面向未來網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化資源管理架構(gòu)與映射方法研究.pdf

1、隨著計算理論和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，新型網(wǎng)絡(luò)形態(tài)不斷涌現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)在功能形態(tài)上已經(jīng)開始由“網(wǎng)絡(luò)中心體系”向“應(yīng)用中心體系”轉(zhuǎn)變，一切皆服務(wù)XaaS逐漸成為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的終極目標(biāo)。當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)缺乏對復(fù)雜環(huán)境和新型應(yīng)用的適應(yīng)能力和應(yīng)變能力，無力滿足服務(wù)的多樣性需求。作為革命式未來網(wǎng)絡(luò)的核心，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)能夠在共享公共物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上支持多個異構(gòu)虛擬網(wǎng)絡(luò)，并能夠根據(jù)動態(tài)變化的用戶需求對整個網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)資源和鏈路資源進(jìn)行合理配置，帶來服務(wù)模式變革

2、的同時滿足用戶服務(wù)的多樣化需求。由于使用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)構(gòu)建未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)提出時間較短，相關(guān)研究尚處于初級階段，如何對分布、異構(gòu)、自治、動態(tài)的底層網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行抽象形成可供統(tǒng)一調(diào)配和管理的虛擬資源，并通過合理的映射方法構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)以滿足用戶的服務(wù)需求，是網(wǎng)絡(luò)虛擬化亟待解決的問題。據(jù)此，本文以網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下資源管理架構(gòu)與映射方法為研究目標(biāo)，以認(rèn)知科學(xué)、群體智能、拓?fù)鋵W(xué)、社會網(wǎng)絡(luò)中心度等相關(guān)理論為手段，建立一個層次化認(rèn)知資源管理架構(gòu)，從高效

3、、可靠和節(jié)能三個方面提出虛擬網(wǎng)絡(luò)映射新方法，為網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的完善和發(fā)展提供參考。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，在網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下資源管理架構(gòu)的構(gòu)建方面，提出一種具有“資源管理集中式，任務(wù)調(diào)度分布式”特點(diǎn)的層次化認(rèn)知資源管理架構(gòu)HCRMF。層間劃分為不同的管理域，域內(nèi)采用集中式管理，使得HCRMF架構(gòu)具有良好的可擴(kuò)展性、靈活性、自治性和可靠性，降低管理難度和開銷。而任務(wù)調(diào)度服務(wù)器內(nèi)嵌認(rèn)知單元并通過協(xié)作進(jìn)行任務(wù)分配，能夠減少人

4、的干預(yù)程度，高效地應(yīng)對用戶的虛擬網(wǎng)絡(luò)請求，滿足用戶的個性化需求。與現(xiàn)有集中式和分布式管理架構(gòu)相比，HCRMF架構(gòu)能夠顯著降低管理節(jié)點(diǎn)和鏈路的壓力，提升虛擬網(wǎng)絡(luò)請求的響應(yīng)速度。
　　其次，為了解決現(xiàn)有虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法效率低和對映射問題空間有限制等問題，提出一種基于人工魚群的啟發(fā)式高效虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法VNE-AFS。在底層網(wǎng)絡(luò)資源有限和不支持路徑分割的前提下，將虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題描述為二進(jìn)制組合優(yōu)化模型，利用人工魚群算法較強(qiáng)的尋優(yōu)能力對

5、虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行近似最優(yōu)分配。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著時間的增長和虛擬網(wǎng)絡(luò)請求的增多，該算法在映射成功率、平均收益上較傳統(tǒng)的映射算法有較為明顯的提升，并且有效地降低了底層網(wǎng)絡(luò)的平均花費(fèi)和求解時間。
　　再次，為了解決因底層節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境不可靠問題，提出一種虛擬網(wǎng)絡(luò)可生存的啟發(fā)式可靠映射算法RHM-SVN。借鑒WDM光網(wǎng)絡(luò)路由可生存思想，確保在底層網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)失效情況下，被映射的虛擬網(wǎng)絡(luò)剩余部分仍然保持連通，最大程度保證虛擬網(wǎng)絡(luò)的

6、完整性和服務(wù)的連續(xù)性。以最小化底層網(wǎng)絡(luò)映射開銷為目標(biāo)函數(shù)，建立虛擬網(wǎng)絡(luò)可靠映射的整數(shù)線性規(guī)劃模型，并使用RHM-SVN算法進(jìn)行求解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能夠有效提高映射成功率、底層網(wǎng)絡(luò)平均收益和虛擬網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)成功率。
　　最后，為了解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)依據(jù)峰值設(shè)計導(dǎo)致電力資源利用率較低問題，提出一種基于Katz中心度的啟發(fā)式節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法Katz-VNE。選用Katz中心度表示節(jié)點(diǎn)的影響力，以最小化底層網(wǎng)絡(luò)能耗為目標(biāo)，建立節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)