用二进制bij表示，如果FSO链路激活，则bij＝1；否则bij＝0；
所有的机架具有相同的节点度，网络中任意机架的节点度小于等于该机架上所安装的收发机个数；
FSO链路的发射端所需要消耗的功率为构建该FSO链路所需要的开销cij；
汇聚在每一条FSO链路上的数据流不能超过该条链路的容量Rij；
从源机架节点s到目的机架节点d的数据流fsd，经过链路lij的数据为
网络中采用多条路径分流的路由方式，网络中数据流被分为多个子数据流；
整个基于FSO的无线数据中心网络拓扑中所有FSO收发机所消耗的总的传输功率为网络的开销。


3.根据权利要求2所述的基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法，其特征在于，步骤SS1中的获得网络中不同机架间的数据业务需求量Dsd具体包括：预测定义任意一对机架s和机架d之间的业务请求量为Dsd，则每对机架节点之间的数据流fsd小于等于业务请求量Dsd，预测一个周期内不同时刻不同机架间的数据业务需求量Dsd。


4.根据权利要求1所述的基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤SS2具体包括：
步骤SS21：选择扩展路径，定义效益函数对每一条扩展路径进行评估，扩展路径的效益函数描述如下所示：



其中，Dsd是机架节点s到节点d之间的业务需求，hsd是当前网络拓扑中，节点s到节点d之间最小跳数，∑i∑jbijcij是指网络中功率消耗，即网络的开销；相应地，如果选择一条扩展路径对当前的网络拓扑进行更新，那么更新后的网络效益值与当前网络拓扑效益值的差为



步骤SS22：寻找扩展路径更新激活链路的集合M，构建最优网络拓扑结构，具体包括：
步骤SS221：找到在节点度限制条件下的扩展路径，选择需要激活的链路；
步骤SS222：根据网络效益值判断选择的链路是否可以更新网络拓扑提高网络的性能。


5.根据权利要求4所述的基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤SS221具体包括：首先，判断选择节点度小于阈值的节点a；其次选择与之相邻，且未建立链路的所有节点，选择节点度小于阈值的节点b；再次，找到与节点b所建立链路的所有节点c，判断与节点b所连接的节点c的节点度是否小于阈值，如果节点c节点度大于等于阈值，则重新选择节点b，如果节点度小于阈值，则选择节点c作为扩展路径中节点；然后，选择与节点c相邻且未与c节点建立链路的节点d作为扩展路径中一个节点，那么选择的扩展路径a-b-c-d则为选择的需要激活的链路。


6.根据权利要求4所述的基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤SS222具体包括：
根据选择的扩展路径改变网络拓扑，沿着该扩展路径，将路径上所经过的链路状态进行改变，即激活的链路变成非激活链路，而非激活的链路进行激活，这样形成一个新的网络拓扑；
当新的网络拓扑形成，根据更新前后网络效益值的变化量Δu，判断网络拓扑性能是否能得到提高；如果Δu＞u，u为更新后网络效益值，则判定所选择的扩展路径可提高网络拓扑的性能；否则，Δu≤u则此时需要返回步骤SS221重新选择扩展路径；
直到网络拓扑中所有节点的节点度已达到阈值，则算法终止。


7.根据权利要求1所述的基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤SS3具体包括：
步骤SS31：对业务量进行降序排列，按照从大到小的顺序依次对业务需求进行处理；
步骤SS32：针对每个业务，根据网络最大流算法为其选择最大增广路径，增广路径是由一系列激活和未激活的链路组成，且开始链路和终止链路均为未激活链路；
步骤SS33：计算网络中链路的剩余容量，并更新网络当前状态；
步骤SS34：直到网络中找不到增广路径，算法终止；
步骤SS35：统计通过网络的所有数据流量和。


8.基于流量预测的无线数据中心网络拓...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶彬彬，罗威，蔡万升，李洋，赵高峰，龚亮亮，王宝海，刘金锁，谷志群，高亮，姜元建，殷伟俊，毕善玉，张影，王斌，蒋政，顾辉，顾仁涛，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院有限公司，南京南瑞信息通信科技有限公司，国网浙江省电力有限公司，国家电网有限公司，北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32