本文關(guān)鍵詞：移動云計算環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)感知的虛擬機放置算法研究

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【摘要】：云計算是按需提供計算服務(wù)和資源的分布式計算模型，它允許用戶通過因特網(wǎng)遠程租用服務(wù)器、軟件、網(wǎng)絡(luò)等IT資源。這些資源通常整合起來稱為云，由云服務(wù)提供商擁有和管理，終端用戶可通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地訪問。在過去幾年中，已經(jīng)見證了把計算任務(wù)從主機轉(zhuǎn)移到云中的快速發(fā)展過程。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和移動智能手機的快速發(fā)展，在移動設(shè)備上運行更加繁重的應(yīng)用的需求在不斷增加，有更多的需求想通過移動無線網(wǎng)絡(luò)為移動用戶提供云服務(wù)，這個新的研究領(lǐng)域即為移動云計算。 本文的目的就是研究這一新興的移動云計算領(lǐng)域中的一個關(guān)鍵問題：虛擬機放置。對于云計算和移動云計算，虛擬機是其關(guān)鍵組成部分，虛擬化技術(shù)使得云計算具有較強的擴展性，已經(jīng)成為云環(huán)境中基本的資源管理技術(shù)。當(dāng)一個新的云應(yīng)用或服務(wù)在一個移動設(shè)備上開啟時，需要創(chuàng)建一個新的虛擬機來運行該應(yīng)用。選擇哪個作為云服務(wù)器的移動設(shè)備來放置這個新的虛擬機是我們需要解決的關(guān)鍵問題。在虛擬機放置算法的研究方面，已經(jīng)有很多研究成果，主要都是針對固網(wǎng)環(huán)境。大多數(shù)的方法是設(shè)計一個各種資源類型的資源使用情況的函數(shù)，然后基于該數(shù)學(xué)模型來決定如何放置虛擬機。 本文設(shè)計的移動云計算系統(tǒng)部署在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，特別地，該網(wǎng)絡(luò)是一種mesh網(wǎng)絡(luò)，包含無線基站或者訪問點，既支持點到多點通信，也支持ad hoc點到點通信。該移動云計算環(huán)境中包括存儲資源和計算資源，即存儲云和計算云共同存在，它們在物理上是分開的，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接起來。存儲云是部署在無線訪問點附近，通過有線網(wǎng)絡(luò)連接到訪問點。而計算云則部署在終端用戶的移動設(shè)備上。許多移動云應(yīng)用是數(shù)據(jù)敏感型的，需要處理大量的數(shù)據(jù)。移動云應(yīng)用通過使用大量的虛擬機來處理這些數(shù)據(jù)，其總完成時間是一項重要的性能指標(biāo)。由于將要運行虛擬機的移動設(shè)備與存儲數(shù)據(jù)附近的訪問點之間的無線網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性、距離大小、信道質(zhì)量、數(shù)據(jù)傳輸速率等，當(dāng)選擇放置虛擬機的云服務(wù)器時考慮鏈路的網(wǎng)絡(luò)特性是必要的。其中需要考慮的最重要的因素是鏈路帶寬，因為它是影響從計算節(jié)點到數(shù)據(jù)節(jié)點的延遲的主要因素。 考慮到移動云計算所部署在的無線mesh網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)特征，，本文首先提出了一種有效的網(wǎng)絡(luò)感知虛擬機放置算法。該算法是把為一個云服務(wù)新創(chuàng)建的虛擬機放在一個云服務(wù)器上，這個服務(wù)器本身是一個移動設(shè)備，并且訪問存儲在有線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)時具有最小的網(wǎng)絡(luò)延遲。算法的目標(biāo)是在易受影響、可靠性差的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，盡可能的減少服務(wù)響應(yīng)時間，以實現(xiàn)為云終端用戶交付更好的體驗。然后，考慮到移動設(shè)備的資源受限，為了能夠更加均衡的利用CPU、內(nèi)存等資源，盡量減少由于資源利用不均衡而導(dǎo)致的資源浪費，本文在這個放置算法基礎(chǔ)上，進一步提出了一種多目標(biāo)優(yōu)化的虛擬機放置算法。該算法通過TheTechnique for Order Preferences by Similarity to an Ideal Solution（TOPSIS）方法，對最小化網(wǎng)絡(luò)延遲和均衡資源使用這兩個優(yōu)化目標(biāo)進行權(quán)衡，有效的解決兩個目標(biāo)之間的沖突。 總體來說，本文的主要貢獻在于以下幾個方面：第一，基于無線mesh網(wǎng)絡(luò)設(shè)計一種移動云計算系統(tǒng)架構(gòu)，在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中部署存儲云和計算云，既有基于基礎(chǔ)架構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)，也有ad hoc網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分別合理的符合云數(shù)據(jù)存儲和云計算資源的本身特點。第二，提出的網(wǎng)絡(luò)感知虛擬機放置算法能有效地工作在移動云計算網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，在云服務(wù)響應(yīng)時間方面具有較好的表現(xiàn)，特別適用于數(shù)據(jù)敏感型應(yīng)用。提出的基于TOPSIS的網(wǎng)絡(luò)感知虛擬機放置算法綜合考慮網(wǎng)絡(luò)因素和均衡資源使用的目標(biāo)，能獲得較小的服務(wù)響應(yīng)時間和較均衡的資源利用，是一種有效的解決多目標(biāo)優(yōu)化的折衷方案，更具有適應(yīng)性。第三，提出雙閾值網(wǎng)絡(luò)感知的虛擬機遷移策略，用于解決當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)改變或移動設(shè)備電量不足時，虛擬機動態(tài)重新分配的問題。并引入自回歸時間序列預(yù)測模型等方法，避免頻繁的虛擬機遷移，減少由于不必要的虛擬機遷移帶來的開銷。模擬實驗結(jié)果顯示了本文提出的虛擬機放置算法和遷移策略在云服務(wù)響應(yīng)時間等方面的有效性和高效性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP393.09;TP302

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本文編號：1252841