数据中心网络中延时敏感的传输控制机制研究

In recent years, many online service providers construct their data centers to handle core business such as web search, large-scale cloud storage and social networking applications. However, with the scale-up of data center networks, the transport control schemes are currently facing severe challenge in providing the delay-sensitive service. This project aims to explore the delay distributions in data center network and propose the transport control schemes to meet the delay requirements of various applications. Our works address several fundamental problems including: (1) Analyze and model the delay distribution of flow and task, and propose the delay-sensitive congestion detection and control scheme; (2) Study the throughput model of concurrent TCP flows, and propose the cross-layer concurrency control method based on application and transport layer; (3) Design the scheduling algorithm and cooperation method among switches to help more flows to accomplish their transfer before deadlines; (4) Explore the receiver-driven congestion control scheme to coordinate the task transfer and reduce the whole task completion time. Solving these problems can provide the effective, fair, reliable and delay-sensitive transport in data center network, thus substantially advance the research of data center.

近年来，很多在线服务商构建了数据中心来处理Web搜索、大规模云存储和社交网络等在线核心业务。但随着数据中心网络规模的不断增大，现有传输控制机制面临着一个重要的问题：如何保证延时敏感应用的服务性能。本项目分析数据中心网络延时分布的特性，探索一套传输控制机制，来满足各应用的传输延时需求。主要研究内容包括：（1）基于流和任务的延时模型，研究延时敏感的拥塞感知和控制策略；（2）研究并发TCP传输的吞吐率模型，设计基于传输层和应用层的跨层并发传输控制机制；（3）面向延时敏感应用服务，设计最大化满足传输延时约束流数量的交换机调度算法和合作机制；（4）为了降低任务完成时间，研究基于应用任务的汇聚端拥塞控制方法。通过解决这些科学问题，保证数据中心网络的高效、公平和可靠的延时敏感传输，对推进数据中心的研究发展有重要意义。

现代数据中心网络具有高带宽、低延迟和多路径的特性。如何设计传输控制机制以保证高效、公平和可靠的传输就成为了一个具有挑战性的研究课题。本项目探索研究TCP传输控制协议、并发传输机制、拥塞控制算法、缓存管理和负载均衡方法，来提升数据中心延迟敏感应用的性能。主要研究内容包括：（1）设计数据中心网络并发传输控制机制，避免超时拖尾造成的延迟问题；（2）针对典型应用的特征，设计数据中心网络传输控制协议和拥塞控制算法；（3）为了满足延时敏感应用的需求，设计交换机的缓存管理和负载均衡机制。本项目的研究为数据中心传输控制设计提供了理论和技术支持，推进了数据中心网络的科学研究发展。