【摘要】：網(wǎng)絡虛擬化環(huán)境中,服務提供商的需求不再是分散的計算或網(wǎng)絡資源,而是有結(jié)構的資源組合—虛擬網(wǎng)絡。如何在共享的物理網(wǎng)絡之上合理地部署虛擬網(wǎng)絡資源請求,實現(xiàn)高效物理資源分配,成為一個重要的研究問題。盡管已有大量研究,我們發(fā)現(xiàn)大部分已有工作未考慮虛擬網(wǎng)絡的動態(tài)資源需求或虛擬機的部署位置限制需求。一方面,終端用戶的隨機性及程序本身的動態(tài)性,使得虛擬網(wǎng)絡中實際被使用的物理資源量動態(tài)波動；另一方面,服務提供商常常希望部分虛擬機的物理部署位置滿足某些條件,以實現(xiàn)安全備份或網(wǎng)絡覆蓋等應用目的。本文基于上述理解,分別對動態(tài)資源需求和位置限制需求情形下的虛擬網(wǎng)絡資源請求的部署問題進行了較為深入的研究。此外,本文還考察如何從單個物理節(jié)點、單個物理網(wǎng)絡及多個物理網(wǎng)絡三個層次出發(fā),優(yōu)化虛擬網(wǎng)絡部署性能。本文主要貢獻可概括如下：(1)針對動態(tài)資源需求下的虛擬網(wǎng)絡部署問題,提出了一種描述動態(tài)資源需求的模型,并設計了基于機會資源共享的虛擬網(wǎng)絡部署框架ORS。ORS通過在多個服務提供商之間合理地共享資源,減少了單個服務提供商的租借費用,同時增加了基礎設施提供商的收益。在宏觀層面上,基于貪婪策略分別產(chǎn)生從虛擬機到物理機和從虛擬鏈路到物理路徑的映射；在微觀層面上,將機會資源共享問題形式化為時間片分配問題。我們通過將三劃分問題規(guī)約到該問題,從而證明該問題為NP難的,并提出了基于整數(shù)線性規(guī)劃的最優(yōu)算法和兩種分別基于沖突概率和資源需求期望的首次適應算法,并給出了后兩種算法的近似比。為避免物理資源碎片化,還提出了階段性重調(diào)整策略。仿真結(jié)果表明,相比兩種經(jīng)典算法,ORS能夠顯著提高物理資源利用率和虛擬網(wǎng)絡請求接受率。(2)針對物理位置限制需求下的虛擬網(wǎng)絡部署問題,提出了絕對位置需求與相對位置需求的模型,并設計了分別側(cè)重提升物理資源利用率和提供資源分配彈性的部署算法MIPA和SAPA。算法MIPA通過引入額外的輔助節(jié)點,將部署問題轉(zhuǎn)化為多商品流問題；基于容量約束、流約束和輔助節(jié)點約束等條件,建立混合整數(shù)規(guī)劃模型,通過線性放松和隨機取整生成部署方案。算法SAPA通過定義合理的鄰居方案生成方法及能量計算方法,借助模擬退火框架給出部署方案,并允許基礎設施提供商通過調(diào)整迭代次數(shù)來靈活地控制算法性能與運行時間之間的均衡。仿真結(jié)果表明了兩種算法各自的特性與優(yōu)勢。(3)從多層次出發(fā)考察如何基于單個物理節(jié)點、單個物理網(wǎng)絡和多個物理網(wǎng)絡優(yōu)化虛擬網(wǎng)絡部署性能。在底層物理節(jié)點支持并行計算時,將單個虛擬機映射到多個物理節(jié)點,提出了基于并行支持的部署算法ProactiveP和LazyP;通過將來自同一個虛擬網(wǎng)絡請求的虛擬機盡量部署在物理位置相近的區(qū)域,從而有效地減少虛擬鏈路在底層物理網(wǎng)絡中的延伸,提出基于馬爾可夫鏈的節(jié)點排序算法MCRank;在多虛擬網(wǎng)絡資源請求和多物理網(wǎng)絡并存的情形下,為避免虛擬網(wǎng)絡部署請求的不穩(wěn)定分配,通過構建偏好表,提出了基于proposal的虛擬網(wǎng)絡請求分配算法PGA。仿真結(jié)果證明了所提算法的可行性與有效性。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP393.01

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本文編號：2548718