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超高速网络中基于终端限制的大数据传输问题的研究

作　者: 高翔
导　师: 郭薇
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 光网络超高速网络终端限制大数据传输网络协议调度算法
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着网络技术的发展,数据传输的带宽及可靠性在逐步提高,而大数据传输问题一直是网络技术中的研究热点。本文在超高速网络背景下研究了基于终端限制的大数据传输问题:1,给出了基于UDP协议及终端限制因素的大数据传输协议及工具SSUDP;2,提出基于终端限制的大数据传输调度问题,研究基于终端限制带宽检测的大数据传输调度算法;3,设计并实现基于终端限制的大数据传输任务调度器,通过实验验证其可行性及有效性。光网络作为网络技术中的重要组成部分,其高带宽高可靠性的特点很好的支撑了骨干网等大带宽长距离网络。光网络在大数据传输问题中扮演着重要的角色。现今,一些大规模应用,例如分布式计算机系统、超级计算机、网格计算、数据中心等对大数据传输有很大的需求,而光网络很好支持了此类应用,提供了端到端可靠的高带宽电路连接。在上述应用中,随着网络带宽的不断增高,网络传输能力已经远远超过终端系统的处理能力,终端系统的性能限制已经成为整个数据传输过程的瓶颈,而之前的文献及研究成果对基于终端限制的大数据传输问题关注较少。在传输协议上,一些研究针对终端限制情况从不同的角度提出了多种拥塞检测及速率控制算法,但由于终端系统限制问题的复杂性等原因,这些方案并不成熟。在大数据传输任务调度算法上,之前的研究大多考虑网络资源的优化算法,但对基于终端系统限制的传输调度问题考虑较少。基于以上的问题,本文从传输协议及调度算法两个方面研究了基于终端限制的大数据传输问题。在传输协议方面,针对超高速网络中基于终端系统限制的大数据传输,通过分析数据的传输过程及终端系统中的各种限制因素,在现有传输协议的基础上,本文给出了一套完整的基于终端限制的传输协议及工具:SSUDP。在任务调度方面,基于终端系统限制这个事实,本文提出了基于终端限制带宽检测的大数据传输调度算法,通过仿真验证了其性能。在此基础上,针对实际应用,设计出基于终端系统限制的大数据传输任务调度器模型,开发相应的实验平台并局部验证了此调度器的可行性及有效性。研究基于终端限制的大数据传输问题,对进一步提升网络资源利用率,提高大数据传输问题的可靠性具有重要意义。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 应用背景分析  9-10
  1.2 国内外研究现状及发展动态分析  10-11
  1.3 本文研究的内容  11-13
  1.4 本章小结  13-14
第二章基于终端系统限制的大数据传输问题相关研究介绍  14-21
  2.1 基于终端系统限制的大数据传输问题的提出  14-15
  2.2 现有传输协议及存在的问题  15-16
  2.3 基于终端限制的数据传输协议  16-20
  2.4 本章小结  20-21
第三章基于终端系统限制的大数据传输协议及工具研究  21-57
  3.1 已有协议或方法存在的一些问题或不足  21-22
  3.2 终端限制问题的具体分析  22-30
    3.2.1 操作系统及CPU 资源的限制  22-25
    3.2.2 存储系统及其他I/O 设备的限制  25-27
    3.2.3 基于以上终端限制问题所导致的丢包分析  27-30
  3.3 针对终端限制的大数据传输协议框架设计  30-34
  3.4 协议设计实现中具体问题的分析和解决  34-53
    3.4.1 RTT 值的测量  34-35
    3.4.2 发送速率的控制  35-37
    3.4.3 重传策略及算法  37-39
    3.4.4 缓冲区设计  39-46
    3.4.5 拥塞控制算法  46-53
    3.4.6 协议中其他问题及解决措施  53
  3.5 实验结果及分析  53-55
  3.6 本章小结  55-57
第四章基于终端限制的大数据传输问题调度算法研究  57-69
  4.1 基于无截止时间限制的大数据传输问题的研究  57-58
  4.2 基于终端限制的静态大数据传输问题的提出  58
  4.3 基于终端限制的大数据传输问题的模型建立  58-60
    4.3.1 网络模型  58-59
    4.3.2 业务模型  59
    4.3.3 优化目标  59-60
  4.4 基于终端限制的大数据调度算法研究  60-65
    4.4.1 路由算法  61
    4.4.2 基于终端限制的带宽检测算法  61-63
    4.4.3 基于终端限制的大数据传输调度算法  63-65
  4.5 仿真结果及分析  65-68
  4.6 本章小结  68-69
第五章基于终端限制的大数据传输任务调度器的研究  69-83
  5.1 基于终端限制的大数据传输任务调度器模型  69-72
  5.2 基于终端限制的大数据传输任务调度器的实验设计  72
  5.3 硬件平台的搭建过程  72-73
  5.4 软件平台的设计及开发  73-76
    5.4.1 终端监控软件的开发  73-74
    5.4.2 服务器端任务调度器的开发  74-75
    5.4.3 实验所需的脚本开发  75-76
  5.5 实验过程中的问题及实验结果分析  76-82
  5.6 本章小结  82-83
第六章全文总结  83-86
  6.1 主要结论  83-84
  6.2 研究展望  84-86
参考文献  86-90
符号与标记（附录1）  90-91
致谢  91-93
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  93-95

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