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STUDY 研究
突发大数据在存储辅助光电路
交换网络中的传输
李 超 ,林 霄 ,孙 卫 强 ,胡 卫 生
上海交通大学,上海 200240
摘要
电路交换网络交换粒度较粗,在应对突发式业务时阻塞率较高。针对这一问题,提出在光电路交换网络
节点引入存储,从而在突发阶段暂存“时延不敏感”的业务数据并错峰传输。基于时移多层图研究了存储
容量与业务突发度的关系,并通过仿真验证了对网络性能的改善程度。研究结论包括:突发业务对光电
路交换网络性能有较大影响;引入存储可以有效平滑突发业务,降低阻塞率;在固定的网络负载下,所需
的存储容量随着业务突发度的增大而增大。
关键词
大数据传输;辅助存储;突发业务;光电路交换
中图分类号:TN915.02 文献标识码:A
doi: 10.11959/j.issn.2096-0271.2016041
Transmission of burst bulk data in optical
circuit-switched networks with assistive storage
LI Chao, LIN Xiao, SUN Weiqiang, HU Weisheng
Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
Abstract
With coarse switching granularity, circuit switching suffers from high blocking probability, especially when the traffic is
bursty. How massive intermediate storage may alleviate traffic blocking in OCS
(
coptical circuit switching
)
networks
was studied. The relationship between the storage capacity and the traffic burst was introduced, and the improvement
of the network performance was verified by the simulation results. The results suggest that burstiness in traffic is
indeed harmful to the OCS blocking performance, and can be effectively handled with massive intermediate storage. It
also indicates that with different levels of storage support, the network may exhibit different levels of burst smoothing
functions and achieve different blocking performance.
Key words
big data transmission, assistive storage, burst traffic, optical circuit switching
2016041-1
BIG DATA RESEARCH 大数据
50
1 引言
近年来,随着信息技术的不断发展和
“ 数 据 密 集 型 ”应 用 的 不 断 出 现 ,互 联 网
上的数据量正在呈爆炸式增长。宽带化的
发展也使得人均网络接入带宽和流量迅速
提 升 。全 球 新 产 生 数 据 年 增 4 0 % ,即 信 息
总量每两年就可以翻一番,并且这一趋势
将不断持续
[1]
,这表明大数据时代已经到
来。在大数据时代,传输和处理如此大量
的数据对网络设施提出了很高的要求
①
。
研究显示,在大数据时代的网络中,巨
块数据占据和消耗了大量的网络带宽
[2]
。
例如,为了保证服务质量(QoS),提高访问
容错率,云服务提供商通常建立多个地理
位置分散的数据中心,并且定期同步和复
制它们之间的内容。这些数据中心之间经
常需要传输和同步巨量的备份数据
[3]
。这
类巨块数据的传输有以下两个特点。
●
传输的数据流量巨大。单个业务传
输 的 数 据 量 可 以 达 到 G B 甚 至 T B 级 别 。根 据
某些机构的观察和预测,数据中心之间的
流量在2016年将达到1.3 ZB,之后每年以
31%的速度增长,在2019年将达到2.8 ZB
②
。
●
对业务的实时性要求较低。由于没
有实时业务的交互性要求,上述业务通常
可以容忍数小时甚至数天的时延
[4]
。
在传输流量如此巨大的数据业务时,
“端到端”的电路交换网络比“逐个分
组 转 发 、逐 跳 处 理 ”的 分 组 交 换 网 络 有 更
大的优势
[5]
,而 且 以 光 路 作 为 传 输 媒 介 的
光电路交换(optical circuit switching,
OCS)技术具有低能耗、大带宽等优点。但
是,在电路交换网络中,通信双方在通信
之前需要建立一条双方独占的电路。在建
立电路之后、释放线路之前,整个线路不允
许其他业务使用。这将导致较低的网络资
源 利 用 率 。特 别 当 业 务 表 现 出 一 定 的 突 发
性 时 ,集 中 到 来 的 业 务 请 求 可 能 因 找 不 到
足够的带宽资源而被拒绝,从而造成阻塞
率过高的问题
[6]
。大 数 据 传 输 场 景 中 的 突 发
性业务的问题逐渐引起了人们的关注和研
究
[ 7,8 ]
。
由于大数据传输业务大都能够在一定
程度上容忍时延,因此可以在电路交换网络
中 引 入 存 储 队 列 来 暂 存 业 务 数 据 。当 网 络 忙
碌时,找不到足够带宽资源的业务数据暂存
在存储中,等待未来时刻带宽资源充足时再
进行错峰传输,这提高了网络带宽利用率,
降低了网络中业务请求的阻塞率
[9,10]
。
当存储引入网络后,如何为新到业务
找到一条既包含带宽资源(空间链路)又包
含存储资源(时域链路)的可用通路,是需
要在两个维度上调度的复杂问题。为了应
对这样的复杂调度问题,时移多层图作为
一种通用的路由框架被提出
[11]
。时 移 多 层
图的基本思想是将网络状态随时间的变化
记录下来,并用代表存储资源使用状况的
时域链路将这些快照连接起来。使用时移
多层图进行路由调度,可以统一管理网络
中的带宽资源和存储资源,极大地简化了
路由过程。时移多层图提供的路由框架可
以有效地研究存储电路交换网络传输突发
业务的问题。
2 大数据传输环境中的突发业务
在大数据传输网络的经典场景——数
据中心之间的通信过程中,业务特性表现出
了强烈的不规律性和波动性
[2]
。P a d g a v a n k a r
M H等人把易变性作为大数据业务的三大特
性之一
[12]
。通常情况下,这种波动性的突发业
务对网络性能的影响很大,会带来较高的阻
塞率
[5]
,从 而 使 网 络 性 能 恶 化 。
为 了 改 善 网 络 性 能 ,一 种 可 以 利 用 网
①
http://
sloanreview.
mit.edu/article/
the-storage-
and-transfer-
challenges-of-
big-data/
②
http://www.
cisco.com/c/en/
us/solutions/
collateral/
service-
provider/global-
cloud-index-
gci/Cloud_Index_
White_Paper.
html
2016016-502016041-2
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