异构可扩展数据中心网络体系结构研究

数据中心网络连接大规模的服务器集群，为云计算和物联网等网络应用提供基础服务。如何设计可扩展、低成本的数据中心网络，是学术界和工业界共同关注的热点问题。已有的研究主要聚焦在同构数据中心环境，但数据中心服务器和交换机的硬件异构性较为普遍。本项目研究异构可扩展的数据中心网络体系结构，具体包括拓扑结构、单播路由和组播路由。在拓扑结构方面，研究硬件异构服务器的互联方式，充分利用不同服务器的硬件性能，且网络规模可以在服务器硬件配置相对稳定的前提下保持渐进扩展。在单播路由方面，利用数据中心网络的富连接特性，研究可选下一跳的单播路由聚合算法，在低端交换机中支持大规模数据中心单播路由。在组播路由方面，结合数据中心组通信的规模分布特征、组播路由条目概率分布特征及组播地址分配可控性特征等，研究优化网络带宽利用率的可扩展组播路由机制。为了使研究成果具有实用价值，我们通过模拟实验和数据中心试验床对研究结果进行验证。

本项目主要针对异构数据中心网络面临的一系列挑战，重点开展了以下5个方面的研究工作：1）面向服务器硬件异构性的可扩展数据中心网络拓扑结构；2）可扩展数据中心网络单播路由和传输机制；3）可扩展数据中心网络组播路由；4）数据中心节能路由；5）数据中心网络虚拟化。在项目支持下，一共发表论文23篇，其中包括CCF推荐的A类论文15篇（4篇IEEE/ACM Transactions on Networking、4篇IEEE Transactions on Computers、3篇IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems、1篇JSAC、2篇INFOCOM、1篇Super Computing），B类论文8篇（5篇ICNP、2篇ICPP、1篇Computer Networks）。主要的研究成果包括：设计了异构集装箱数据中心网络拓扑结构uFix，设计了双端口互联的服务器为中心的数据中心网络拓扑结构BCN，设计了数据中心网络可扩展组播路由协议ESM、MBF，设计了数据中心网络可靠组播路由协议RDCM，设计了数据中心网络节能路由协议EXR、Willow、EAR，设计了高效的数据中心网络带宽分配算法AR、DCloud，设计了异构数据中心网络虚拟化架构SVirt，提出了新型数据中心网络传输协议LTTP。这些研究成果将大大有助于提高数据中心网络的可扩展性、可靠性和节能。