【摘要】：云計(jì)算和虛擬化技術(shù)的應(yīng)用,使云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)(Data Center Networking for Cloud Computing)內(nèi)部“東西向”流量急劇增長,并在虛擬化、流量模式和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面呈現(xiàn)出了新的特征。傳統(tǒng)的流量管理技術(shù)因忽略了云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部特征,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞、吞吐量降低、傳輸時(shí)延增大,嚴(yán)重影響了服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。因此,如何對云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部流量進(jìn)行有效的管理和優(yōu)化成為了研究人員關(guān)注的重點(diǎn)。云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)流量管理的目標(biāo)是提高網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量。考慮到虛擬機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的放置位置對流量的空間分布具有很大的影響,以及不同業(yè)務(wù)產(chǎn)生的流在長度和傳輸需求上的差異性,研究人員從分布優(yōu)化和傳輸優(yōu)化兩個(gè)方面,設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)感知的虛擬機(jī)放置技術(shù)、多路徑路由技術(shù)和傳輸控制技術(shù)對云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的流量進(jìn)行管理。上述研究取得了很大的進(jìn)展,但仍存在通信代價(jià)過高、鏈路負(fù)載不均、多業(yè)務(wù)傳輸性能無法同時(shí)保障等問題。針對上述現(xiàn)狀,本文依托于國家863計(jì)劃課題“軟件定義網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究”,以云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的新特征為出發(fā)點(diǎn),針對現(xiàn)有云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)流量管理的關(guān)鍵技術(shù):網(wǎng)絡(luò)感知的虛擬機(jī)放置技術(shù)、多路徑路由技術(shù)、傳輸控制技術(shù)存在的不足,從流量分布優(yōu)化和傳輸優(yōu)化兩個(gè)角度著手展開研究。本文的研究工作及主要貢獻(xiàn)如下:1.針對云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部流量的快速增長導(dǎo)致鏈路擁塞以及全網(wǎng)通信代價(jià)過高的問題,提出一種基于虛擬機(jī)放置的流量分布優(yōu)化算法。首先,以最小化最大鏈路利用率和通信代價(jià)為目標(biāo),建立多目標(biāo)優(yōu)化模型;然后,根據(jù)該整數(shù)規(guī)劃模型,對差分進(jìn)化算法進(jìn)行改進(jìn),綜合考慮通信代價(jià)、最大鏈路利用率、硬件資源約束違反度和鏈路容量約束違反度四項(xiàng)指標(biāo),提出基于?松弛的多子群精英選擇策略,挑選最優(yōu)的虛擬機(jī)放置方案;最后,仿真結(jié)果表明,與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)感知的虛擬機(jī)放置方案相比,該方案能夠降低全網(wǎng)通信代價(jià)17.5%,減少擁塞鏈路數(shù)目25%。2.針對傳統(tǒng)靜態(tài)多路徑路由技術(shù)導(dǎo)致云數(shù)據(jù)中心吞吐量低、負(fù)載不均衡的問題,提出一種基于SDN的多路徑流調(diào)度機(jī)制。首先,主機(jī)通過對超出TCP緩存閾值的數(shù)據(jù)包進(jìn)行標(biāo)記,實(shí)現(xiàn)大流檢測;然后,控制器周期性的收集大流信息進(jìn)行路徑優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。其中,為降低控制器與交換機(jī)之間的交互流量,通過對粒子群算法進(jìn)行改進(jìn),提出大流選擇算法,減少重路由的大流數(shù)目;為挑選全局最優(yōu)調(diào)度路徑,設(shè)計(jì)全局最佳適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)大流路徑優(yōu)化;為提高流的傳輸效率,采用分段路由技術(shù)實(shí)現(xiàn)大流重路由。最后,仿真結(jié)果表明,相比于現(xiàn)有多路徑流調(diào)度機(jī)制,該機(jī)制能夠提高吞吐率9.3%,同時(shí)減少控制器通信開銷35%。3.針對現(xiàn)有傳輸控制技術(shù)無法同時(shí)滿足云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中截止時(shí)間流和非截止時(shí)間流的傳輸需求,提出一種基于松弛時(shí)間與累積發(fā)送量的混合流調(diào)度機(jī)制。首先通過引入松弛時(shí)間的概念,衡量截止時(shí)間流對非截止時(shí)間流在傳輸時(shí)延上的寬容度;然后根據(jù)松弛時(shí)間,通過使截止時(shí)間流盡可能接近其規(guī)定截止時(shí)間完成,降低非截止時(shí)間流的排隊(duì)時(shí)延;最后,利用最小累積發(fā)送量優(yōu)先策略進(jìn)一步降低非截止時(shí)間流的平均完成時(shí)間。仿真結(jié)果表明,該機(jī)制能有效降低非截止時(shí)間流的平均完成時(shí)間,同時(shí)保證較低的截止時(shí)間錯(cuò)失率。
【圖文】：

圖 4.1 流的完成時(shí)間對應(yīng)的效用函數(shù)圖鑒于截止時(shí)間流提前于其截止時(shí)間完成不會使效計(jì)算每條截止時(shí)間流的預(yù)計(jì)完成時(shí)間較其規(guī)定截流的緊迫度，一方面權(quán)衡了截止時(shí)間流對非截止使部分非截止時(shí)間流優(yōu)先于具有較大松弛時(shí)間的能的接近截止時(shí)間完成的前提下，減少非截止時(shí)章近似實(shí)現(xiàn)最短服務(wù)時(shí)間優(yōu)先原則對其進(jìn)行調(diào)度例子來說明混合流情況下，，不同調(diào)度機(jī)制帶來的不同的流，分別在不同的時(shí)間到達(dá)，其中 A、C 4.2(a)為公平調(diào)度機(jī)制 FCFS 的調(diào)度結(jié)果，按照先，A 需要在 D 傳輸完成后再傳輸，從而導(dǎo)致 A 錯(cuò)：(14-3+9-1)/2=9.5；圖 4.2(b)為最短流優(yōu)先 SJF 調(diào)度，因此當(dāng)短流 A 到達(dá)時(shí)，搶占了 C 的傳輸，平均完成時(shí)間為：(7-3+14-1)/2=8.5；圖 4.2(c)為最
【學(xué)位授予單位】：戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP308;TP393.06

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2593545