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、隨著當今網絡信息化的發(fā)展，企業(yè)或個人對于信息數(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)進行集中存儲，從而滿足用戶大量的需求。由于云計算和各種新型應用（如流媒體、社交網絡等）的崛起，網絡中用戶數(shù)量的爆炸式增長，數(shù)據(jù)中心之間面臨著指數(shù)式增長的數(shù)據(jù)流量，為了處理這些流量，就需要成千上萬個服務器和高帶寬的交換機，而電交換機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)網絡因其能提供高吞吐量、低延時和低能耗等特

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)中心網絡。
　　由于數(shù)據(jù)中心很容易遭到破壞，如遇到洪水，地震等災害，這樣會對企業(yè)和用戶造成嚴重的影響。另外，這些自然災害往往具有不可預測的特點。因此，需要采取預防措施來防止由于數(shù)據(jù)中心被破壞所造成的嚴重后果，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制，該機制指的是通過多個數(shù)據(jù)中心來造成數(shù)據(jù)冗余，即一個地方數(shù)據(jù)中心被破壞，可以由另一個數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)來恢復。周期性數(shù)據(jù)備

3、份將一個數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)周期性的備份到另一個數(shù)據(jù)中心中，對于周期性的數(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，從而影響了網絡中其他服務，為了減少備份過程對其他服務的影響，需要將備份過程安排在網絡流量負載較少的時間段，并盡可能快的完成該備份過程。因此，本文重點研究如何提高多個數(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)中心作為網絡背景，并利用離散時間任播網絡模型，數(shù)據(jù)中心間的光網絡采用WDM的光

4、網絡技術，即在路由節(jié)點可以進行光電光的轉換，在光纖內部采用光波導傳輸。另外，本文研究一對一互為備份模型，即一個數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)只能備份到另一個數(shù)據(jù)中心并且該數(shù)據(jù)中心只能作為另外唯一一個數(shù)據(jù)中心的備份點，接受該數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)。為了減少長時間的備份過程給正常網絡服務造成的影響，本文具體研究如何最小化一次備份所需要的時間，即最小化備份窗口。為了達到這一目標，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。
　　本文考慮時變網絡，即

5、將時間這一參數(shù)分片成等長度的時間間隔，對每段時間間隔進行優(yōu)化，以最小化備份窗口為目的，通過一系列限制條件，設計整數(shù)線性規(guī)劃模型(ILP)，確定每個時間間隔的備份選址問題和備份路徑選擇問題。由于ILP模型計算時間復雜度很高，只適合小規(guī)模問題變量少的情況。本文針對這一問題提出一系列啟發(fā)式算法，并從理論上分析各個算法的時間復雜度。通過仿真分析，本文對比了不同算法的結果性能。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，并和各個啟發(fā)式算法進行對比分析。
　　由于將時間分片成等長度的時間間隔，并在每個時間間隔內對網絡重新優(yōu)化的過程，需要對網絡資源重新分配并切換，這將給網絡帶來大量的操作負載，即網絡操作復雜度（operational complexity）增加。另一方面，如果不及時對網絡進行重新優(yōu)化，網絡資源無法根據(jù)現(xiàn)有的網絡狀態(tài)更新并被充分的利用網絡資源，勢必會造成網絡性能的下降。針對這一矛盾的問題，本文提出一系列啟發(fā)式算法對該矛盾進行權