本文關(guān)鍵詞：面向云計算的能效智能路由理論與技術(shù)研究　出處：《東北大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著云計算中IT設(shè)備數(shù)量的不斷增加,數(shù)據(jù)中心的規(guī)模也越來越大,云計算環(huán)境下的能耗問題日益突出,能耗問題已成為制約互聯(lián)網(wǎng)和通信業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大障礙。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計中,主要通過冗余的鏈路和設(shè)備提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性,以應(yīng)對突發(fā)的故障失效,沒有考慮到網(wǎng)絡(luò)能效因素。因此,隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷更新,能耗高、效率低,浪費(fèi)多等諸多問題是實(shí)現(xiàn)節(jié)能面臨的一個挑戰(zhàn)。云計算中各個虛擬機(jī)對資源的調(diào)度具有隨機(jī)性、突發(fā)性,相對于傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)而言,云計算的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量具有更大的波動性和時變性。在如此高度動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)下,如何降低網(wǎng)絡(luò)能耗并提高通信效率是云計算網(wǎng)絡(luò)面對的主要問題。本文研究面向云計算的高能效智能路由技術(shù),旨在改善網(wǎng)絡(luò)性能并提高網(wǎng)絡(luò)能效。在傳統(tǒng)骨干網(wǎng)中,IP流的路徑的選擇主要是基于各種路由協(xié)議,這些協(xié)議算法實(shí)際上是選擇資源最大的鏈路帶寬或最小跳數(shù)進(jìn)行通信,這樣的選擇方式往往與節(jié)能的目的背道而馳,所以,僅僅依靠當(dāng)前的路由協(xié)議無法實(shí)現(xiàn)云計算的節(jié)能問題。本文在云計算網(wǎng)絡(luò)柔性分離的基礎(chǔ)上,提出了三個能效智能路由算法,從路由技術(shù)層面開展了面向云計算的能效機(jī)制研究。本文主要通過兩方面實(shí)現(xiàn)能效網(wǎng)絡(luò),一是能效路由策略,二是休眠策略。提出了三種基于智能路由技術(shù)的路由算法,分別是基于小生境遺傳算法的能效路由算法(NGAERA)、基于能效優(yōu)先和認(rèn)知理論的路由算法(ECRA)和基于時間序列預(yù)測理論和休眠策略的路由算法(ARGMERA)。NGAERA算法通過隨機(jī)深度優(yōu)先搜索算法和適應(yīng)值得到初始種群,然后利用小生境遺傳算法進(jìn)行遺傳操作,得到最小網(wǎng)絡(luò)能耗的全局最優(yōu)解,但該算法的時間復(fù)雜度較高。為此,本文提出ECRA算法,該算法在能效優(yōu)先思想的基礎(chǔ)上,將OSPF路由協(xié)議中經(jīng)典Dijkstra路由算法與認(rèn)知理論相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了權(quán)重自適應(yīng)的最小能耗路由算法,使其能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)能耗動態(tài)地改變鏈路權(quán)重,保證網(wǎng)絡(luò)的能耗最小。最后,針對云計算網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量高度動態(tài)變化的特性,本文提出了ARGMERA路由算法。該算法分為兩個部分,第一部分利用時間序列預(yù)測理論建立流量感知模型,第二部分結(jié)合ECRA算法建立休眠策略及能效路由策略,實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用價值的能效路由技術(shù)雛形。
[Abstract]:With the increasing number of IT devices in cloud computing, the scale of data center is becoming larger and larger, and the problem of energy consumption in cloud computing environment is becoming more and more prominent. Energy consumption has become a major obstacle to the sustainable development of the Internet and communications industry. In the traditional network system design, the reliability of the network is mainly improved by redundant links and equipment to cope with sudden failure. Therefore, with the expansion of network scale and the continuous updating of network equipment, energy consumption is high and efficiency is low. Many problems, such as waste, are a challenge to realize energy saving. In cloud computing, the scheduling of resources by virtual machines is random, sudden, compared with the traditional Internet. Cloud computing network traffic has greater volatility and time variability. In such a highly dynamic network business. How to reduce network energy consumption and improve communication efficiency is the main problem facing cloud computing network. In order to improve network performance and improve network efficiency, the routing of IP flows in traditional backbone networks is mainly based on various routing protocols. These protocol algorithms actually select the link bandwidth or minimum hops of the largest resource for communication, which often runs counter to the purpose of energy saving, so. Based on the flexible separation of cloud computing network, this paper proposes three energy-efficient intelligent routing algorithms. From the point of view of routing technology, the research of energy efficiency mechanism for cloud computing is carried out. In this paper, energy efficiency network is realized through two aspects, one is energy efficiency routing strategy. The second is dormancy strategy. Three routing algorithms based on intelligent routing technology are proposed, which are energy efficiency routing algorithm based on niche genetic algorithm (NGAERA). Energy efficiency first and Cognitive Theory based routing algorithm (ECRAA) and time Series Prediction Theory and dormancy Strategy based routing algorithm ARGMERAA). The NGAERA algorithm is worth the initial population through random depth-first search algorithm and adaptive algorithm. Then the global optimal solution of minimum network energy consumption is obtained by genetic operation using niche genetic algorithm, but the time complexity of the algorithm is high. Therefore, ECRA algorithm is proposed in this paper. Based on the idea of energy efficiency priority, this algorithm combines the classical Dijkstra routing algorithm in OSPF routing protocol with cognitive theory to realize the weighted adaptive minimum energy consumption routing algorithm. It can dynamically change the link weight according to the network energy consumption to ensure the minimum energy consumption of the network. Finally, aiming at the characteristics of cloud computing network traffic high dynamic change. In this paper, ARGMERA routing algorithm is proposed. The algorithm is divided into two parts. In the first part, the traffic awareness model is established by using the theory of time series prediction. In the second part, based on the ECRA algorithm, the dormancy strategy and the energy efficiency routing strategy are established to realize the prototype of the energy-efficient routing technology with practical value.
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP18;TP3

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本文編號：1391570