一种新型无线数据中心Comb拓扑结构的设计与性能分析

作     者：张庆芳 

作者单位：河南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何欣

授予年度：2019年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：数据中心网络 60GHz毫米波 Comb无线拓扑结构 CMR算法 

摘      要：近年来,组群通信日渐普及,在当前的数据中心网络中,多播在组群通信中越来越重要。传统数据中心网络是基于有线设计的,研究者先后提出了DCell,BCube等数据中心拓扑结构。但是传统数据中心网络有线拓扑结构存在开销大、部署复杂、维护成本高、散热慢等缺陷。随着60GHz毫米波无线技术的发展,它已经被越来越多的国家认可,研究人员已初步提出了Flyways结构和石墨结构。本文针对现存无线数据中心Flyways结构和石墨结构连通性低、扩展性差等问题,提出并设计了一种新型无线数据中心网络拓扑Comb结构(Comb模型是一个多层蜂窝结构模型,该结构是将单层的类蜂窝结构交错摆放组合而成的多层结构),该结构可以有效地提高数据中心连通性,缩短路由路径,降低网络中出现节点故障的概率,保证网络畅通。论文主要完成以下几个工作:(1)针对现存无线数据中心Flyways结构和石墨结构存在的连通性低、不易扩展等问题,结合60GHz毫米波无线通信技术的特点,提出了一种新型的无线数据中心网络拓扑Comb结构,同时给出了Comb拓扑结构的构造过程及构造算法。该结构有效的解决了Flyways结构和石墨结构扩展难、不易部署、难维修等问题。(2)提出适合Comb结构的多播路由算法,简称CMR算法。经过归并总结发现,在Comb结构中进行数据传输时,会遇到两种情况:相交、相离。针对数据传输过程中出现的这两种情况,CMR算法都有针对性的进行了算法设计。并对CMR算法的时间复杂度进行了分析。(3)针对Comb结构性能进行了理论分析和实验验证,结果表明Comb拓扑结构比现有的Flyways结构和石墨结构的性能更好。并在CMR算法下对不同网络拓扑结构的吞吐量和时延进行了仿真实验,实验结果表明,CMR算法可以合理地均衡通信负载,并有效地为通信进行网络分配。