本文關(guān)鍵詞：高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射模型與算法研究

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【摘要】：當(dāng)前因特網(wǎng)以及云數(shù)據(jù)中心為高峰負(fù)荷而設(shè)計(jì),資源的超量供給確保了網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行,然而導(dǎo)致了資源利用率低下,造成了巨大的電能浪費(fèi)。網(wǎng)絡(luò)虛擬化作為未來因特網(wǎng)、云數(shù)據(jù)中心和軟件定義網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù),其通過整合網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源,能夠合理有效地使用能量,使得智能能耗感知網(wǎng)絡(luò)部署成為可能。在網(wǎng)絡(luò)虛擬化背景下構(gòu)建綠色網(wǎng)絡(luò)與綠色數(shù)據(jù)中心是當(dāng)前重要研究課題。能耗感知虛擬網(wǎng)絡(luò)映射是網(wǎng)絡(luò)虛擬化面臨的主要挑戰(zhàn)之一,受到學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。當(dāng)前大部分虛擬網(wǎng)絡(luò)映射模型與算法主要集中在基于映射代價(jià)最小化的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射,并未考慮到底層網(wǎng)絡(luò)的能耗,造成了底層網(wǎng)絡(luò)能耗極大浪費(fèi)。近幾年,能耗感知的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射模型與算法被提出,現(xiàn)有研究成果存在以下兩個(gè)方面的問題：1)能耗感知虛擬網(wǎng)絡(luò)映射主要應(yīng)用資源整合策略,底層網(wǎng)絡(luò)能耗依然很高：2)虛擬網(wǎng)絡(luò)映射研究范圍有限,主要集中在負(fù)載非周期性動(dòng)態(tài)變化下研究節(jié)約能耗。針對(duì)上述問題,本論文對(duì)能耗感知虛擬網(wǎng)絡(luò)映射進(jìn)行研究,作了如下工作：1 針對(duì)基于多商品流的多路徑鏈路映射算法時(shí)間復(fù)雜度高,設(shè)計(jì)了基于最小費(fèi)用流的多路徑鏈路映射算法；在虛擬鏈路映射中發(fā)現(xiàn)并解釋了虛擬網(wǎng)絡(luò)映射代價(jià)收益動(dòng)態(tài)倒置現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明代價(jià)收益動(dòng)態(tài)倒置現(xiàn)象的客觀存在性,所提算法能夠有效地降低能耗,且時(shí)間復(fù)雜度低。2 針對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)能耗與底層節(jié)點(diǎn)利用率緊密聯(lián)系,提出了基于節(jié)點(diǎn)映射能耗代價(jià)最小化的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射運(yùn)輸模型,在虛擬鏈路映射約束下,設(shè)計(jì)了基于最小元素法的高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法以及節(jié)點(diǎn)可重復(fù)映射的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法,并探討了算法對(duì)系統(tǒng)能耗的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法能夠有效地降低了底層網(wǎng)絡(luò)能耗。3 結(jié)合資源整合以及節(jié)點(diǎn)映射能耗代價(jià)最小化兩種策略,提出了能耗感知虛擬網(wǎng)絡(luò)映射多目標(biāo)決策模型；利用標(biāo)量化方法,轉(zhuǎn)換為整數(shù)線性規(guī)劃模型,設(shè)計(jì)了基于GLPK數(shù)學(xué)規(guī)劃求解程序,并在未來因特網(wǎng)以及云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下實(shí)驗(yàn)仿真比較了多目標(biāo)決策模型與其它模型的性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明多目標(biāo)決策模型的有效性。進(jìn)而,結(jié)合資源整合策略與節(jié)點(diǎn)映射能耗代價(jià)最小化,設(shè)計(jì)了基于最小元素法的增強(qiáng)的能耗感知虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法,并由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法能夠有效降低系統(tǒng)能耗。4 針對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)能耗受到虛擬網(wǎng)絡(luò)映射動(dòng)態(tài)特征的影響,提出了基于字典庫和基于反饋控制的虛擬網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)映射方法。其中基于字典庫的主動(dòng)映射方法構(gòu)建了歷史數(shù)據(jù)字典庫,設(shè)計(jì)了從字典庫中訓(xùn)練資源利用率的算法和尋找可休眠資源集合的方法；基于反饋控制的主動(dòng)映射方法是利用節(jié)點(diǎn)和鏈路映射對(duì)可休眠資源集合的反饋?zhàn)饔?擴(kuò)大了底層網(wǎng)絡(luò)資源休眠集合范圍。在中等對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及USNET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下、在不同鏈路能耗(在IP-WDM網(wǎng)絡(luò)中鏈路能耗與長(zhǎng)度相關(guān),在對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中鏈路能耗與長(zhǎng)度無關(guān))實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明主動(dòng)休眠方法能夠顯著地降低底層網(wǎng)絡(luò)能耗。5 針對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)流量呈現(xiàn)復(fù)雜的周期性動(dòng)態(tài)變化,本論文在負(fù)載周期性動(dòng)態(tài)變化環(huán)境下研究能耗感知虛擬網(wǎng)絡(luò)映射,建立了高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射多反饋控制方法及模擬負(fù)載周期性動(dòng)態(tài)變化下的仿真環(huán)境算法。實(shí)驗(yàn)證明能耗感知虛擬網(wǎng)絡(luò)映射多反饋控制方法不僅顯著降低了底層網(wǎng)絡(luò)能耗,而且有效地提高了系統(tǒng)收益和虛擬網(wǎng)絡(luò)接收率。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP393.01
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本文編號(hào)：1272347