【摘要】：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)部分的能耗量巨大且逐年增長(zhǎng),如何降低其能耗并提高網(wǎng)絡(luò)利用率,是數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展亟需解決的問(wèn)題之一。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)(DCN)節(jié)能可通過(guò)以能耗為指標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)滿(mǎn)足了 DCN靈活規(guī)劃和細(xì)粒度管控的需求,更利于實(shí)現(xiàn)其能源的優(yōu)化管理。本文的研究目標(biāo)即為基于SDN的DCN能源優(yōu)化,即SDN環(huán)境下DCN的節(jié)能管理機(jī)制。結(jié)合SDN優(yōu)勢(shì),研究數(shù)據(jù)平面彈性拓?fù)涔?jié)能優(yōu)化策略以及多控制器控制平面彈性拓?fù)涔?jié)能策略,并深入分析多管理域DCN場(chǎng)景下節(jié)能機(jī)制的分布式擴(kuò)展,即分別在數(shù)據(jù)平面、控制平面和分布式三方面展開(kāi)研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性工作如下:1.SDN環(huán)境下DCN數(shù)據(jù)平面節(jié)能優(yōu)化算法研究。針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)平面彈性拓?fù)涔?jié)能機(jī)制貪心策略求解存在的問(wèn)題和局限,提出一種基于遺傳算法的啟發(fā)式求解方法。結(jié)合SDN細(xì)粒度網(wǎng)絡(luò)資源靈活規(guī)劃的優(yōu)勢(shì)和更細(xì)致的交換機(jī)能耗模型,設(shè)計(jì)改進(jìn)的混合遺傳算法來(lái)優(yōu)化數(shù)據(jù)平面彈性拓?fù)涔?jié)能最優(yōu)解查找策略。在SDN控制器高計(jì)算性能的支撐下,該算法可以很好地解決局部最優(yōu)和收斂過(guò)慢的問(wèn)題,完成優(yōu)化的節(jié)能路由規(guī)劃,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平面彈性拓?fù)涔?jié)能優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,數(shù)據(jù)平面的節(jié)能效果在該方法下能夠得到進(jìn)一步的提高。2.SDN環(huán)境下納入控制平面節(jié)能的DCN彈性拓?fù)涔?jié)能機(jī)制研究。針對(duì)現(xiàn)有DCN彈性拓?fù)涔?jié)能策略局限于數(shù)據(jù)平面的問(wèn)題,提出一種包含多控制器控制平面節(jié)能在內(nèi)的SDN兩個(gè)平面聯(lián)動(dòng)的彈性拓?fù)涔?jié)能機(jī)制。結(jié)合控制器負(fù)載及其能耗特征分析多控制器控制平面節(jié)能的必要性,進(jìn)而設(shè)計(jì)控制平面彈性拓?fù)涔?jié)能方案,同時(shí)涵蓋考慮分流條件的數(shù)據(jù)平面節(jié)能優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)SDN兩個(gè)平面的整體節(jié)能。該機(jī)制結(jié)合交換機(jī)動(dòng)態(tài)遷移策略設(shè)計(jì)裝箱數(shù)學(xué)模型以實(shí)現(xiàn)高效的控制平面節(jié)能,可以很好地解決在數(shù)據(jù)平面節(jié)能的基礎(chǔ)上納入控制平面節(jié)能的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,DCN整體的彈性拓?fù)涔?jié)能效果在該機(jī)制下能夠得到顯著的改善。3.SDN環(huán)境下多管理域DCN分布式彈性拓?fù)涔?jié)能機(jī)制研究。針對(duì)現(xiàn)有多管理域DCN分布式能源管理研究尚不完備,缺乏跨域網(wǎng)絡(luò)流基于能耗的分布式節(jié)能規(guī)劃模型等問(wèn)題,提出一種多管理域DCN分布式彈性拓?fù)涔?jié)能機(jī)制。分析分布式節(jié)能的必要性和可行性,設(shè)計(jì)節(jié)能路由分布式規(guī)劃算法模型,同時(shí)支持控制平面分布式節(jié)能,完成多管理域DCN分布式并行節(jié)能計(jì)算。該機(jī)制專(zhuān)門(mén)針對(duì)跨域網(wǎng)絡(luò)流設(shè)計(jì)結(jié)合分布式計(jì)算的域間傳輸節(jié)能部署方案,可以很好地解決彈性拓?fù)涔?jié)能的分布式擴(kuò)展問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,在多管理域DCN場(chǎng)景下該機(jī)制在保證全局節(jié)能效果的同時(shí)能夠顯著提高節(jié)能計(jì)算的運(yùn)算效率。
【圖文】：

工學(xué)博士學(xué)位論文作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)被提出來(lái)。ＳＤＮ使網(wǎng)絡(luò)具備了高可編粒度的流量控制，進(jìn)一步細(xì)分網(wǎng)絡(luò)資源，更利于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的配。在ＳＤＮ環(huán)境下，，通過(guò)開(kāi)放的接口，網(wǎng)絡(luò)的初始化、監(jiān)測(cè)、控制、作均可以被動(dòng)態(tài)地執(zhí)行［１７］。這也使得ＳＤＮ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在實(shí)現(xiàn)本文先天性的優(yōu)勢(shì)。逡逑

ＤＮ實(shí)際的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更像圖２－２所示的那種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖２－２是一個(gè)基（Ｏｕｔ－ｏｆ－Ｂａｎｄ）單控制器ＳＤＮ物理結(jié)構(gòu)。這種架構(gòu)顯然是一種邏輯上集管控方案�？刂破矫婧蛿�(shù)據(jù)平面被分離，控制器維護(hù)一個(gè)ＤＣＮ完整拓?fù)�，拓�(fù)渲忻恳慌_(tái)交換機(jī)均可以利用特定的協(xié)議與控制器進(jìn)行信息交互，能則可以被控制器直接管理。逡逑控制器集群逡逑控制平面逡逑、讓?zhuān)义吓示?

本文編號(hào)：2668130