基于一类BC图的数据中心网络及其性质的研究

The capability of the data center network largely decides the performance of cloud computing. However, the number of servers in the data center network becomes increasingly larger, because of the continuous increase of the application requirements. The performance improvement of cloud computing faces great challenges of how to connect a large number of servers in building a data center network with promising performance. Traditional tree-based data center networks have issues of bandwidth bottleneck, failure of single switch, etc.. Recently proposed data center networks such as DCell, BCube, etc., have larger bandwidth and better fault tolerance with respect to tree-based data center networks. However, for DCell, the fault-tolerant length of path between servers increases in case of failure of switches; for BCube, because there is bandwidth bottleneck of communications between “containers” when its scale is enlarged, it requires higher performance of switches between them. Based on the above considerations, we propose new data center networks, called BCDC, based on a family of BC graphs with better performance. Furthermore, we will study the static properties of BCDC networks, such as vertex degree, connectivity, diameter, and etc.; communication algorithms, such as unicast, multicast, broadcast, all-to-all transmission; fault-tolerant routing algorithm; construction of disjoint paths; and conditional reliability of them. Then, we will analyze the performance and time complexities of the proposed algorithms, conduct simulation and real experiments accordingly in BCDC networks. Such research will provide the basis for design and implementation of a new family of data center networks.

数据中心网络的性能在很大程度上决定云计算的性能，但随着应用需求的不断提高，数据中心网络中的服务器数量变得越来越庞大。如何将大量服务器连接起来，从而构建一个性能良好的数据中心网络，是提升云计算性能所面临的一个挑战。传统的树型数据中心网络存在带宽瓶颈和单点失效等问题，目前提出的DCell、BCube等数据中心网络具有较大的带宽和容错性，但DCell在交换机失效时服务器间的容错路径长度较大；而BCube在规模较大时“集装箱”间的通信存在带宽瓶颈，对交换机性能有较高要求。本项目提出基于一类性能较好的BC图的数据中心网络BCDC。进一步，我们将研究BCDC网络的静态性质如顶点度数、连通度、直径等；通信算法如单播、多播、广播、全交换通信；容错路由算法；不相交路的构造算法；以及条件可靠性。我们还将分析各算法的性能及时间复杂度并进行相应的模拟和实际实验。该研究将为新型数据中心网络的设计和应用提供重要依据。

数据中心网络的性能在很大程度上决定云计算的性能，但随着应用需求的不断提高，数据中心网络中的服务器数量变得越来越庞大。如何将大量服务器连接起来，从而构建一个性能良好的数据中心网络，是提升云计算性能所面临的一个挑战。传统的树型数据中心网络存在带宽瓶颈和单点失效等问题，目前提出的DCell、BCube等数据中心网络具有较大的带宽和容错性，但DCell在交换机失效时服务器间的容错路径长度较大；而BCube在规模较大时“集装箱”间的通信存在带宽瓶颈，对交换机性能有较高要求。本项目提出了基于一类性能较好的BC图的数据中心网络BCDC。研究了BCDC网络的静态性质如顶点度数、连通度、直径等；通信算法如单播、多播、广播、全交换通信；容错路由算法；不相交路的构造算法；以及条件可靠性。分析了各算法的性能及时间复杂度并进行相应的模拟和实际实验。进一步，本项目研究了数据中心网络DCell网络上的额外连通度和故障诊断度；广义超立方体上的结构容错性；基于广义超立方体提出了数据中心网络结构交换广义超立方体网络结构；3-元n-立方体上的网格嵌入；线图网络上独立生成树的构造的一般方法；超立方体线图网络上独立生成树的构造；交叉立方体上高度较低的独立生成树的构造等。本项目的研究将为新型数据中心网络的设计和应用提供重要依据。