[发明专利]基于莫比乌斯立方体网络构建数据中心网络容错的方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于莫比乌斯立方体网络构建数据中心网络容错的方法，属于计算机与数学交叉技术领域。

背景技术

作为云计算的基础设施和下一代网络技术的创新平台，数据中心网络的研究成为了近年来学术界和工业界关注的热点。数据中心网络拓扑结构本质上是网络互连结构的一种应用实例，其作为云计算和数据密集型计算的底层基础设施，必须向上层应用提供高效可靠的网络通信服务，是重要的信息支撑平台，对我国军事、金融、电信等核心领域的信息化发展具有举足轻重的作用。数据中心网络的性能在很大程度上决定云计算的性能。由于数据中心网络存在大量的交换机和服务器以及链路，发生故障的情形是很难避免的。容错性确保数据中心网络中某些资源(服务器、交换机或链路)发生故障时，正在执行的各种任务(如信息处理或者算法)能正常运行。因此研究网络的抗容错性能具有重大的实际意义。

在数据中心网络中，由于组成设备多、链路连接复杂、网络规模较大，因此单设备或单条链路故障发生的频次比普通的网络要多，是否具有较好的容错性是评价数据中心很重要的标准。根据目前的研究发展现状来看，适用于数据中心网络的网络结构大体分为三种类型：以交换机为中心的网络，以服务器为中心的网络和不规则的网络。随着数据中心的不断发展，传统的数据中心网络，即树形结构、Fat-tree网络结构等，逐渐暴露出越来越多的缺陷和不足。如树形结构一般包含两至三层的网络设备，分别为核心层，聚合层和边缘层。其中服务器与底层的边缘层交换机连接，边缘层交换机与聚合层路由器连接，聚合层路由器再与核心层路由设备连接。如果聚合层网络设备出现故障，将会导致失效设备的下层结点与其他结点失去连接，因此这种结构存在明显的单点失效问题，网络容错性较差。Fat-tree网络结构在聚合层引入大量的冗余交换机，因此经济性问题并没有得到很好地解决。

发明内容

为了克服上述的不足，满足数据中心新的设计要求，提高数据中心网络的可扩展性、可靠性等拓扑性能，本发明提供了一种数据中心网络结构容错的方法。采用莫比乌斯立方体网络MQ_n构建高效、容错、可扩展的数据中心网络。它是递归结构形式，而且具有在节点规模、路径长度和容错性上的良好性质。

本发明的技术方案：

一种基于莫比乌斯立方体网络构建数据中心网络容错的方法，步骤如下：

(1)当莫比乌斯立方体网络MQ_n中错误的边|F_e|和错误的点|F_v|的个数之和|F_v|+|F_e|≤n-2时，对于莫比乌斯立方体网络的维数n≥5，MQ_n中的任意一个正确边e都存在长为2ⁿ-²-2≤l≤2ⁿ-|F_v|的圈包含边e。判断莫比乌斯立方体网络MQ_n中是否存在长为2^n-2-2≤l≤2ⁿ-|F_v|的圈的算法，包括以下三个部分：

(a)MQ_n的构造：根据MQ_n的定义，生成MQ_n的关联矩阵代码，将MQ_n中每个顶点和顶点间的邻接关系保存在关联矩阵(Incidence_matrix)中；

(b)生成错误集，在关联矩阵中剔除错误集；首先对MQ_n中所有边和点进行标号，然后生成所有可能的错误子集；如6条边中错2条边的所有可能错误子集是{1,2}{1,3}{1,4}{1,5}{1,6}{2,3}{2,4}，{2,5}{2,6}{3,4}{3,5}{3,6}{4,5}{4,6}{5,6}。

(c)将关联矩阵中错误子集剔除，剩余部分即为子矩阵；对于子矩阵进行深度优先遍历，寻找所需要的路径即判断子矩阵中是否存在指定长度的圈，并记录一个符合条件的圈。

(2)判断莫比乌斯立方体网络MQ_n中是否存在指定长Len(Len＝l)的圈的原则：

1)令边e的一个端点为路径起点(Vbegin)及另一个端点为路径终点(Vend)。将Vbegin和Vend放入搜索路径(path)中去，标记路径起点Vbegin已经访问，路径终点Vend先不标记访问。