【摘要】：隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益擴大以及新型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的不斷涌現(xiàn),采用固定不變的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)支撐需求多樣化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將變得非常困難。為了解決以上問題,可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計時借鑒了網(wǎng)絡(luò)虛擬化的設(shè)計思想,也就是將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供和服務(wù)提供兩大功能實體在邏輯上相分離,并通過構(gòu)建服務(wù)承載網(wǎng)(Service Carrying Network, SCN)的方式為終端用戶提供滿足其需求的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)服務(wù),而如何進行服務(wù)承載網(wǎng)的映射將對底層資源的利用效率將產(chǎn)生重要影響。本文依托國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)項目——“可重構(gòu)信息通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系研究”,結(jié)合項目對服務(wù)承載網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)方面的實際需求,重點研究了不同場景下的服務(wù)承載網(wǎng)映射技術(shù),同時設(shè)計了映射所需的相關(guān)支撐機制。首先對映射所需要的資源監(jiān)測框架和服務(wù)聚類算法進行了研究,然后針對單域集中式、單域分布式、跨域分布式這三種網(wǎng)絡(luò)管理環(huán)境,分別提出了相應(yīng)的服務(wù)承載網(wǎng)映射算法或策略,具體而言,本文的主要研究成果包括以下幾點：1.為了使網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點能夠高效地生成服務(wù)承載網(wǎng)映射方案,需要一種實時的資源狀態(tài)監(jiān)測機制作為支撐。針對該需求,設(shè)計了一種網(wǎng)絡(luò)資源監(jiān)測框架,該框架通過設(shè)置監(jiān)測代理來減少資源監(jiān)測所需的通信開銷。為了把監(jiān)測系統(tǒng)的整體通信開銷降到最低,首先將監(jiān)測代理的部署問題轉(zhuǎn)化為0-1規(guī)劃問題,并利用改進的量子遺傳算法進行求解,從而得到最優(yōu)部署方案。此外,為減少拓撲的動態(tài)改變對監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,設(shè)計了一種監(jiān)測代理的動態(tài)調(diào)整策略。仿真實驗表明,本文提出的策略不但無需管理員手動設(shè)置監(jiān)測代理的數(shù)量,而且在降低通信開銷方面優(yōu)于其他同類型策略。2.為了給不同類型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)建相適應(yīng)的服務(wù)承載網(wǎng),需要按照QoS需求對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進行聚類。在對服務(wù)聚類的功能需求和各種聚類算法的特性進行詳細分析的基礎(chǔ)上,選擇了一種層次型聚類算法BIRCH作為服務(wù)聚類的解決方案。同時針對BIRCH算法存在的缺陷,提出了一種改進算法AS-BIRCH,該算法在處理任意形狀簇這一問題上有著更好的適應(yīng)性。最后通過實驗驗證了在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)聚類方面,AS-BIRCH算法的聚類準確率優(yōu)于BIRCH。3.在可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,為了使傳輸質(zhì)量優(yōu)化的實際效果得到提升,在傳統(tǒng)的映射原則之上提出了聚合映射原則,并基于該原則設(shè)計了一種面向聚合的服務(wù)承載網(wǎng)映射算法,該算法不但在請求接收率、負載均衡以及平均虛擬鏈路長度等傳統(tǒng)的評價標準上有著較好的表現(xiàn),而且能將類型相同的服務(wù)盡量映射到同一組底層節(jié)點和鏈路上,從而使更多的服務(wù)承載網(wǎng)能夠受益于傳輸質(zhì)量的優(yōu)化。另外還通過虛擬節(jié)點和鏈路的遷移實現(xiàn)了一種服務(wù)承載網(wǎng)動態(tài)重構(gòu)算法,該算法能夠減少過載節(jié)點和擁塞鏈路的數(shù)量,并能有效提高服務(wù)聚合程度。4.在管理節(jié)點失效或是網(wǎng)絡(luò)采用分布式管理模式的情況下,只能利用分布式映射算法進行服務(wù)承載網(wǎng)的映射,但已有的分布式算法存在通信開銷大、虛擬鏈路映射代價過高的缺點。首先分析了集中式映射與分布式映射之間的差別,闡述了分布式映射的特點和應(yīng)用場景。然后設(shè)計了一種基于協(xié)商的分布式服務(wù)承載網(wǎng)映射算法,該算法僅在小范圍內(nèi)進行狀態(tài)信息的交換,從而減少了映射所需的通信開銷,并且在縮短虛擬鏈路長度方面進行了優(yōu)化設(shè)計。此外為了支持并行處理能力,算法還加入了沖突避免機制。實驗證明,本算法只需要以較小的通信代價就能在各項指標上獲得較好的評價。5.橫跨多個底層網(wǎng)絡(luò)域的映射能夠為服務(wù)承載網(wǎng)提供更多的底層資源,但也在利益劃分上帶來了新的問題。為此,從滿足網(wǎng)絡(luò)運營商自私性的角度出發(fā),提出一種面向收益最大化的服務(wù)承載網(wǎng)跨域映射策略,該策略通過競價來實現(xiàn)跨域映射過程的控制,然后將本地映射問題轉(zhuǎn)化為整數(shù)規(guī)劃模型,并利用遺傳進化的思想對其進行求解。實驗表明該策略不但能提高運營商的收益,同時能夠有效降低映射所需的開銷。
[Abstract]:With the expansion of network scale and the emergence of new network services, it will be very difficult to support network services with diverse needs by using fixed network architecture. To solve the above problems, reconfigurable networks are designed with the idea of network virtualization, that is, to provide network infrastructure. The two functional entities of service delivery are logically separated from each other and provide basic network services to meet the needs of end users by constructing Service Carrying Network (SCN). How to map service delivery network will have an important impact on the utilization efficiency of underlying resources. Point-based Research and Development Program (973) project - "Research on Reconfigurable Informational Communication Foundation Network Architecture". Combining with the actual requirements of the project on the construction technology of service bearer network, this paper focuses on the mapping technology of service bearer network in different scenarios, and designs the supporting mechanism needed for mapping. Firstly, the mapping needs Resource monitoring framework and service clustering algorithm are studied. Then, for the three network management environments of single-domain centralized, single-domain distributed and cross-domain distributed, corresponding service bearer network mapping algorithms or strategies are proposed respectively. Specifically, the main research results of this paper include the following points: 1. In order to enable network management nodes to be able to. A real-time resource status monitoring mechanism is needed to efficiently generate service bearer network mapping schemes. To meet this requirement, a network resource monitoring framework is designed, which reduces the communication overhead of resource monitoring by setting up monitoring agents. The deployment problem of monitoring agents is transformed into a 0-1 programming problem and solved by an improved quantum genetic algorithm to obtain the optimal deployment scheme. In addition, a dynamic adjustment strategy of monitoring agents is designed to reduce the impact of dynamic topological changes on the stability of monitoring systems. Simulation results show that the proposed strategy is not only effective but also effective. There is no need for administrators to set up the number of monitoring agents manually, and it is superior to other similar strategies in reducing communication overhead. 2. In order to build a suitable service bearer network for different types of network services, network services need to be clustered according to QoS requirements. Based on the detailed analysis of the rows, a hierarchical clustering algorithm BIRCH is selected as the solution of service clustering. At the same time, an improved algorithm AS-BIRCH is proposed to overcome the shortcomings of BIRCH algorithm. The algorithm has better adaptability in dealing with the problem of arbitrary shape clusters. Finally, the experiment verifies the clustering of network services. As for clustering accuracy, AS-BIRCH algorithm is superior to BIRCH.3. In order to improve the actual effect of transmission quality optimization in reconfigurable network environment, the principle of aggregation mapping is proposed based on the traditional mapping principle, and an aggregation-oriented mapping algorithm for service bearer network is designed based on the principle. The algorithm not only requests connection, but also requests connection. Traditional evaluation criteria such as yield, load balancing and average virtual link length have better performance, and can map the same type of services to the same group of underlying nodes and links as far as possible, so that more bearer networks can benefit from the optimization of transmission quality. A dynamic reconfiguration algorithm of service bearer network is presented, which can reduce the number of overloaded nodes and congested links, and improve the degree of service aggregation effectively. 4. When the management node fails or the network adopts the distributed management mode, only the distributed mapping algorithm can be used to map the service bearer network, but the existing distribution. Firstly, the difference between centralized mapping and distributed mapping is analyzed, and the characteristics and application scenarios of distributed mapping are described. Then, a distributed service bearer network mapping algorithm based on negotiation is designed, which only carries out state information in a small range. In addition, in order to support the parallel processing ability, the algorithm also adds a conflict avoidance mechanism. Experiments show that the algorithm can get better evaluation on various indicators with less communication cost. 5. Mapping across multiple underlying network domains can provide more underlying resources for the service bearer network, but it also brings new problems in the division of benefits. To meet the selfishness of network operators, this paper proposes a cross-domain mapping strategy for service bearer network for maximizing revenue, which achieves cross-domain mapping through bidding. The local mapping problem is then transformed into an integer programming model and solved by genetic evolution. Experiments show that the strategy can not only improve the operator's profit, but also reduce the cost of mapping.
【學(xué)位授予單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP393.09

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本文編號：2205941