一體化信息基礎設施中數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的新型體系結構和負載均衡方法研究.pdf

1、一體化信息基礎設施是支持一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的信息支撐平臺，能將全部軍事力量融合成一個有機整體，是我軍支持一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的軍事力量倍增器，是未來高技術條件下信息化戰(zhàn)爭的重要基礎支撐。而數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡則是一體化信息基礎設施處理海量數(shù)據(jù)計算和存儲的心臟和大腦，對其關鍵技術的研究對于我軍基礎設施發(fā)展有著現(xiàn)實而緊迫的意義。本文針對目前一體化信息基礎設施數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中存在缺乏高性能互聯(lián)體系結構模塊化構建和非正則性高效且較低復雜度的負載平衡等多個方面的問題

2、，對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的互聯(lián)結構、拓撲性質和負載平衡等若干關鍵問題進行了深入研究。首先研究了基于Kautz-M?bius Cube組合圖的常量度數(shù)新型數(shù)據(jù)中心體系結構KMcube，研究了KMcube的構建方法和拓撲性質；其次，深入研究了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡 KMcube的模塊化性、非正則性和路由副本等問題；最后研究了基于非對稱balls-into-bins的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡資源負載平衡方法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了我軍一體化信息基礎設施數(shù)

3、據(jù)中心網(wǎng)絡構建的一系列理論和現(xiàn)實問題，從數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲結構、虛擬化、應用現(xiàn)狀、國內(nèi)發(fā)展和負載平衡等方面介紹了相關研究現(xiàn)狀，闡述了一體化信息基礎設施及其數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的發(fā)展脈絡，并從內(nèi)容組成、結構特點等方面進行了詳解。⑵提出了一種新穎的互聯(lián)網(wǎng)絡KMcube，它是一種基于Kautz和M?bius cube的組合圖結構。KMcube既擁有Kautz圖的快速并行嵌入式計算能力，同時也擁有M?bius cube網(wǎng)的局部高速通信能力。除了具有較短的

4、直徑和平均距離之外，KMcube還具有規(guī)則性、對稱性、可擴展性和適應性等性質。KMcube適用于大規(guī)模并行計算的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的構建。⑶研究了一體化信息基礎設施對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡模塊化性的迫切需求，討論了選擇 KMcube數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡延伸模塊化性比其它hybrid方法的優(yōu)勢。構建了KMcube數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的基本構建模塊，并研究了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡 KMcube模塊內(nèi)服務器直接互連的模式，并從若干方面給出了服務器直連模式的優(yōu)點。⑷提出了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡K

5、Mcube的非正則性，保證了網(wǎng)絡結構的漸進可擴展。一體化信息基礎設施中常量度數(shù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡 KMcube具有良好的持續(xù)可擴展和無損可擴展能力，但其漸進可擴展性仍需進一步研究，對于一體化信息基礎設施實際部署后的可擴展性具有重大意義。在此背景下進一步研究了以構造模塊為基本遞進單元的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡 KMcube的非正則性，保證了該網(wǎng)絡結構的漸進可擴展。⑸研究了模塊化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡KMcube的高效容錯路由算法，包含Mc(m)模塊間的路由算法以及數(shù)

6、據(jù)中心網(wǎng)絡 KMcube的容錯路由，該算法能保證很強的容錯性和較高效的路由，在此基礎上討論了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡 KMcube的副本部署策略，合理有效的副本部署可以有效的降低路由距離，提高服務響應的并行性。⑹從模型參數(shù)和主要結論兩方面介紹了經(jīng)典 balls-into-bins模型、Azar balls-into-bins模型及balls into non-uniform bins模型，沿著這一思路，繼續(xù)拓展模型參數(shù)和應用范圍，研究了非對稱bal

7、ls-into-bins模型，該模型具有異構的balls、異構的bins，以及不同的bin選擇概率。通過研究，非對稱balls-into-bins模型具有優(yōu)異的性質，在最大負載及負載偏差幅度方面表現(xiàn)突出。最后，應用非對稱balls-into-bins模型，研究了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡模塊內(nèi)部的負載平衡，并對KMcube數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡服務器節(jié)點的負載平衡問題進行了深入的研究，通過仿真驗證取得了很好的實驗結果，通過模型的拓展應用，該模型在負載平衡的諸多