pVarband：在DCN中的IRS辅助FSO系统中，采用可变带宽实现高效且性能有保障的调度

《IEEE Transactions on Networking》：pVarband: Efficient and Performance Guaranteed Scheduling With Variable Bandwidth in IRS-Assisted FSO Systems in DCNs

智能反射面辅助自由空间光通信系统在数据中心网络中的应用，提出可变带宽调度算法pVarband，通过理论分析证明其复杂度O(N log N)和重构次数最优，实现近似最优流量分解，较固定带宽方案效率提升显著。

　　

摘要：

智能反射表面（IRS）辅助的自由空间光学（FSO）系统允许在通信端点之间分配不同数量的IRS元件。因此，它可以在数据中心提供可变带宽的连接性，其中机架顶部交换机之间的流量在空间和时间上往往分布不均。在本文中，我们提出了一种新的流量调度技术，该技术可以在数据中心网络（DCN）中实现IRS辅助FSO系统的可变带宽。我们形式化了可变带宽调度问题，探索了设计调度算法的性能空间，并提供了关于如何在实践中使用启发式方法的见解。然后，我们提出了一种低复杂度且性能有保证的并行调度算法pVarband，该算法利用可变带宽避免了耗时的最大权重匹配，并且可以在具有N个机架的DCN中以O(NlogN的复杂度运行。我们从理论上证明，实现可变带宽调度最多需要O(log(1/?)次重新配置，以获得任意流量矩阵的?近似分解。此外，我们还提供了关于设计和部署IRS辅助FSO系统以实现性能饱和的见解。我们的结果表明，允许可变带宽的调度可以在流量分布不均的情况下实现几乎最优的性能，并且在运行时间和分解误差方面也优于固定带宽的对应方案。我们的工作还为IRS辅助FSO系统之外的其他场景中的可变带宽调度提供了有用的见解。

引言

随着数据中心的发展和通信需求的增加，对具有更高链路容量和吞吐量的数据中心网络（DCN）的需求也在持续增长[1]、[2]。自由空间光学（FSO）通信提供了高链路容量、灵活的链路重新配置和低运营成本，因此它可以在数据中心为灵活的流量调度提供独特的连接功能[3]、[4]、[5]。目前，有一些研究[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]利用FSO的优势来处理DCN中的流量。此外，诸如高数据速率[12]、[13]和低链路重新配置延迟[7]、[14]等研究进展为在DCN中使用FSO系统进行流量调度提供了强有力的支持。