[发明专利]基于流量预测的无线数据中心网络拓扑优化方法及系统

说明书

本发明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^sd；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D^sd，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。本发明针对数据中心网络数据量的高动态性，研究基于FSO的数据中心网络拓扑的优化方案，以提高网络资源利用效率和网络的吞吐量。

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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同时与几十条链路相互关联。同时，长时间的拥塞一般集中在小范围的链路集合上。这些由持续时间较长的大流量造成的拥塞热点将会长时间占据交换机缓存，从而对小流传输也造成大幅度的排队时延，最终导致传输性能下降。因此，如何通过提高网络的吞吐量是无线数据中心网络拓扑配置面临的关键问题。

如在已有无线数据中心网络架构Firefly中，FSO收发器放在机架上。每个FSO收发器都配备有多个可切换反射镜。可切换反射镜已预先配置并与在另一个架子上接收端对齐。FSO链路可通过适当旋转反射镜使入射光束偏转。该研究以网络容量最大为目标提出一个集中的拓扑结构控制方法，并建立数据路由对网络带宽进行动态分配。然而，目前无线数据中心网络拓扑研究有一定的局限性。首先，由于数据中心网络流量的高动态性，需要实时调整网络拓扑以满足网络的业务需求，如何准确预测网络的业务需求量是保证网络性能的关键。目前方案缺少对数据业务量的预测过程；其次，仅考虑网络的容量和性能，由于FSO链路光路数目受网络中收发器个数限制，网络中配置较多的链路数则会增加网络开销，降低网络资源的利用效率。

发明内容

现有技术在网络优化的过程中主要考虑网络的吞吐量和容量，未对网络的开销(网络中FSO链路数)进行优化。由于FSO点对点链路特性，在网络中每一条FSO链路则需要一个激光发射器和一个接收器，当数据量较大，网络中节点数较多，那么需要消耗较大的网络资源以构建足够的FSO链路保证网络性能，导致网络开销增加。本发明针对该问题提出同时以吞吐量最大和网络开销最小为双目标提出无线数据中心网络的拓扑优化方案。

本发明主要解决面向自由空间光通信技术(Free space optics,FSO)的无线数据中心网络拓扑优化配置所面临的网络容量小开销大的问题。本发明主要将FSO用于数据中心网络内机架间通信，由于数据量的增加和数据的高动态性，使得网络容量和资源高效利用成为数据中心网络拓扑重置考虑的主要因素，此外由于FSO点对点的传输特性，FSO光束受网络中收发器的个数限制，减少网络中FSO链路配置成为提高无线数据中心网络资源利用率的关键。因此，本发明针对数据中心网络数据量的高动态性，研究基于FSO的数据中心网络拓扑的优化方案，以提高网络资源利用效率和网络的吞吐量。