面向灾害预警的数据中心网络保护研究

Data center networks (DCNs), which consist of hundreds or even thousands of servers and massive storage resources, are becoming increasingly important infrastructures to support the wide spreading cloud computing services. However, DCNs are facing more and more potential large-scale disaster threats, both natural and human-made. Thus, DCN protection against disasters is critical for DCN operators. Based on the linear program (LP) theory, this study focuses on the following topics to improve the survivability of DCN under disasters: 1) urgent data backup within the early warning time of disasters; 2) urgent service provisioning within the early warning time of disasters; 3) unified framework design integrating urgent data backup and service provisioning for DCN protection. The objective of this project is to provide data backup and service provisioning schemes against the early warning disasters, where both LP and heuristic are proposed to achieve the schemes for each topic. This study can provide the new approaches for DCN protection against disasters and also offer the theoretical and technological support for the design of highly reliable DCN against disasters.

本项目针对灾害导致的数据中心网络损坏问题，充分利用灾害预警时间，基于线性规划理论，开展数据中心网络应急保护研究。项目拟围绕数据中心网络中应急数据备份和服务保护对面向灾害预警的数据中心网络保护策略开展系统、深入的研究。在灾害预警时间约束下，基于线性规划理论分别设计针对地理区域分布的数据中心网络的应急数据备份和服务保护的优化理论模型；基于此模型，分别提出针对应急数据备份和服务保护的高效启发式算法；在此基础上，设计融合应急数据备份和服务保护的统一框架，实现灾害预警时间内对数据中心网络的应急保护。本项目将为数据中心网络灾害保护问题研究提供新的思路，同时为针对灾害的高可靠数据中心网络设计提供理论和技术支撑，因此具有显著的理论意义和实际应用价值。

随着通信和网络技术的发展，数据中心网络已成为关键基础设施，然而近年来频繁发生的地震、海啸、台风等自然灾害以及人为攻击（破坏）造成大范围地理区域分布的数据中心网络设施的损坏或失效，对经济和社会生活造成重大影响和损失。因此，提升面向灾害的数据中心网络可生存性成为迫切需求。本项目针对数据中心网络的灾前预防问题，利用灾害预警信息，基于线性规划理论和启发式算法开展数据中心网络应急保护研究。主要研究内容和结果如下：.针对数据中心网络中面向灾害预警的应急数据备份问题，基于线性规划和启发式算法，提出了面向灾害预警的数据量最大化应急数据备份策略以及多数据公平应急数据备份策略，解决了异构数据的应急备份问题；提出了面向不同灾害预警时间的渐进式数据备份策略，适应灾害随时间推移导致预警时间不同的场景。.针对数据中心网络中面向灾害预警的应急服务保护问题，根据灾害引起数据中心网络和链路失效导致服务中断的不同情况，充分利用灾害预警时间，综合考虑网络请求重路由、网络请求重定位以及服务重定位，提出了面向灾害预警的应急服务保护策略，降低灾害对网络服务的影响。.针对面向灾害预警的数据中心网络保护整体方案设计问题，设计融合应急数据备份和服务保护的统一框架，提出了面向灾害预警的整合数据备份和服务迁移的应急保护策略，适应数据中心网络中应急数据备份和服务保护并存的场景，为实现数据备份和服务保护的权衡提供指导。.本项目为数据中心网络灾害保护问题研究提供新的思路，进一步完善面向灾害的网络可生存性理论和技术，为针对灾害的高可靠数据中心网络设计提供理论和技术支撑，因此项目研究在提升网络灾害可生存性、推动网络灾害保护理论研究和应用方面具有显著的理论意义和实际应用价值。从宏观讲，项目研究在保障网络基础设施安全，满足国家网络安全重大需求等方面产生积极意义和影响。