[发明专利]面向数据中心的在线场景低带宽开销流量调度方案

说明书

面向数据中心的在线场景低带宽开销流量调度方案，是一种互联网传输控制技术。其目的为通过合理调度各个大块传输流，使得数据中心拥有者的带宽租用开销最小，同时也保障所有大块传输流按时完成。其执行流程为1)运行控制器，实时地获得一个租用周期内所有大块传输流的源目的节点，数据量，到达和截止时间；2)在每个大块传输流到达时，以最小化额外的带宽租用开销为目标，在保障所有大块传输流都能完成的前提下，达到带宽开销的最小化。本发明可以在保障服务质量的前提下，有效降低数据中心拥有者向互联网服务供应商租用带宽的开销，降低数据中心运营成本。

技术领域

本发明属于互联网技术领域，涉及流量调度技术，特别涉及一种面向数据中心的在线场景低带宽开销流量调度方案。

背景技术

许多网络服务供应商和云服务商维护着多个数据中心以支持其业务，如微软，谷歌。这些数据中心上运行着各种全局分布式的应用程序，并且它们分布在不同的地理区域，这决定了它们有跨地理区域相互通信的需求，广域网在保障这些数据中心能在不同地理位置之间相互通信中发挥了关键的作用。数据中心之间大量数据传输流导致了高昂的带宽开销，数据中心拥有者每年都要向互联网服务供应商租用广域网带宽，费用高达数亿。更严峻的是，不合理的流量调度导致了数据中心间的低下的带宽利用率，绝大多数链路的带宽利用率不超过60％，这意味着高昂的带宽开销中存在很大比例的浪费。如何合理有效地进行流量调度，减少带宽开销，同时保证数据流按时完成，成为了数据中心间流量调度领域的一个重要问题。

大块传输流被定义为在数据中心间广域网流量中占比重大，数据量大并且持续时间长的一类流。通常大块传输流在数据中心间流量中占了85％到95％的比重，数据量为几TB到几PB，持续时间长达若干小时。它的两个典型例子是：金融机构在交易日远端备份交易记录，搜索引擎在数据中心间周期性地同步索引项等。数据中心间的另一类流是交互式小流，它们的持续时间较短，时延敏感性较强。大块传输流相比之下对时延的要求并不高，可以容忍使用集中控制器进行调度带来的时延。综上，对大块传输流进行合理地调度具有重要的意义。在某些场景下，一段时间内所有大块传输流的参数都是不可预知的，一个大块传输流的到达时间，截止时间，数据量仅在它产生之后才可以得知，这些场景统称为在线场景。在在线场景下对大块数据流的合理调度，不仅是网络服务质量的重大保障，更可以节省大量的带宽租用开销的有效途径。

近年来涌现出了许多围绕着合理调度大块传输流展开的研究工作。一种主要思路是，在数据中心上增加存储设备，在数据到达时选择是否存储或转发，也就是存储转发策略。在这种思路下展开的研究工作有两种，第一种工作提出在链路繁忙的时候暂存到达的数据，在链路空闲的时候传输数据，最终在时间维度上提高了带宽的利用率。另一种工作通过存储转发策略平衡各个链路上的带宽利用率，从而实现了负载均衡。因为需要暂存通过各个数据中心的流量，这种思路下的设备部署需要在每个数据中心增加额外的存储设备，这样不仅额外增加了存储开销，也使得流量调度变得更加复杂。因此，我们希望寻求一种更合理的调度方案，进行带宽开销的优化，同时在不增加额外存储开销的前提下保障各个大块传输流按时完成。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种面向数据中心的在线场景低带宽开销流量调度方案，在保证所有大块传输流都可以按时完成的前提下，通过合理的调度，最小化数每条大块传输流带来的额外带宽租用开销，从而最小化总的带宽开销；本发明在每个传输时隙内为每个大块传输流合理地分配带宽，设置发送路径，在保证所有大块传输流按时完成的基础上，最小化带宽租用开销。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种面向数据中心的在线场景低带宽开销流量调度方案，在数据中心间广域网络下按照以下步骤实现：