光电混合数据中心网络架构和路由设计-通信与信息系统专业论文.docxVIP

重庆大学 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 PAGE PAGE IV Keywords: Hybrid optical and electrical data center network, cycle-arrayed waveguide grating router, light source plan, traffic scheduling, queue management 重庆大学硕 重庆大学硕士学位论文 目 录 目 录 中文摘要I 英文摘要 II 1 绪 论 1 1.1 络研究背景 1 1.2 研究意义 1 1.3 研究现状 3 1.4 研究内容 5 1.5 论文结构 6 2 数据中心网络架构与路由设计分析 7 2.1 网络架构设计分析 7 2.1.1 电交换数据中心网络 8 2.1.2 光电混合数据中心网络 11 2.1.3 全光互连数据中心网络 13 2.2 流量特征分析 15 2.3 流量路由机制分析 16 2.3.1 分布式路由 17 2.3.2 集中式路由 18 2.4 本章小结 20 HYPERLINK \l _TOC_250001 3 基于 C-AWGR 的光电混合数据中心网络架构设计 21 3.1 关键光器件技术介绍 21 3.1.1 光收发器 21 HYPERLINK \l _TOC_250000 3.1.2 循环阵列波导光栅路由器（C-AWGR） 21 3.2 架构与光源方案设计 22 3.2.1 架构设计 23 3.2.2 三种光源部署方案设计 24 3.3 成本与能耗分析 25 3.3.1 架构成本能耗对比分析 25 3.3.2 光源部署方案成本能耗数值分析 30 3.4 网络性能分析 32 3.5 本章小结 38 4 基于软件定义的流量调度与路由机制 39 4.1 软件定义网络 39 4.2 软件定义流量路由 40 4.2.1 流分类 40 4.2.2 流路径选择 41 4.2.3 流传输光波长分配 42 4.3 流量调度机制 43 4.4 流量调度性能分析 46 4.4.1 流量模型 46 4.4.2 仿真结果 47 4.5 本章小结 50 5 总结与展望 51 5.1 总结 51 5.2 展望 52 致 谢 53 参考文献 54 附 录 58 A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录 58 B. 作者在攻读硕士学位期间发表的专利目录 58 重庆大学 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 PAGE PAGE 10 1 绪 论 数据中心是信息系统的中心，是为网上公司存储数据和处理数据的地方，同 时也是企业和用户获取运行环境和信息服务的源泉。近年来互联网技术的不断发 展和网络应用的迅速增加，数据中心的发展和建设也随之加快了脚步。不同规模 的数据中心遍地开花，金融企业、政府机关、通信行业等不断扩展其原有的数据 中心，其他的各中小型企业也逐渐构建起自己的数据中心。 1.1 研究背景 云计算这一概念首先由 google 首席执行官埃里克.施密特在 2006 年 8 月 9 日 的有哪些信誉好的足球投注网站引擎大会上所提出；2007 年 10 月由谷歌公司和 IBM 在美国的卡内基梅隆 大学、麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学伯克利分校及马里兰大学等高校内 以降低分散式计算技术在学术研究方面的成本为目的推广云计算；2008 年 1 月， 谷歌宣布在台湾启动“云计算学术计划”，将云计算技术推广到校园；2010 年各设 备厂商共同宣布开放源代码计划；2011 年思科也加入开放源代码计划，并重点研 制开源计划的网络服务，从此我们进入了云时代。云计算技术[1]将计算资源、存储 资源和软件平台等资源整合集中到一起，并根据用户的需求为其提供随时、随地、 便捷地网络信息服务。数据密集型与计算密集型网络应用的发展，如网页有哪些信誉好的足球投注网站、 社交网络、IT 基础设施外包和内容索引、数据分析、科学计算等，推动云计算技 术的发展。 数据中心的出现可以追溯到上世纪 60 年代，当时的数据中心中的绝大部分计 算机是大型机系统，大型机承担计算任务和数据存储任务，终端用户根据需求通 过终端系统分时占用大型机系统的资源。直到 20 世纪 80、90 年代，随着个人计 算机的兴起和普及，互联网和计算机网络迅速发展，引发了大量数据的处理和存 储集中完成。自 2006 年谷歌提出云计算这一概念后，微软、亚马逊、IBM、雅虎 等公司不断推进云计算技术的发展，这也促使了数据中心朝着密集计算、超大规 模和集中存储的方向转变。包含着大量分布式服务器和交换机的数据中心（Data Center, DC）是云计算的核心基础设施，得到了学术界和工业界的极大关注[2]。数 据中心网络（Data Cente