數據中心網絡中的無線通信技術(編輯修改稿)
2025-09-06 21:19 本頁面
【文章內容簡介】 60 GHz 鏈接能夠保證無線鏈接的穩(wěn)定性。除了“飛路”系統(tǒng)外，幾乎所有的數據中心無線通信設計方案中都使用了有向天線技術 [3, 9]。另一方面，除了有向天線技術，數據中心中的無線通信還使用了波束成形技術和波束轉向技術。這些技術的使用可以提高鏈接傳輸速率并借以頻譜復用來增大數據傳輸帶寬。圖 3 無線、有線混合型數據中心網絡 空間排布技術空間排布問題中首先考慮的是廣播半徑問題。前面提到過 60 GHz 無線通信技術的天線覆蓋范圍極其有限，廣播半徑只有 10 m 左右。圖 3(左下) 示意了有向天線在數據中心的廣播范圍。其中每一個小格表示 1 個 2448 英寸的機柜，10 個機柜排成一排，排與排之間橫向距離 10 英尺，縱向距離 6 英尺。圖中的圓形代表在某個機柜頂端 60 GHz 無線通信設備的 10 m 廣播范圍。由圖中可以看出，即使 10 m 的廣播半徑也足以覆蓋 17 排服務器，對于大多數據中心來說可滿足其傳輸要求。假設一個數據中心中有 N 個機柜。當采用傳統(tǒng)有線排布方法時，我們可以采用集中式交換機架結構，這樣做的好處是線的數量與 N 同一個數量級，而后果就是布線會很長；也可以采用分布式交換機結構，這樣做的好處是布線長度大幅縮短，但是布線長度會隨 N 的增大急劇上升，與 N2 同數量級。如果我們采用有線與無線相結合的方式，就可以減少機柜排之間的布線成本。圖 3(右上)展示了用無線代替有線鏈接時可大幅降低布線需求，圖 3(右下)從三維角度更好地展現了結合型數據中心網絡的布局。 全無線構架技術無線技術的日益成熟使得完全使用無線傳輸技術來構建數據中心網絡成為可能 [10]?？的螤柎髮W和微軟亞洲研究院的研究者們應用 60 GHz 射頻技術設計了一個非常新穎的數據中心。圖 4(左) 為這種圓形數據中心的結構示意圖。圖 4 全無線數據中心網絡研究者設計了新型機柜和服務器，采用如圖 4(右上、右下) 所示的結構，這些設備會讓延時更短，總帶寬更大；他們設計了全新的拓撲結構，為端到端的鏈接提供了多條冗余通路；他們也設計了全新的路由協(xié)議，可以讓服務器用少量內存短時間內計算路由，并保證路由的有效性和較少跳數。實驗結果顯示，全無線技術會讓數據中心網絡的平均網絡延遲更短，容錯能力更強，資金投入大幅減少。在理想化的情況下，全無線構架會帶來更低的造價，更低的能源消耗，以及更低的維護費用?？傮w來說，應用 60 GHz 無線通信技術在數據中心網絡中建立新的鏈路是可行且高效的。通過多維空間利用，數據中心網絡的整體性能可大幅提高，甚至理論上有可能搭建出全無線數據中心。然而上述研究多側重于無線通信技術的可行性與如何提高無線傳輸速率，對于無線鏈接調度問題以及新的鏈接和原有數據中心網絡的拓撲結構影響方面的研究較少。3 無線數據中心網絡的通信優(yōu)化 “飛路”設計“飛路”是利用無線通信技術解決數據中網絡中部分過熱點的著名設計方案。此種方案用于解決前文提及的數據中心部分節(jié)點過熱的問題。圖 5 是數據中心網絡節(jié)點過熱的一個示例。它表現了基于 1 500 臺服務器間的架頂式交換機產生的應用需求矩陣，其中橫坐標為源架頂式交換機(即發(fā)送端)，縱坐標為匯架頂式交換機(即接收端)，坐標點的顏色深淺表示其需求大小。不難發(fā)現，僅有部分交換機對出現較高的需求量，且這些需求量的分布都相對稀疏，但正是這些較熱甚至是過熱的交換機對嚴重影響了整個數據中心網絡的性能。圖 5 架頂式交換機對的應用需求矩陣(標準化)“飛路”策略的主要思想在于，通過在原有數據中心網絡拓撲結構中添加一些新的鏈接(即“飛路”)分流上述過熱的交換機對的數據流，從而突破傳輸“瓶頸” ，提高數據中心的整體表現。60 GHz 無線鏈接的帶寬及動態(tài)拓撲結構特性，使得采用無線鏈接作為“飛路”成為了可行方案。針對降低過熱交換機的通信量這一問題，文章中將優(yōu)化目標定位為最小化“最大通信時間” ，同時需要滿足每條鏈接的傳輸速率不能高于該鏈接的容量，并使用貪婪算法每次在最熱節(jié)點對間添加“飛路” ，但這種算法并不能保證結果的最優(yōu)性，僅對無線通信技術在數據中心網絡中的使用提出了一個基本構想和一個簡單直接的解決方案。 “飛路”的實現與評估2022 年，Halperin 等人提出了一個更加有效可行的“飛路”系統(tǒng)，不僅從硬件上提出可行方案，同時通過模擬仿真驗證了該方案很大程度提高了無線數據中心網絡的流量，緩解了部分節(jié)點過熱的問題。在文中作者用需求完成時間(CTD)，即最后一條信息流的完成時間來衡量數據中心網絡的性能，盡可能降低 CTD。這需要算法能夠衡量當前網絡流量大小，準確地放置“飛路” ，并改變路由機制使得“飛路”得以利用。考慮到除了直接在熱交換機對間添加“飛路” ，還可以采取間接方式，即經由別的服務器轉發(fā)這一想法，該文提出了不同的貪心算法，使得每次添加的“飛路”能夠盡可能減小 CTD。Halperin 等人在提出“飛路”后，又利用相關物理模型如信號與干擾噪聲比(SINR) 模型對鏈接的干擾與實際效果做一定的分析，以驗證“飛路”的可行性，并通過調整無線設備天線的位置來
公司管理相關推薦
鄂ICP備17016276號-1