【摘要】：網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境中,服務(wù)提供商的需求不再是分散的計(jì)算或網(wǎng)絡(luò)資源,而是有結(jié)構(gòu)的資源組合—虛擬網(wǎng)絡(luò)。如何在共享的物理網(wǎng)絡(luò)之上合理地部署虛擬網(wǎng)絡(luò)資源請求,實(shí)現(xiàn)高效物理資源分配,成為一個(gè)重要的研究問題。盡管已有大量研究,我們發(fā)現(xiàn)大部分已有工作未考慮虛擬網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)資源需求或虛擬機(jī)的部署位置限制需求。一方面,終端用戶的隨機(jī)性及程序本身的動(dòng)態(tài)性,使得虛擬網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際被使用的物理資源量動(dòng)態(tài)波動(dòng)；另一方面,服務(wù)提供商常常希望部分虛擬機(jī)的物理部署位置滿足某些條件,以實(shí)現(xiàn)安全備份或網(wǎng)絡(luò)覆蓋等應(yīng)用目的。本文基于上述理解,分別對(duì)動(dòng)態(tài)資源需求和位置限制需求情形下的虛擬網(wǎng)絡(luò)資源請求的部署問題進(jìn)行了較為深入的研究。此外,本文還考察如何從單個(gè)物理節(jié)點(diǎn)、單個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)及多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層次出發(fā),優(yōu)化虛擬網(wǎng)絡(luò)部署性能。本文主要貢獻(xiàn)可概括如下：(1)針對(duì)動(dòng)態(tài)資源需求下的虛擬網(wǎng)絡(luò)部署問題,提出了一種描述動(dòng)態(tài)資源需求的模型,并設(shè)計(jì)了基于機(jī)會(huì)資源共享的虛擬網(wǎng)絡(luò)部署框架ORS。ORS通過在多個(gè)服務(wù)提供商之間合理地共享資源,減少了單個(gè)服務(wù)提供商的租借費(fèi)用,同時(shí)增加了基礎(chǔ)設(shè)施提供商的收益。在宏觀層面上,基于貪婪策略分別產(chǎn)生從虛擬機(jī)到物理機(jī)和從虛擬鏈路到物理路徑的映射；在微觀層面上,將機(jī)會(huì)資源共享問題形式化為時(shí)間片分配問題。我們通過將三劃分問題規(guī)約到該問題,從而證明該問題為NP難的,并提出了基于整數(shù)線性規(guī)劃的最優(yōu)算法和兩種分別基于沖突概率和資源需求期望的首次適應(yīng)算法,并給出了后兩種算法的近似比。為避免物理資源碎片化,還提出了階段性重調(diào)整策略。仿真結(jié)果表明,相比兩種經(jīng)典算法,ORS能夠顯著提高物理資源利用率和虛擬網(wǎng)絡(luò)請求接受率。(2)針對(duì)物理位置限制需求下的虛擬網(wǎng)絡(luò)部署問題,提出了絕對(duì)位置需求與相對(duì)位置需求的模型,并設(shè)計(jì)了分別側(cè)重提升物理資源利用率和提供資源分配彈性的部署算法MIPA和SAPA。算法MIPA通過引入額外的輔助節(jié)點(diǎn),將部署問題轉(zhuǎn)化為多商品流問題；基于容量約束、流約束和輔助節(jié)點(diǎn)約束等條件,建立混合整數(shù)規(guī)劃模型,通過線性放松和隨機(jī)取整生成部署方案。算法SAPA通過定義合理的鄰居方案生成方法及能量計(jì)算方法,借助模擬退火框架給出部署方案,并允許基礎(chǔ)設(shè)施提供商通過調(diào)整迭代次數(shù)來靈活地控制算法性能與運(yùn)行時(shí)間之間的均衡。仿真結(jié)果表明了兩種算法各自的特性與優(yōu)勢。(3)從多層次出發(fā)考察如何基于單個(gè)物理節(jié)點(diǎn)、單個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)和多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化虛擬網(wǎng)絡(luò)部署性能。在底層物理節(jié)點(diǎn)支持并行計(jì)算時(shí),將單個(gè)虛擬機(jī)映射到多個(gè)物理節(jié)點(diǎn),提出了基于并行支持的部署算法ProactiveP和LazyP;通過將來自同一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)請求的虛擬機(jī)盡量部署在物理位置相近的區(qū)域,從而有效地減少虛擬鏈路在底層物理網(wǎng)絡(luò)中的延伸,提出基于馬爾可夫鏈的節(jié)點(diǎn)排序算法MCRank;在多虛擬網(wǎng)絡(luò)資源請求和多物理網(wǎng)絡(luò)并存的情形下,為避免虛擬網(wǎng)絡(luò)部署請求的不穩(wěn)定分配,通過構(gòu)建偏好表,提出了基于proposal的虛擬網(wǎng)絡(luò)請求分配算法PGA。仿真結(jié)果證明了所提算法的可行性與有效性。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP393.01

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