基于负载因子及最优化模型的混合数据中心架设方法与流程

技术特征：

1.一种基于负载因子及最优化模型的混合数据中心架设方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：分析并提出混合数据中心中无线设备架设使系统获益的基本原理及基本原则GainRule；包括如下内容：

步骤A.a：提出混合数据中心中无线设备架设使系统获益的基本原理，混合数据中心中无线设备架设对于整体系统的增益体现在无线设备能够促进不同Pod间的直接流量交换而减少影响传统数据中心带宽的主要因素：下行流量拥堵；

步骤A.b：提出混合数据中心中无线设备架设使系统获益的基本原则GainRule，包括如下内容：

步骤A.b.a：提出混合数据中心中无线设备架设使系统获益的基本原则一，任何边缘交换机和该边缘交换机的无线邻居都被摆放在不同的Pod内；

步骤A.b.b：提出混合数据中心中无线设备架设使系统获益的基本原则二，发送交换机端作为负载的边缘交换机与接收交换机端作为负载的边缘交换机位于不同的Pod内；

步骤B：根据基本原则GainRule确定表现系统获益程度的负载因子α；

步骤C：根据使系统获益的基本原则GainRule初始化无线拓扑结构；

步骤D：根据负载因子α建立混合数据中心中的任意单个边缘交换机在无线拓扑结构下的获益模型；

步骤E：针对于混合数据中心中的每一个边缘交换机的负载因子α进行最优化数学模型建模与求解，得到混合数据中心结构特征；

步骤F：根据步骤E中得到的混合数据中心结构特征进行有效性定义，避免在流量路由过程中发生成环现象。

2.根据权利要求1所述的基于负载因子及最优化模型的混合数据中心架设方法，其特征在于，所述步骤B包括如下步骤：

步骤B.1：设定负载因子α＝ns×nd-n去衡量无线架构对于整体系统负载性能的体现；其中α代表着在负载因子，即负载路径的数目，表明了无线邻居在当前无线设备架设结构下的获益程度，ns表示发送交换机端处于不同pod的邻居交换机项目，nd表示接收交换机端处于不同pod的邻居交换机项目，n表示发送交换机端与接收交换机端重叠的边缘交换机数目。

3.根据权利要求1所述的基于负载因子及最优化模型的混合数据中心架设方法，其特征在于，所述步骤C包括如下步骤：

步骤C.1：根据当前的无线设备架设结构，在边缘交换机上安装定向天线，用于建立混合数据中心结构；由于针对于k-pod的混合数据中心结构，边缘交换机数目为k²/2，为了提高利用率，在无线摆放的a×b区域中选取

a＝k

b＝k/2

其中，k表示pod数目，a表示矩形区域长边上边缘交换机数目，b表示矩形区域短边上边缘交换机数目；

步骤C.2：为了将数目为k²/2的边缘交换机摆放在a×b的区域中，根据步骤A中所设立的基本原则进行了摆放的初始化，形成初始结构，在初始结构的无线摆放中，有：

1)针对于m行0列区域，分配pod编号为(3m)％k的边缘交换机；

2)针对于m行n列区域，分配pod编号为((3m)％k+n)％k的边缘交换机，其中

0＜k＜n-1；

步骤C.3：根据步骤C.2，得到，针对于位置(m，n)的边缘交换机，其无线邻居分别为：

(m-1，n)：((3m)％k+n)％k-3；

(m+1，n)：((3m)％k+n)％k+3；

(m，n-1)：((3m)％k+n)％k-1；

(m，n+1)：((3m)％k+n)％k+1。

4.根据权利要求1所述的基于负载因子及最优化模型的混合数据中心架设方法，其特征在于，所述步骤D包括如下步骤：

步骤D.1：求解任意边缘交换机的无线邻居边缘交换机所处的不同pod数目，为此提出了表示边缘交换机周围pod数目的变量Δx，y，根据变量Δx，y定义，有：

其中，d(a，b)在位置(a，b)与位置(x，y)位于相同pod时d(a，b)值为0，否则为1；a取值为x、x-1或x+1，b取值为y、y-1或y+1；x表示矩形摆放区域内边缘交换机的横坐标，y表示矩形摆放区域内边缘交换机的纵坐标；符号表示恒等于；

步骤D.2：求解任意边缘交换机的无线邻居中的重叠部分的边缘交换机pod指数，定义来表示位置为(xd，yd)与位置为(xs，ys)无线邻居间的重叠指数，从而得到：

其中

对于sa，b，c，d，有

当Pa，b＝Pc，d时，sa，b，c，d＝1；

当Pa，b≠Pc，d时，sa，b，c，d＝0；

其中：

表示矩形空间中位置为(a，b)的边缘交换机与相邻的四个边缘交换机的重叠指数，a取值为xs、xs-1或xs+1，b取值为ys、ys-1或ys+1；

sa，b，c，d表示矩形空间中位置为(a，b)的边缘交换机与位置为(c，d)的边缘交换机是否在同一个pod内，若位于同一pod内，则值为1，否则为0，c取值为xd、xd-1或xd+1，d取值为yd、yd-1或yd+1；

Pa，b表示矩形空间中位置(a，b)处的边缘交换机的pod编号，Pc，d表示矩形空间中位置(c，d)处的边缘交换机的pod编号；

步骤D.3：根据步骤A中提出的基本原则以及步骤B中提出的负载因子α建立边缘交换机的获益模型，得到d＝ns×nd-n，其中ns和nd分别为发送交换机端和接收交换机端处于不同pod的邻居交换机项目，n为发送交换机端与接收交换机端重叠的边缘交换机数目；

在步骤D.3中，ns×nd为总负载路径数目，α即为发送交换机端与接收交换机端间确切的有效路径，用于表现系统整体的获益程度；通过计算所有边缘交换机的获益模型负载因子α的和，建立最优化获益模型。

5.根据权利要求1所述的基于负载因子及最优化模型的混合数据中心架设方法，其特征在于，所述步骤E包括如下步骤：

步骤E.1：建立数学模型中的限制条件，包括：

条件1：pod编号的限制区间为

0≤pi，j≤k-1

其中，pi，j表示对于位置(i，j)的pod编号，i表示矩形空间中边缘交换机的横坐标，j表示矩形空间中边缘交换机的纵坐标，k表示pod总数；

条件2：针对于各个pod的边缘交换机的总数恒定，假定

从而提出了满足条件2的数学模型

其中，lx，y，C表示当前位置(x，y)处的边缘交换机是否属于编号为C的pod，x表示矩形空间中边缘交换机的横坐标，y表示矩形空间中边缘交换机的纵坐标，C表示pod编号，px，y表示位于位置(x，y)的边缘交换机；

步骤E.2：根据负载因子α以及限制条件形成如下式所示的最优化数学模型：

限制条件为：

0≤pi，j≤k-1

其中：αi表示第i个边缘交换机的负载因子α。

6.根据权利要求1所述的基于负载因子及最优化模型的混合数据中心架设方法，其特征在于，所述步骤F包括如下步骤：

步骤F.a：根据步骤E中的最优化数学模型分析了传统数据中心结构中满足路由不成环的有效路径，整合出如下表所示的传统数据中心有效性模型：

表一传统数据中心有效性定义模型

在传统数据中心有效性定义模型中，对比表格中的有效条件与传统数据中心中的所有有效传输，得出表格中的有效传输包括了实际树形数据中心的所有传输方式而排出了所有不符合条件的传输方式；

其中，Edgei表示表示边缘交换机i，Edgej表示表示边缘交换机j，Aggri表示聚集交换机i，Aggrj表示聚集交换机j，Corei表示核心交换机i，Corej表示核心交换机j，符号→表示流量从箭头左侧流向右侧，src表示源交换机，des表示目的交换机，des′s表示目的交换机的相关属性，i、j表示交换机编号；

步骤F.b：根据步骤E中的最优化数学模型分析混合数据中心结构中满足路由不成环的有效路径，针对于无线路由进行了系统的分析，提出了如下表所示的混合数据中心有效性模型：

表二混合数据中心有效性定义模型

通过定义表二的混合数据中心有效性定义模型，规范了混合数据中心的有线、无线传输，使得流量传输最多经过无线传输中的一跳，避免建立混合数据中心后网络流量成环状况的出现；

其中，wireless neighbor表示无线邻居。