数据中心内及多个数据中心间光交换网络关键技术研究

基于LOBS-HC(Labeled Optical Burst Switching with Home Circuit)提供带宽保证和波长资源共享的特性，本项目拟采用斯坦纳树问题求解方法，为数据中心内光网络设计互连拓扑，提出HC(Home Circuit)波长分配与重组算法；引入人工免疫系统和基因表达式编程等智能计算方法，提出多个数据中心间光网络的最优化HC路由选择与波长分配算法，建立全局最优HC，实现动态带宽保证；提出LOBS-HC启发式信道调度机制，建立具有OpenFlow特性的交换流表；并基于数据中心内和多个数据中心间光网络不同的通信方式与流量模式，对基于LOBS-HC的数据中心光交换网络进行性能评估。本项目研究问题的解决，将改变数据中心光交换网络无法兼顾带宽服务质量(QoS)保证与资源高效利用的现状，有效促进云计算及下一代数据中心发展。

作为一种新提出的改进光交换方式，LOBS-HC(Labeled Optical Burst Switching with Home Circuit)集成了光路交换保证服务质量和光突发交换高速交换的优点，具有保证带宽和共享波长资源的特性。本项目对基于LOBS-HC的数据中心内和数据中心间网络关键技术展开研究工作。给出环网的HC(Home Circuit)分组ILP(Integer Linear Programming)模型与启发式流量疏导算法，并分别采用着色图方法和启发式方法，设计在静态和动态网络环境下的基于LOBS-HC环网的HC(Home Circuit)分组和波长分配算法；考虑网络节点在多播传输中的重要度和光路的匹配度，针对任意拓扑的数据中心间网络，提出基于最大匹配的HC波长共享算法和能够用于单播和多播传输的动态多播树建立策略，建立全局优化的HC和HC树，实现波长资源动态分配和动态数据流带宽保证；为了解决网络拥塞问题，引入平衡树结构建立LOBS-HC源节点信道调度机制；研究软件定义网络的核心协议OpenFlow及其协议要素，设计基于OpenFlow的光交换数据中心网络架构和流表更新机制，并对路由进行集中控制；分析数据中心网络通信方式和数据流模式的特点，建立基于光交换的数据中心网络软件仿真实验平台，对突发包丢失率、光链路利用率、最大使用波长数等网络性能进行评估，验证提出的算法和策略的可行性和有效性。此外，本项目还展开了平面空间约束斯坦纳树、网络安全、无线光通信等与数据中心网络相关联的一些研究。本项目的研究将在一定程度上改变基于光交换的数据中心网络无法兼顾带宽服务质量保证与资源高效利用的现状，促进云计算及下一代数据中心网络的发展。