面向绿色云计算的先进光数据中心网络支持下的能量有效数据管理

Cloud computing has become a critical technology and platform to solve various complex, data-intensive scientific and engineering application problems, such as weather forecasting and urban area monitoring. However, how to design an energy-efficient data center for cloud computing and how to schedule and manage the resources and data in the data center remain a critical and urgent research issue. The objective of this project is to develop a high-performance, green cloud infrastructure supported by an advanced optical data center network, which can efficiently schedule and manage the resources and data in the data center, so as to meet the ever increasing demands of various complex scientific and engineering applications. To achieve this objective, we will first design an advanced optical data center network with high-throughput and low-latency, and then study green data management strategies on the optical data center network. For the optical data center network, we will first propose a novel optical data center network architecture based on Optical Circuit Switching (OCS) and Optical Carrier Distribution, and then design routing algorithms using a combined approach of both demand specific routing and demand oblivious routing so as to efficiently schedule the network resources such as network bandwidth and optical carriers, etc; For the data management strategies, we will first study power-efficient cloud storage strategies and then develop a cloud parallel and distributed metadata management system so as to achieve the high-efficiency scheduling and management for I/O resources, disk space and network data, etc.

云计算已经成为解决各种复杂的数据密集型计算的科学及工程应用问题如天气预报、城市监控等的关键技术平台。然而如何设计适用于云计算的低能耗数据中心以及如何对该数据中心的资源和数据进行有效地调度和管理仍是一个亟待解决的问题。本项目的目的就是开发一个基于光数据中心网络的并能够有效调度和管理该网络中资源和数据的绿色云架构，从而满足不断增长的复杂工程应用的需要。为此，我们将首先设计先进的高吞吐量低延迟的光数据中心网络，然后研究基于该数据中心网络的绿色数据管理策略。对于光数据中心网络，我们将首先设计一种新型的基于光载波分发和光电路交换的光数据中心网络，然后提出融合需求无关和需求具体的新型路由机制，从而更好地调度网络带宽、光载波等资源；对于数据管理策略，我们将首先研究能量有效的云存储策略，然后开发云并行和分布式元数据管理系统，从而实现对光数据中心网络中的I/O资源、磁盘空间和网络数据等进行高效地调度和管理。

云计算已经成为解决各种复杂的数据密集型计算的科学及工程应用问题如天气预报、城市监控等的关键技术平台。然而如何设计适用于云计算的低能耗数据中心以及对该数据中心的资源和数据进行有效地调度和管理仍是一个亟待解决的问题。在数据中心网络架构的设计上，我们提出了多种新的以服务器为中心的拓扑结构，包括BCCC和ABCCC，它们具有延展性好、代价低的特点，RRect和Rcube具有高可用性的特点，FFTree具有更高的聚合带宽、丰富的路径可用性和独特的灵活性。而在网络管理和调度中，为提高fat-tree数据中心网络传输效率和节省网络资源，我们提出基于马尔科夫链的多播调度策略，目标是实现流量的负载平衡和减少网络拥塞，同时，我们还结合软件定义网络全局可视性的优点，提出基于软件定义数据中心网络中的多播调度策略和基于集群式虚拟网络的资源分配机制。为了降低数据中心网络的能耗，我们提出了一个基于冗余消除的流量抢占式路由方案。此外，通过与虚拟化技术相结合，数据中心网络可较好的实现资源分享到资源专享的网络变革。我们分析了fat-tree数据中心网络嵌入虚拟网络的代价和性能问题，并提出了面向负载均衡和多租户的数据中心虚拟化框架。移动云计算是一种新兴的计算模式，我们提出了一个在应用完成时间内联合计算卸载选择，时钟频率控制和传输功率分配的三个子算法的节能动态卸载和资源调度策略，目标是提高应用的计算能力和节省移动智能设备的能源。外包云是当前云计算中一个流行的应用，为了提升计算外包云的性能，我们提出了两种改进的基于线性方程求解外包和基于线性规划外包的安全外包新协议，并设计了一种处理安全、可验证的、高效的SQL的外包数据库SecureDSS，目标是实现用户在有限的资源下将大量的数据外包给云。同时，为了确保数据的可用性和完整性，我们提出了基于安全网络编码的安全云存储协议的系统方法。总之，项目组完成了申报书所规定的任务，实现了预期的目标。