本文關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下高效可靠的資源分配機制

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【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)的用戶規(guī)模及業(yè)務(wù)規(guī)模不斷擴大,傳統(tǒng)的IP互聯(lián)網(wǎng)體系已經(jīng)難以適應(yīng)全球網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴張速度。網(wǎng)絡(luò)虛擬化作為推動當前互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和創(chuàng)新的重要手段應(yīng)運而生,它支持多個虛擬網(wǎng)絡(luò)彼此隔離地共享物理網(wǎng)絡(luò)資源,能夠經(jīng)濟快速地創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò),并在虛擬網(wǎng)絡(luò)上按照用戶的需求部署網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。高效可靠的資源分配機制是網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)得以推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比,網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)運營和創(chuàng)建更加靈活多樣,在可管理性、成本效益、實時性及安全性等方面有較高的要求。相應(yīng)地,網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下的資源分配機制也面臨新的挑戰(zhàn)：第一資源分配由多個階段共同完成,因此,既要為各階段提供解決方法,又要考慮各階段問的承接關(guān)系以形成完整的資源分配機制；第二,資源分配要兼顧經(jīng)濟高效和安全可靠,因此,要從整體角度出發(fā),對資源分配各階段的高效性和可靠性加以權(quán)衡。為了解決以上問題,本文面向資源分配不同階段(虛擬資源匹配、虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分、虛擬網(wǎng)絡(luò)映射及重映射)的具體需求,對網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下高效可靠的資源分配機制進行了研究,主要貢獻如下：(1)提出一種基于知識描述的虛擬資源匹配方法。針對虛擬資源匹配過程的實用性和精確性問題,新方法先用網(wǎng)絡(luò)本體語言構(gòu)建了虛擬資源描述知識庫,并用規(guī)則查詢語言對虛擬網(wǎng)絡(luò)映射約束的描述方式加以規(guī)范；再借助規(guī)則查詢工具設(shè)計了虛擬資源匹配算法。案例分析表明,新方法在保證一定匹配效率的前提下,能支持用戶表達多樣化的映射約束以及精確的數(shù)值屬性匹配,為后續(xù)虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分階段提供了可靠的依據(jù)。(2)提出一種基于遺傳算法的虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分算法。針對跨域映射中虛擬網(wǎng)絡(luò)的劃分效率與劃分方案優(yōu)化程度間的平衡問題,新算法將劃分方案以矩陣形式編碼,從多個隨機的初始方案開始進行迭代搜索,逐步逼近全局最優(yōu)解。理論分析證明,新算法可以終止,且搜索空間包含整個解空間。仿真結(jié)果表明,新算法提高了虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分的求解效率,且其劃分方案與最優(yōu)劃分方案的偏差可控制在5%以內(nèi)。(3)提出一種輕量級的生存性虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法。針對生存性虛擬網(wǎng)絡(luò)映射中備份資源分配不合理的問題,新方法根據(jù)物理網(wǎng)絡(luò)的拓撲屬性定義物理節(jié)點的可恢復(fù)度,并在虛擬網(wǎng)絡(luò)的初始映射中將重要虛擬節(jié)點優(yōu)先映射到可恢復(fù)度高的物理節(jié)點上。實驗表明,新方法有效提高了備份資源的利用率,在不影響映射效率的前提下提高了虛擬網(wǎng)絡(luò)在受到多節(jié)點故障影響時的生存性。(4)提出一種面向多節(jié)點故障的虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射方法。針對發(fā)生多節(jié)點故障時的虛擬網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)問題,新方法考慮了物理網(wǎng)絡(luò)的拓撲和能力屬性對重映射的影響,利用混合整數(shù)規(guī)劃,分別以降低失效賠償、優(yōu)化可用備份資源的連通性、均衡備份資源負載為目標,提出了三種重映射策略。實驗表明,在多節(jié)點故障模型下,三種重映射策略分別適用于提高不同物理網(wǎng)絡(luò)中的重映射成功率,提高基礎(chǔ)設(shè)施提供商的長期運營利潤。
【關(guān)鍵詞】：網(wǎng)絡(luò)虛擬化 資源分配 虛擬資源匹配 虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射 虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP393.01
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 研究背景與意義13-16
• 1.1.1 研究背景13-14
• 1.1.2 研究意義14-16
• 1.2 研究內(nèi)容與創(chuàng)新16-18
• 1.3 博士期間工作18
• 1.4 文章組織結(jié)構(gòu)18-21
• 第二章 網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下的資源分配及研究現(xiàn)狀21-41
• 2.1 網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下的資源分配概述21-28
• 2.1.1 網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境體系架構(gòu)21-24
• 2.1.2 資源分配基本概念24-28
• 2.2 資源分配研究現(xiàn)狀28-41
• 2.2.1 虛擬資源匹配方法研究現(xiàn)狀28-30
• 2.2.2 虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分方法研究現(xiàn)狀30-32
• 2.2.3 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法研究現(xiàn)狀32-38
• 2.2.4 虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射方法研究現(xiàn)狀38-40
• 2.2.5 本文研究目標40-41
• 第三章 基于OWL和SWRL的虛擬資源描述及匹配方法41-52
• 3.1 概述41-42
• 3.2 相關(guān)概念介紹42-43
• 3.3 虛擬資源匹配的問題模型與問題描述43-45
• 3.3.1 問題模型44-45
• 3.3.2 問題描述45
• 3.4 基于OWL的虛擬資源描述知識庫45-47
• 3.4.1 概念關(guān)系45-46
• 3.4.2 屬性層次結(jié)構(gòu)46-47
• 3.4.3 概念模型的泛化與修改47
• 3.5 基于SWRL的虛擬資源匹配算法47-49
• 3.5.1 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射約束47-48
• 3.5.2 虛擬資源匹配算法流程48-49
• 3.6 資源匹配案例及算法評估49-51
• 3.7 小結(jié)51-52
• 第四章 基于遺傳算法的虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分方法52-70
• 4.1 概述52-53
• 4.2 相關(guān)概念介紹53-54
• 4.3 虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分的問題模型與問題描述54-57
• 4.3.1 問題模型54-56
• 4.3.2 問題描述56-57
• 4.4 虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分方法57-62
• 4.4.1 變量定義及目標函數(shù)57-59
• 4.4.2 GA-partition算法流程59-60
• 4.4.3 GA-partition算法的三種算子60-61
• 4.4.4 算法性質(zhì)證明61-62
• 4.5 仿真與實驗62-68
• 4.5.1 實驗工具及環(huán)境62-63
• 4.5.2 實驗框架63-64
• 4.5.3 虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分時間64-65
• 4.5.4 虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分方案的優(yōu)化程度65-66
• 4.5.5 虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分方法的穩(wěn)定性66
• 4.5.6 參數(shù)設(shè)置原則66-68
• 4.6 小結(jié)68-70
• 第五章 基于可恢復(fù)度的生存性虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法70-83
• 5.1 概述70-71
• 5.2 生存性虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的問題模型和問題描述71-73
• 5.2.1 問題模型71-73
• 5.2.2 問題描述73
• 5.3 生存性虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法73-79
• 5.3.1 物理節(jié)點的候選集合73-75
• 5.3.2 物理節(jié)點的可恢復(fù)度75-77
• 5.3.3 生存性虛擬網(wǎng)絡(luò)映射77-79
• 5.4 仿真與實驗79-82
• 5.4.1 實驗環(huán)境79-80
• 5.4.2 方法對生存性的改進效果80-81
• 5.4.3 方法的映射能力81-82
• 5.5 小結(jié)82-83
• 第六章 面向多節(jié)點故障的虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射方法83-94
• 6.1 概述83-84
• 6.2 虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射的問題模型和問題描述84-85
• 6.2.1 問題模型84-85
• 6.2.2 問題描述85
• 6.3 虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射的混合整數(shù)規(guī)劃85-88
• 6.4 仿真與實驗88-93
• 6.4.1 實驗環(huán)境設(shè)置89
• 6.4.2 實驗框架及流程89-91
• 6.4.3 算法的適用性91-92
• 6.4.4 算法的性能92-93
• 6.4.5 主用比例對性能的影響93
• 6.5 小結(jié)93-94
• 第七章 總結(jié)與展望94-96
• 7.1 本文總結(jié)94-95
• 7.2 未來工作展望95-96
• 參考文獻96-101
• 主要縮略語及中英文對照101-102
• 致謝102-103
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文/發(fā)明專利103

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本文編號：1135618