上海交大在光电混合数据中心网络架构的设计与优化研究方向取得重要进展

近日，上海交通大学电子信息与电气工程学院约翰·霍普克罗夫特计算机科学中心长聘教轨副教授赵世振团队在光电混合数据中心网络架构的设计与优化研究方向取得重要进展，相关成果 “Understanding the Performance Guarantee of Physical Topology Design for Optical Circuit Switched Data Centers”已被计算机性能建模与分析评估领域顶级会议ACM SIGMETRICS接收。本文所有作者均来自我校，赵世振为第一作者，这是上海交通大学作为第一作者单位在该会议的首篇论文。 !MbRI  
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ACM SIGMETRICS创办于1973年，至今已经有近50年的历史。它是ACM计算机系统测量和建模学会举办的年度会议，是计算机科学领域的顶级学术会议之一。该会议旨在促进性能分析技术的研究以及已知方法和工具的先进与创新应用，平均录取率仅为15%左右。 oR+Fn}mG  

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与电交换的机制不同，光交换技术仅能在交换机的入口与出口之间建立一对一通信链路，而难以支持一对多、多对一、多对多通信。这就使得现有的针对电交换网络的建模分析方法无法直接应用于光电混合数据中心网络。该论文针对光电混合数据中心的物理拓扑首次提出“竞争比”概念，用于衡量不同流量模式下给定物理拓扑与理想物理拓扑之间的性能差距。文中一方面证明了大型光电混合数据中心不存在理想的物理拓扑；另一方面也针对不同的大型光电混合物理拓扑方案分别进行了严格的竞争比分析。这是学术界首次针对光电混合数据中心的网络拓扑提出理论上的性能分析方法。该工作可在光电混合数据中心的部署阶段提供指导意义。本研究主要受到国自然青年基金“数据中心低频动态拓扑结构设计与优化”项目与华为玻普实验室的资助。 H:|yu  
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该论文主要研究如何设计光交换机（OCS）与ToR层电交换机的互连方式，使最终的网络架构针对不同的流量模式均能体现出可靠的网络性能。该论文深入研究已有的光电混合数据中心架构发现可以衍生出四类可行的选择，结合竞争比，从理论层面分析了不同方案的优缺点，并做了严谨的数学证明，为未来光电混合数据中心演进提供了新的思路。 (vY10W{  
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此外，针对现有光电混合数据中心控制与运维难度高的难题，该项目组在前期发表于ICNP 2021的工作《TROD: Evolving From Electrical Data Center to Optical Data Center》中也提出了可行的解决方案。与传统方案不同，TROD不会根据数据中心流量变化频繁切换光交换机，而是结合数据中心核心层的流量特性与自适应路由方案降低光交换机切换频率。该成果大幅降低了光电混合数据中心的实际部署难度。该成果也得到了华为相关部门的关注。 z.QW*rW9  
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论文链接：https://dl.acm.org/doi/10.1145/3491054