NeTS: Small: Hybrid Switching in Data Center Networks: Systems-driven Modeling and Principled Algorithms

NetS:小型:数据中心网络中的混合交换:系统驱动的建模和原理算法

基本信息

项目摘要

Data analytics are increasingly an engine of technical and economic growth. They typically involve distributed computation across many interconnected servers in large data centers. The increasing number of applications and the rapidly growing scale of datacenters are driving a strong need for fast, dynamic and economic changes in the interconnection patterns among datacenter servers. To address this, this project will make use of optical circuit switches, which can handle large data traffic flows with sparse connection patterns. It will develop scheduling algorithms to manage when to connect servers via these switches, taking into account practical constraints associated with the switching hardware as well as practical systems constraints. Addressing this challenge will enable more efficient use of data center resources for data analytics and other computationally intensive tasks. This project addresses the problem of fast dynamic switching for adaptation to datacenter traffic patterns. In particular it investigates the issue of balancing the overhead of reconfiguring circuit switches with the capability of dynamically meeting traffic demand requirements. The project will design scalable scheduling algorithms for hybrid switches (combination of optical circuit switches and electronic packet switches) with direct applications to modern data centers, addressing a wide range of practical requirements. These goals are addressed via a two-step approach: (a) Systems modeling, i.e. deriving canonical models of the optimization problems underlying the constraints of the hardware (speed, connectivity constraints and switching costs) as well as practical system requirements (such as throughput and tail latency); (b) Principled algorithms: deriving scalable scheduling solutions with formal optimality guarantees by conducting a first-principles study of the underlying mixed continuous/combinatorial optimization problems. The output of this project is expected to impact both practical networking designs of modern data centers as well as the development of next generation optical switches with high connectivity and small switching costs.
数据分析越来越多地是技术和经济增长的引擎。它们通常涉及大型数据中心中许多互连服务器的分布式计算。越来越多的应用程序和迅速增长的数据中心规模促进了对数据中心服务器之间互连模式的快速,动态和经济变化的强烈需求。为了解决这个问题,该项目将利用光电开关,该开关可以处理具有稀疏连接模式的大数据流量。 它将开发计划算法,以管理与交换硬件以及实际系统约束相关的实际约束,以通过这些开关来管理何时通过这些开关连接服务器。应对这一挑战将使数据中心资源更有效地用于数据分析和其他计算密集型任务。该项目解决了适应数据中心流量模式的快速动态切换的问题。 特别是它调查了平衡重新配置电路开关的间接费用与动态满足交通需求需求的能力的问题。该项目将针对混合动力开关(光电开关和电子数据包开关的组合)设计可扩展的调度算法,并直接应用于现代数据中心,以满足广泛的实际要求。这些目标是通过两步方法来解决的:(a)系统建模,即导出硬件约束(速度,连接性约束和开关成本)以及实用系统要求(例如吞吐量和尾部延迟)的优化问题的规范模型; (b)原则上的算法:通过对基础混合连续/组合优化问题进行第一原理研究,以正式的最优性来得出可扩展的调度解决方案。 预计该项目的输出将影响现代数据中心的实际网络设计,以及具有高连接性和小型切换成本的下一代光学开关的开发。

项目成果

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