[發明專利]面向數據中心的在線場景低帶寬開銷流量調度方案

有效

• 申請號: 201710805436.1
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107483355B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 崔勇;李楚鳴;楊振杰;肖詩漢
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L12/801
• 分類號: H04L12/801;H04L12/863
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

面向數據中心的在線場景低帶寬開銷流量調度方案，是一種互聯網傳輸控制技術。其目的為通過合理調度各個大塊傳輸流，使得數據中心擁有者的帶寬租用開銷最小，同時也保障所有大塊傳輸流按時完成。其執行流程為1)運行控制器，實時地獲得一個租用周期內所有大塊傳輸流的源目的節點，數據量，到達和截止時間；2)在每個大塊傳輸流到達時，以最小化額外的帶寬租用開銷為目標，在保障所有大塊傳輸流都能完成的前提下，達到帶寬開銷的最小化。本發明可以在保障服務質量的前提下，有效降低數據中心擁有者向互聯網服務供應商租用帶寬的開銷，降低數據中心運營成本。

技術領域

本發明屬于互聯網技術領域，涉及流量調度技術，特別涉及一種面向數據中心的在線場景低帶寬開銷流量調度方案。

背景技術

許多網絡服務供應商和云服務商維護著多個數據中心以支持其業務，如微軟，谷歌。這些數據中心上運行著各種全局分布式的應用程序，并且它們分布在不同的地理區域，這決定了它們有跨地理區域相互通信的需求，廣域網在保障這些數據中心能在不同地理位置之間相互通信中發揮了關鍵的作用。數據中心之間大量數據傳輸流導致了高昂的帶寬開銷，數據中心擁有者每年都要向互聯網服務供應商租用廣域網帶寬，費用高達數億。更嚴峻的是，不合理的流量調度導致了數據中心間的低下的帶寬利用率，絕大多數鏈路的帶寬利用率不超過60％，這意味著高昂的帶寬開銷中存在很大比例的浪費。如何合理有效地進行流量調度，減少帶寬開銷，同時保證數據流按時完成，成為了數據中心間流量調度領域的一個重要問題。

大塊傳輸流被定義為在數據中心間廣域網流量中占比重大，數據量大并且持續時間長的一類流。通常大塊傳輸流在數據中心間流量中占了85％到95％的比重，數據量為幾TB到幾PB，持續時間長達若干小時。它的兩個典型例子是：金融機構在交易日遠端備份交易記錄，搜索引擎在數據中心間周期性地同步索引項等。數據中心間的另一類流是交互式小流，它們的持續時間較短，時延敏感性較強。大塊傳輸流相比之下對時延的要求并不高，可以容忍使用集中控制器進行調度帶來的時延。綜上，對大塊傳輸流進行合理地調度具有重要的意義。在某些場景下，一段時間內所有大塊傳輸流的參數都是不可預知的，一個大塊傳輸流的到達時間，截止時間，數據量僅在它產生之后才可以得知，這些場景統稱為在線場景。在在線場景下對大塊數據流的合理調度，不僅是網絡服務質量的重大保障，更可以節省大量的帶寬租用開銷的有效途徑。

近年來涌現出了許多圍繞著合理調度大塊傳輸流展開的研究工作。一種主要思路是，在數據中心上增加存儲設備，在數據到達時選擇是否存儲或轉發，也就是存儲轉發策略。在這種思路下展開的研究工作有兩種，第一種工作提出在鏈路繁忙的時候暫存到達的數據，在鏈路空閑的時候傳輸數據，最終在時間維度上提高了帶寬的利用率。另一種工作通過存儲轉發策略平衡各個鏈路上的帶寬利用率，從而實現了負載均衡。因為需要暫存通過各個數據中心的流量，這種思路下的設備部署需要在每個數據中心增加額外的存儲設備，這樣不僅額外增加了存儲開銷，也使得流量調度變得更加復雜。因此，我們希望尋求一種更合理的調度方案，進行帶寬開銷的優化，同時在不增加額外存儲開銷的前提下保障各個大塊傳輸流按時完成。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種面向數據中心的在線場景低帶寬開銷流量調度方案，在保證所有大塊傳輸流都可以按時完成的前提下，通過合理的調度，最小化數每條大塊傳輸流帶來的額外帶寬租用開銷，從而最小化總的帶寬開銷；本發明在每個傳輸時隙內為每個大塊傳輸流合理地分配帶寬，設置發送路徑，在保證所有大塊傳輸流按時完成的基礎上，最小化帶寬租用開銷。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種面向數據中心的在線場景低帶寬開銷流量調度方案，在數據中心間廣域網絡下按照以下步驟實現：