面向未來網絡的網絡虛擬化資源管理架構與映射方法研究.pdf

1、隨著計算理論和網絡技術的蓬勃發(fā)展，新型網絡形態(tài)不斷涌現，網絡在功能形態(tài)上已經開始由“網絡中心體系”向“應用中心體系”轉變，一切皆服務XaaS逐漸成為未來網絡發(fā)展的終極目標。當前互聯網架構缺乏對復雜環(huán)境和新型應用的適應能力和應變能力，無力滿足服務的多樣性需求。作為革命式未來網絡的核心，網絡虛擬化技術能夠在共享公共物理網絡基礎之上支持多個異構虛擬網絡，并能夠根據動態(tài)變化的用戶需求對整個網絡中的節(jié)點資源和鏈路資源進行合理配置，帶來服務模式變革

2、的同時滿足用戶服務的多樣化需求。由于使用網絡虛擬化技術構建未來網絡體系結構提出時間較短，相關研究尚處于初級階段，如何對分布、異構、自治、動態(tài)的底層網絡資源進行抽象形成可供統(tǒng)一調配和管理的虛擬資源，并通過合理的映射方法構建虛擬網絡以滿足用戶的服務需求，是網絡虛擬化亟待解決的問題。據此，本文以網絡虛擬化環(huán)境下資源管理架構與映射方法為研究目標，以認知科學、群體智能、拓撲學、社會網絡中心度等相關理論為手段，建立一個層次化認知資源管理架構，從高效

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

4、的干預程度，高效地應對用戶的虛擬網絡請求，滿足用戶的個性化需求。與現有集中式和分布式管理架構相比，HCRMF架構能夠顯著降低管理節(jié)點和鏈路的壓力，提升虛擬網絡請求的響應速度。
　　其次，為了解決現有虛擬網絡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)式高效虛擬網絡映射算法VNE-AFS。在底層網絡資源有限和不支持路徑分割的前提下，將虛擬網絡映射問題描述為二進制組合優(yōu)化模型，利用人工魚群算法較強的尋優(yōu)能力對

5、虛擬網絡進行近似最優(yōu)分配。實驗結果表明，隨著時間的增長和虛擬網絡請求的增多，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絡的平均花費和求解時間。
　　再次，為了解決因底層節(jié)點故障導致虛擬網絡運行環(huán)境不可靠問題，提出一種虛擬網絡可生存的啟發(fā)式可靠映射算法RHM-SVN。借鑒WDM光網絡路由可生存思想，確保在底層網絡單節(jié)點失效情況下，被映射的虛擬網絡剩余部分仍然保持連通，最大程度保證虛擬網絡的

6、完整性和服務的連續(xù)性。以最小化底層網絡映射開銷為目標函數，建立虛擬網絡可靠映射的整數線性規(guī)劃模型，并使用RHM-SVN算法進行求解。實驗結果表明，該算法能夠有效提高映射成功率、底層網絡平均收益和虛擬網絡恢復成功率。
　　最后，為了解決當前網絡依據峰值設計導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)能虛擬網絡映射算法Katz-VNE。選用Katz中心度表示節(jié)點的影響力，以最小化底層網絡能耗為目標，建立節(jié)能虛擬網絡