单丹枫：数据中心网络中微突发流量的研究

单丹枫：2018年清华大学优秀博士学位论文二等奖获得者

数据中心网络中微突发流量的研究

Micro-burst Traffic in Data Center Networks

作 者：单丹枫

指导教师：任丰原

培养院系：计算机系

学 科：计算机科学与技术

读博感言：敢于尝试，勇于创新

研究背景/选题意义/研究价值

微突发流量是数据中心网络中一种常见的流量，它是一种持续时间很短的剧烈突发流量。微突发流量会降低数据中心业务的性能。一方面，微突发流量会导致网络丢包，从而延长业务的完成时间；另外一方面，微突发流量会导致拥塞误判，导致网络不能被充分利用，降低业务的吞吐量。

主要研究内容

1. 观察与分析了响应性微突发流量的动态特性。本文通过实验观测和分析了五种典型的数据中心通信场景中微突发流量的动态特性。本文发现，所有场景中，交换机队列变化的斜率均能刻画微突发流量的动态特征，并且传统的突发流量消 除方案不适用于响应性微突发流量。

2. 提出了快速的微突发流量响应机制 S-ECN。受到实验观测结果的启发，本文设计了 S-ECN 标记机制，该机制利用交换机队列变化的斜率来随机地给分组标记 ECN，从而令源端恰当地减速。实验结果表明，S-ECN 机制能有效地抑制微突发流量的产生。

S-ECN 标记机制

3. 分析和改进了动态门限策略。本文分析了使用动态门限策略 (DT) 时，微突发流量造成丢包的充分条件以及空闲缓存的大小。基于分析结果，本文提出了 EDT 策略来尽可能地吸收微突发流量。实验和仿真测试结果表明，EDT 能吸收更多微突发流量，从而缩短业务的完成时间。

EDT 策略

4. 分析并解决了 ECN 误标记问题。本文发现非响应性微突发流量会造成 ECN 误标记问题，故在理论上对 ECN 误标记问题进行了分析。在分析结论的启发下，本文提出了 CEDM 标记机制来减少 ECN 误标记。大量的实验和仿真验证了 CEDM 机制可以显著地减少ECN 误标记引起的吞吐量损失。

CEDM 标记机制

主要创新点

1. 构建了综合考虑林地类型和树种的多样性与空间变异性的高精度茎流升尺度方法；

2. 系统揭示了多种常用蒸散发观测计算方法在华北土石山区林地的适用性和准确性，即涡度相关方法准确性较高，忽略基岩渗漏和地下径流的流域水量平衡方法可能显著高估蒸散发，土壤水量平衡方法可以基本反映蒸散发动态；

3. 揭示了环境因素和树木生理因素对华北土石山区林地林冠层蒸腾的协同控制机理，建立了基于主要控制因素的单树尺度林冠层蒸腾估算经验公式；

4. 定量揭示了华北土石山区林地茎流与林冠层蒸腾之间日内时间滞后效应的控制因素和产生机理。

代表性学术发表

1.Danfeng Shan, Wanchun Jiang, and Fengyuan Ren. “Absorbing Micro-burst Traffic by Enhancing Dynamic Threshold Policy of Data Center Switches”, inIEEE International Conference on Computer Communications (INFOCOM), Kowloon, 2015, pp. 118-126.

2.Danfeng Shanand Fengyuan Ren. “Improving ECN Marking Scheme with Microburst Traffic in Data Center Networks”, inIEEE International Conference on Computer Communications (INFOCOM), Atlanta, GA, 2017, pp. 1-9.

3.Danfeng Shan, Wanchun Jiang, and Fengyuan Ren. “Analyzing and Enhancing Dynamic Threshold Policy of Data Center Switches”, inIEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems (TPDS), vol. 28, no. 9, pp. 2454-2470, Sept. 1, 2017.

4.Danfeng Shanand Fengyuan Ren. “ECN Marking with Micro-burst Traffic: Problem, Analysis, and Improvement”, accepted byIEEE/ACM Transactions on Networking (TON).

作者：单丹枫

供图：单丹枫

编辑：清华大学研究生院 周明坤 吴佳瑛 李文