数据中心网络中的TCP性能优化技术研究

In recent years Data Center Networks (DCN) have become the key infrastructures for Internet/Cloud services. Since they cannot adapt to the network and traffic features, in current DCN traditional TCP protocols encounter significant performance problems, including the Incast problem which leads to goodput collapse and the Outcast problem which leads to unfair bandwidth allocation. This project will make researches in depth on the performance problems of TCP in DCN. Our goal is to build the theoretical models for the Incast and Outcast problems respectively, and propose good optimization schemes that can improve the goodput performance and fairness of TCP in DCN. Our researches will be carried out in three aspects, including researches on Incast problem, researches on Outcast problem and researches on joint optimization schemes for both Incast and Outcast problems. Each aspect includes two parts: theoretical modeling and optimization schemes. This project will also establish simulation and experiment platforms used to evaluate the performance of proposed models and schemes. Achievements of this project will help to improve the quality and experience of Internet/Cloud services and applications, and thus can strongly boost the popularization of Internet/Cloud services and applications.

数据中心网络已经成为当前互联网/云计算服务的关键基础设施。由于无法适应其网络和流量特征，传统的TCP协议在当前的数据中心网络中存在严重的性能问题，表现为导致吞吐量崩溃的Incast问题和导致带宽分配不公平的Outcast问题。本项目将对数据中心网络中的TCP性能问题进行深入研究，目标是建立Incast和Outcast问题的理论模型并提出优良的性能优化方案，提升数据中心网络中TCP的吞吐量和公平性。本项目拟从以下三方面展开研究：Incast问题研究、Outcast问题研究、Incast与Outcast联合优化方案研究。每一方面的研究都包含理论建模和优化方案两部分。本项目还将搭建仿真和实验平台对研究成果进行验证。本项目的研究成果将有助于提升互联网/云计算的服务质量与应用体验，并对互联网/云计算服务与应用的进一步普及起到极大的推动作用。

数据中心网络已经成为当前互联网/云计算服务的关键基础设施。由于无法适应其网络和流量特征，TCP协议在当前的数据中心网络中存在严重的性能问题，表现为导致吞吐量崩溃的Incast问题、导致带宽分配不公平的Outcast问题、导致流完成时间过长的大延迟问题、关注共流（Coflow）完成时间的共流问题和导致MPTCP吞吐量不高的子流异步丢包问题。本项目针对上述五方面问题进行深入研究。通过本项目支持，发表或录用已标注的国内外学术论文共计11篇，其中SCI检索期刊论文1篇，EI检索期刊/会议论文11篇，CCF-B类1篇，CCF-C类7篇，申请发明专利5项。具体的研究成果如下：.1. 首次建立数据中心网络中的TCP公平性模型，并提出了一种有效的公平性优化方案aSFQ；.2. 提出了一种解决TCP Incast问题的应用层调度方案OSDT，该方案性能显著优于现有的其他应用层方案；.3. 提出了一种轻量级网络编码方案TCP-ACC，有效解决TCP大延迟问题；.4. 提出了一种半分布式TCP共流调度方案CGM-PS，该方案的调度开销仅仅和分布式方案相当，但能取得比集中式方案和分布式方案明显更优的性能；.5. 提出了一种基于编码的耦合丢包恢复方案DC2-MTP，有效解决MPTCP因子流异步丢包导致的性能问题。