CN113595896B - 一种基于vlc链路的混合数据中心网络的多路由通信方法 - Google Patents

一种基于vlc链路的混合数据中心网络的多路由通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种基于VLC链路的混合数据中心网络的多路由通信方法，用于增强了BCube的拓扑性能，丰富通信路径的多样性，不需要改变BCube现有结构，只在服务器层面添加无线VLC链路，安装在服务器侧面的收发器形成规则链路构成网格拓扑，安装在服务器顶端的收发器形成随机链路减小网络直径；在BCube添加无线VLC链路是对BCube网络性能的增强，能够提高路由效率，丰富服务器间通信路径的多样性，提高网络拓扑的连通性，缩短路径长度。

Description

一种基于VLC链路的混合数据中心网络的多路由通信方法
技术领域
本发明属于数据中心网络拓扑结构技术领域，具体涉及一种基于VLC链路的混合数据中心网络的多路由通信方法。
背景技术
随着云计算、大数据和网联网等计算和应用的发展，对大规模数据处理和存储的需求越来越大，设计一种性能高、可靠性强、成本低，易维护的数据中心有着较大的挑战。如今的许多大型有线网络数据中心大多使用树型拓扑结构，由于树型结构的层次化设计，使现有的网络虽然性能优越，但成本效益较低，或者控制了网络所需的成本，但减弱了数据中心网络的性能，在有线数据中心网络在实际部署中存在着布线复杂、维护困难的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于VLC链路的混合数据中心网络的多路由通信方法，用于增强了BCube的拓扑性能，丰富通信路径的多样性。
本发明解决其技术问题的技术方案为：一种基于VLC链路的混合数据中心网络的多路由通信方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在数据中心网络的BCube拓扑结构中添加无线VLC链路，原有的BCube结构不发生改变，仅在服务器层面加入无线VLC链路；
S1.1：构建规则的无线VLC链路：
为每个服务器安装4个用于构建规则的无线VLC链路的LED收发器，4个LED收发器安装在服务器的四个侧面，且所有的服务器形成m行n列的网格拓扑结构。
S1.2：构建随机的无线VLC链路：
在每个服务器顶部安装用于构建不规则的无线VLC链路的LED收发器，当每两个服务器之间的汉明距离大于2时，构建随机的无线VLC链路；
S2：通信时，以最短路径长度为标准选择有线路由或使用无线VLC链路的无线路由或有线路由与无线路由结合的混合路由进行通信。
所述步骤S1.1中构建规则的无线VLC链路的具体过程为：每两个服务器编码对应位均不相同时，两个服务器相邻放置，若发生冲突，重复此步骤，直至找到服务器的合适摆放位置，具体的为设服务器A＝akak-1...a0(ai∈[0,n-1],[i∈(0,k)])与服务器B＝bkbk-1...b0(bi∈[0,n-1],[i∈(0,k)])为BCube中任意两个服务器的编码，当ai≠bi[i∈(0,k)]，即服务器编码对应位均不相同时，两个服务器相邻放置；若发生冲突，重复此步骤，直至找到服务器的合适摆放位置。
所述步骤S1.2中构建随机的无线VLC链路的具体过程为：计算两个服务器之间的欧式距离
Figure BDA0003197693700000021
其中(x1,y1),(x2,y2)为两个服务器在二维网格拓扑中的坐标；由于LED收发器在10米内进行高速率数据传输，所以相邻服务器之间的距离小于10米，通过随机链路连接的两个服务器应满足不等式
Figure BDA0003197693700000022
其中m和n表示两个服务器，i表示此服务器在网格拓扑的第i行，j表示此服务器在网格拓扑的第j列。
所述步骤S1.2中为构建随机的无线VLC链路构造干扰图G，然后为干扰图G的顶点分配“颜色”，用L表示为图G着色需要的最少颜色数，依据此将构建随机的无线VLC链路分为L组，同一组的LED收发器被部署在同一高度，使LED收发器分布在不同的平面上。
本发明的有益效果为：
(1)大型数据中心网络中传统的树型结构使用层次化的设计方法，对于有线网络拓扑结构布线复杂、维护困难问题，本方法将无线VLC链路与BCube集成起来，在服务器层面使用完全无线方法，不需要改变现有BCube数据中心的承载环境。
(2)对于BCube拓扑，若服务器的编码对应位至少有2位不同时，服务器对间进行通信时需要至少2跳，汉明距离越大，需要的跳数越多，这使得通信较为复杂，通过在BCube中加入无线的方法，丰富了路径多样性，缩短了路径长度。
(3)将无线VLC链路与BCube集成，为每个服务器安装4个LED收发器，相邻服务器之间构成的规则链路形成了网格拓扑，随机链路减小了网络直径，改善了混合网络的扩展性差的问题，增强了BCube网络的性能。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明的规则的无线VLC链路和随机的无线VLC链路构建原理图。
图3是本发明的BCube中服务器层面的规则的无线VLC链路和随机的无线VLC构造示意图，k＝4。
图4是本发明的无线VLC链路与有线BCube集成的混合网络结构VBNet，k＝4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明包括以下步骤：
S1：在数据中心网络的BCube拓扑结构中添加无线VLC链路，原有的BCube结构不发生改变，仅在服务器层面加入无线VLC链路；
S1.1：构建规则的无线VLC链路：
为每个服务器安装4个用于构建规则的无线VLC链路的LED收发器，4个LED收发器安装在服务器的四个侧面，且所有的服务器形成m行n列的网格拓扑结构。
所述步骤S1.1中构建规则的无线VLC链路的具体过程为：每两个服务器编码对应位均不相同时，两个服务器相邻放置，若发生冲突，重复此步骤，直至找到服务器的合适摆放位置，具体的为设服务器A＝akak-1...a0(ai∈[0,n-1],[i∈(0,k)])与服务器B＝bkbk-1...b0(bi∈[0,n-1],[i∈(0,k)])为BCube中任意两个服务器的编码，当ai≠bi[i∈(0,k)]，即服务器编码对应位均不相同时，两个服务器相邻放置；若发生冲突，重复此步骤，直至找到服务器的合适摆放位置，由此，相邻服务器间构成了规则链路，且规则链路中的LED收发器被安装在服务器的侧面。
在BCube中添加VLC链路是为了增强BCube的网络性能，在无线VLC链路中，通过调制收发器的状态实现照明，当收发器接收到光时用1表示，没有接收到光用0表示，并以此进行数据传输。当多个相邻服务器同时向一个服务器A发送数据时，如果A上的多个LED收发器能够感知不同源服务器的光，但不能区分它们，会发生干扰，当在服务器上部署4个LED收发器时，干扰可以忽略。
使用专业光学软件进行模拟发现，在服务器上放置4个具有正交方向的LED接收器，向其中一个LED接收器发送可见光时，其他3个接收器几乎不能捕获光，带来的干扰可以忽略不计。
S1.2：构建随机的无线VLC链路：
在每个服务器顶部安装用于构建不规则的无线VLC链路的LED收发器，当每两个服务器之间的汉明距离大于2时，构建随机的无线VLC链路，两个服务器间的欧式距离越大，构建随机链路的概率越大；
所述步骤S1.2中构建随机的无线VLC链路的具体过程为：计算两个服务器之间的欧式距离
Figure BDA0003197693700000041
其中(x1,y1),(x2,y2)为两个服务器在二维网格拓扑中的坐标；由于LED收发器在10米内进行高速率数据传输，所以相邻服务器之间的距离小于10米，通过随机链路连接的两个服务器应满足不等式
Figure BDA0003197693700000042
其中m和n表示两个服务器，i表示此服务器在网格拓扑的第i行，j表示此服务器在网格拓扑的第j列。
所述步骤S1.2中随机链路的收发器被安装在服务器的顶部，但当随机链路中收发器达到一定数量时，两个服务器之间进行数据传输难免出现交叉和干扰，这时需要将收发器分层构建；分层构建收发器的方案是：用顶点着色方法解决随机链路的空间部署问题。首先为随机链路构造干扰图G，然后为干扰图G的顶点分配“颜色”，用L表示为图G着色需要的最少颜色数，依据此将随机链路分为L组，同一组的LED收发器被部署在同一高度，这样就使收发器分布在不同的平面上，从而解决随机链路中的干扰和遮挡问题。
S2：通信时，以最短路径长度为标准选择有线路由或使用无线VLC链路的无线路由或有线路由与无线路由结合的混合路由进行通信。
本发明的有益效果为：
(1)大型数据中心网络中传统的树型结构使用层次化的设计方法，对于有线网络拓扑结构布线复杂、维护困难问题，本方法将无线VLC链路与BCube集成起来，在服务器层面使用完全无线方法，不需要改变现有BCube数据中心的承载环境。
(2)对于BCube拓扑，若服务器的编码对应位至少有2位不同时，服务器对间进行通信时需要至少2跳，汉明距离越大，需要的跳数越多，这使得通信较为复杂，通过在BCube中加入无线的方法，丰富了路径多样性，缩短了路径长度。
(3)将无线VLC链路与BCube集成，为每个服务器安装4个LED收发器，相邻服务器之间构成的规则链路形成了网格拓扑，随机链路减小了网络直径，改善了混合网络的扩展性差的问题，增强了BCube网络的性能。

Claims (3)

1.一种基于VLC链路的混合数据中心网络的多路由通信方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在数据中心网络的BCube拓扑结构中添加无线VLC链路，原有的BCube结构不发生改变，仅在服务器层面加入无线VLC链路；
S1.1：构建规则的无线VLC链路：
为每个服务器安装4个用于构建规则的无线VLC链路的LED收发器，4个LED收发器安装在服务器的四个侧面，且所有的服务器形成m行n列的网格拓扑结构；所述步骤S1.1中构建规则的无线VLC链路的具体过程为：每两个服务器编码对应位均不相同时，两个服务器相邻放置，若发生冲突，重复此步骤，直至找到服务器的合适摆放位置，具体的为设服务器A＝akak-1...a0(ai∈[0,n-1],[i∈(0,k)])与服务器B＝bkbk-1...b0(bi∈[0,n-1],[i∈(0,k)])为BCube中任意两个服务器的编码，当ai≠bi[i∈(0,k)]，即服务器编码对应位均不相同时，两个服务器相邻放置；
若发生冲突，重复此步骤，直至找到服务器的合适摆放位置；
S1.2：构建随机的无线VLC链路：
在每个服务器顶部安装用于构建不规则的无线VLC链路的LED收发器，当每两个服务器之间的汉明距离大于2时，构建随机的无线VLC链路；
S2：通信时，以最短路径长度为标准选择有线路由或使用无线VLC链路的无线路由或有线路由与无线路由结合的混合路由进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于VLC链路的混合数据中心网络的多路由通信方法，其特征在于：所述步骤S1.2中构建随机的无线VLC链路的具体过程为：计算两个服务器之间的欧式距离
Figure FDA0003523520440000011
其中(x1,y1),(x2,y2)为两个服务器在二维网格拓扑中的坐标；通过随机链路连接的两个服务器应满足不等式
Figure FDA0003523520440000012
其中m和n表示两个服务器，i表示此服务器在网格拓扑的第i行，j表示此服务器在网格拓扑的第j列。
3.根据权利要求1所述的一种基于VLC链路的混合数据中心网络的多路由通信方法，其特征在于：所述步骤S1.2中为构建随机的无线VLC链路构造干扰图G，然后为干扰图G的顶点分配“颜色”，用L表示为图G着色需要的最少颜色数，依据此将构建随机的无线VLC链路分为L组，同一组的LED收发器被部署在同一高度，使LED收发器分布在不同的平面上。
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