光互聯(lián)數(shù)據(jù)中心間的快速聯(lián)合數(shù)據(jù)備份研究.pdf

1、隨著當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息化的發(fā)展，企業(yè)或個(gè)人對(duì)于信息數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)的依賴日益提高，數(shù)據(jù)中心作為信息化的核心部分，可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)，從而滿足用戶大量的需求。由于云計(jì)算和各種新型應(yīng)用（如流媒體、社交網(wǎng)絡(luò)等）的崛起，網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)量的爆炸式增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心之間面臨著指數(shù)式增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量，為了處理這些流量，就需要成千上萬個(gè)服務(wù)器和高帶寬的交換機(jī)，而電交換機(jī)需要消耗大量的能源來處理這些如此巨大的流量需求。光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)因其能提供高吞吐量、低延時(shí)和低能耗等特

2、性，近年來受到廣泛的重視。本工作的背景主要討論光互聯(lián)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。
　　由于數(shù)據(jù)中心很容易遭到破壞，如遇到洪水，地震等災(zāi)害，這樣會(huì)對(duì)企業(yè)和用戶造成嚴(yán)重的影響。另外，這些自然災(zāi)害往往具有不可預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。因此，需要采取預(yù)防措施來防止由于數(shù)據(jù)中心被破壞所造成的嚴(yán)重后果，為了防止數(shù)據(jù)丟失，企業(yè)或組織通常利用周期性備份的機(jī)制，該機(jī)制指的是通過多個(gè)數(shù)據(jù)中心來造成數(shù)據(jù)冗余，即一個(gè)地方數(shù)據(jù)中心被破壞，可以由另一個(gè)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)來恢復(fù)。周期性數(shù)據(jù)備

3、份將一個(gè)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)周期性的備份到另一個(gè)數(shù)據(jù)中心中，對(duì)于周期性的數(shù)據(jù)備份過程中的數(shù)據(jù)傳輸，不可避免的需要消耗大量的帶寬資源，從而影響了網(wǎng)絡(luò)中其他服務(wù)，為了減少備份過程對(duì)其他服務(wù)的影響，需要將備份過程安排在網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載較少的時(shí)間段，并盡可能快的完成該備份過程。因此，本文重點(diǎn)研究如何提高多個(gè)數(shù)據(jù)中心間周期性備份的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝省?br>　　本文使用光互聯(lián)數(shù)據(jù)中心作為網(wǎng)絡(luò)背景，并利用離散時(shí)間任播網(wǎng)絡(luò)模型，數(shù)據(jù)中心間的光網(wǎng)絡(luò)采用WDM的光

4、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，即在路由節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行光電光的轉(zhuǎn)換，在光纖內(nèi)部采用光波導(dǎo)傳輸。另外，本文研究一對(duì)一互為備份模型，即一個(gè)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)只能備份到另一個(gè)數(shù)據(jù)中心并且該數(shù)據(jù)中心只能作為另外唯一一個(gè)數(shù)據(jù)中心的備份點(diǎn)，接受該數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)。為了減少長(zhǎng)時(shí)間的備份過程給正常網(wǎng)絡(luò)服務(wù)造成的影響，本文具體研究如何最小化一次備份所需要的時(shí)間，即最小化備份窗口。為了達(dá)到這一目標(biāo)，本文考慮聯(lián)合優(yōu)化備份地址的選擇和備份數(shù)據(jù)傳輸路徑的選擇。
　　本文考慮時(shí)變網(wǎng)絡(luò)，即

5、將時(shí)間這一參數(shù)分片成等長(zhǎng)度的時(shí)間間隔，對(duì)每段時(shí)間間隔進(jìn)行優(yōu)化，以最小化備份窗口為目的，通過一系列限制條件，設(shè)計(jì)整數(shù)線性規(guī)劃模型(ILP)，確定每個(gè)時(shí)間間隔的備份選址問題和備份路徑選擇問題。由于ILP模型計(jì)算時(shí)間復(fù)雜度很高，只適合小規(guī)模問題變量少的情況。本文針對(duì)這一問題提出一系列啟發(fā)式算法，并從理論上分析各個(gè)算法的時(shí)間復(fù)雜度。通過仿真分析，本文對(duì)比了不同算法的結(jié)果性能。另外，本文通過CPLEX優(yōu)化軟件工具得出小規(guī)模問題的ILP的解，來作為

6、參考算法，并和各個(gè)啟發(fā)式算法進(jìn)行對(duì)比分析。
　　由于將時(shí)間分片成等長(zhǎng)度的時(shí)間間隔，并在每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)重新優(yōu)化的過程，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源重新分配并切換，這將給網(wǎng)絡(luò)帶來大量的操作負(fù)載，即網(wǎng)絡(luò)操作復(fù)雜度（operational complexity）增加。另一方面，如果不及時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)資源無法根據(jù)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)更新并被充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源，勢(shì)必會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)性能的下降。針對(duì)這一矛盾的問題，本文提出一系列啟發(fā)式算法對(duì)該矛盾進(jìn)行權(quán)