空中傳輸計(jì)算的通信方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及空中傳輸計(jì)算的通信方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的飛速發(fā)展，其核心基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心，得到全世界工業(yè)界 和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注。基于谷歌等公司提出的分布式計(jì)算框架（MapRedUCe[l])和分布式 文件存儲(chǔ)系統(tǒng)（GoogleFileSyStem[2]，Had〇〇pDFS[3])，目前的數(shù)據(jù)中心可以充分利用 廉價(jià)計(jì)算節(jié)點(diǎn)（PC機(jī)）提高計(jì)算存儲(chǔ)能力，而節(jié)點(diǎn)之間的通信網(wǎng)絡(luò)成為數(shù)據(jù)中心的性能瓶 頸。
[0003] 目前數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（DCN)普遍采用以太網(wǎng)靜態(tài)鏈路和有線網(wǎng)絡(luò)接口，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架主 要是基于FAT-TREE的三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架核心[4]。雖然有線網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬較寬，但是其固定鏈 路結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)數(shù)據(jù)中心大量的隨機(jī)高突發(fā)流量和高負(fù)載服務(wù)器，不具備動(dòng)態(tài)能源匹配能 力，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性也遇到瓶頸，限制了數(shù)據(jù)中心的性能提升[5]
[0004] 無(wú)線通信的可控鏈路與定向天線技術(shù)可以克服有線鏈路的限制，靈活應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中 心的隨機(jī)業(yè)務(wù)需求，節(jié)省能源和成本，無(wú)線DCN開始被廣泛研宄[6]。其中，高帶寬的高頻無(wú) 線通信，特別是60GHz[6]以及可見光通信[7]，成為最有前景的無(wú)線DCN射頻解決方案。針 對(duì)高頻電磁波容易被遮擋的問題，論文[8]提出利用屋頂反射實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)視距傳輸，利用3D波 束成型解決干擾問題。而論文[9]則利用機(jī)架內(nèi)外雙天線實(shí)現(xiàn)被遮擋信號(hào)的中繼傳輸，提 出全無(wú)線DCN的方案。在這些物理層技術(shù)的基礎(chǔ)上，清華大學(xué)的Y.Cui等研宄了無(wú)線DCN 的調(diào)度和資源分配等問題[15]。
[0005] 無(wú)線DCN不同于現(xiàn)有任何無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，具有自己特殊性質(zhì)，包括：
[0006] (1)多對(duì)一數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心兩個(gè)主要功能是分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處 理，兩種功能都存在廣泛的多對(duì)一傳輸業(yè)務(wù)（在TCP造成Incast問題[16, 17])。對(duì)于分布 式存儲(chǔ)，利用網(wǎng)絡(luò)編碼（糾刪碼）進(jìn)行編碼存儲(chǔ)可以大大提高存儲(chǔ)效率[10]。在編碼存儲(chǔ) 系統(tǒng)中，當(dāng)產(chǎn)生編碼塊的時(shí)候（新建一個(gè)編碼塊或者修復(fù)丟失編碼塊），通常需要把相關(guān)的 K個(gè)數(shù)據(jù)塊發(fā)送到接收節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼操作（線性相加），即多對(duì)一傳輸任務(wù)。對(duì)于分 布式數(shù)據(jù)處理，源于谷歌的MapReduce編程模型[1]是目前最廣泛使用的并行大數(shù)據(jù)處理 模式。在MapReduce模型中，當(dāng)map節(jié)點(diǎn)計(jì)算完成后，所有map節(jié)點(diǎn)的結(jié)果中，凡是有相同 鍵值（key)的結(jié)果都會(huì)發(fā)送到同一個(gè)reduce節(jié)點(diǎn)做處理。所以這也是多對(duì)一的數(shù)據(jù)傳輸 任務(wù)。
[0007] (2)緊湊的物理網(wǎng)絡(luò)空間：為了降低成本，數(shù)據(jù)中心的計(jì)算節(jié)點(diǎn)通常都是集中到 一個(gè)專門建造的房間之內(nèi)。所以物理網(wǎng)絡(luò)空間都限制在房間之內(nèi)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間都規(guī)則的 緊密排列。非常適合于用有線連接所有節(jié)點(diǎn)，提供參考信號(hào)[11]。
[0008] (3)準(zhǔn)靜態(tài)高斯信道：專用數(shù)據(jù)中心內(nèi)，計(jì)算（通信）節(jié)點(diǎn)都位置固定且節(jié)點(diǎn)外部 環(huán)境很少發(fā)生變化；節(jié)點(diǎn)之間可以利用屋頂反射形成間接視距傳輸（LineofSight) [8]。 因此，無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間可以形成準(zhǔn)靜態(tài)高斯信道，非常適合發(fā)送端的預(yù)編碼和預(yù)處理。
[0009] 總體來(lái)說(shuō)，目前無(wú)線DCN基本上集中于無(wú)線鏈路的結(jié)構(gòu)和可行性研究，主要思路 是將成熟的無(wú)線通信技術(shù)移植到DCN中，這些方案未能充分考慮DCN的網(wǎng)絡(luò)特性和業(yè)務(wù)需 求，未能考慮DCN和DC存儲(chǔ)功能、計(jì)算功能有機(jī)結(jié)合。
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