虛擬網(wǎng)絡(luò)的映射技術(shù)研究.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的爆炸式增長(zhǎng)和需求多樣化，給傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)，使其僵化現(xiàn)象日趨明顯。若提出一種全新的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)來(lái)解決這一問(wèn)題，將導(dǎo)致現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、路由器軟件和硬件的根本性變化；加之互聯(lián)網(wǎng)的“多供應(yīng)商”特性，需要多個(gè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商(Internet Service Providers，ISPs)對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化的共同認(rèn)可。這些因素將會(huì)使得全新的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的出現(xiàn)面臨重重阻力。這時(shí)網(wǎng)絡(luò)虛擬化(Network Virtualizati

2、on，NV)技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。
　　在網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境(Network Virtualization Environment，NVE)中，多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)(Virtual Network，VN)可能被映射到同一個(gè)底層物理網(wǎng)絡(luò)上，以實(shí)現(xiàn)底層物理網(wǎng)絡(luò)資源的透明共享。而網(wǎng)絡(luò)虛擬化中面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)是如何有效的實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)(VN)到基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)(Infrastructure)的映射。高效的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射策略可以提高底層物理網(wǎng)絡(luò)資源的效用，進(jìn)而提

3、高InP的收益；同時(shí)也可以有效的降低用戶(hù)的運(yùn)維成本。因此，如何有效的實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)的映射，是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)虛擬化領(lǐng)域中的一個(gè)研究重點(diǎn)。
　　本文在第一章中主要敘述了網(wǎng)絡(luò)虛擬化的定義、網(wǎng)絡(luò)虛擬化的相關(guān)研究，以及虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問(wèn)題和研究現(xiàn)狀。
　　第二章提出和研究了針對(duì)彈性資源需求的VN請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)最優(yōu)資源分配的問(wèn)題，研究中考慮到了VN鏈路的分流映射和不分流映射兩種不同的應(yīng)用場(chǎng)景的需求。采用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)學(xué)優(yōu)化建模；將路

4、徑的傳輸延遲和可用性?xún)蓚€(gè)重要參數(shù)引入到了模型中，以改善業(yè)務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)。針對(duì)該問(wèn)題的優(yōu)化模型提出了基于遺傳算法的啟發(fā)式算法。
　　第三章提出并研究了考慮底層物理網(wǎng)絡(luò)資源約束的抗毀虛擬網(wǎng)絡(luò)映射(SVNM)問(wèn)題。在研究中將所有可能的失效劃分成若干個(gè)失效域，只需要為每個(gè)失效域預(yù)留保護(hù)資源即可。而多個(gè)失效域的保護(hù)資源之間可能有交疊，通過(guò)冗余消除（即去除這些交疊資源）還可以達(dá)到節(jié)約資源的目的。在該研究

5、中，給出了SVNM問(wèn)題的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，并針對(duì)該模型提出了兩類(lèi)啟發(fā)式算法：i)、基于拉格朗日松弛的算法，LR-SVNM；ii)、基于分解思想的啟發(fā)式算法，H-SVNM。
　　第四章提出和研究了資源需求為隨機(jī)變量的 VN請(qǐng)求的在線映射問(wèn)題（Stochastic VirtualNetwork Mapping，StoVNM）。在該問(wèn)題的研究中，用服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量來(lái)更貼切的描述VN鏈路帶寬資源請(qǐng)求的動(dòng)態(tài)變化特性。在VN鏈路映射時(shí)通過(guò)隨

6、機(jī)復(fù)用，有效的減少了帶寬資源需求量，達(dá)到了節(jié)約資源的目的。文中將StoVNM問(wèn)題建模成一個(gè)混合整數(shù)線性規(guī)劃問(wèn)題，并針對(duì)該模型提出了基于滑動(dòng)窗口思想的啟發(fā)式算法（w-StoVNM）。
　　第五章提出和研究了如何最優(yōu)的為動(dòng)態(tài)演進(jìn)（主要指拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化）的 VN請(qǐng)求分配資源的問(wèn)題。當(dāng)VN請(qǐng)求變化后，需要在高效、合理的使用底層物理資源的前提下，對(duì)演進(jìn)變化后的VN實(shí)施“資源重配置”，以滿(mǎn)足其演進(jìn)變化后的資源需求。該研究中考慮到4種不同VN請(qǐng)求

7、的變化場(chǎng)景，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)學(xué)優(yōu)化建模，并針對(duì)優(yōu)化模型提出了啟發(fā)式算法，即DVNMA算法。
　　第六章提出和研究了功耗感知的虛擬網(wǎng)絡(luò)資源供給問(wèn)題。在該研究中，通過(guò)將VN節(jié)點(diǎn)整合到較少的物理服務(wù)器上，關(guān)閉那些“不必要”的服務(wù)器；并且采用流量疏導(dǎo)(Traffic Grooming)方法將底層物理網(wǎng)絡(luò)的通信流量疏導(dǎo)至盡可能少的波長(zhǎng)中，關(guān)閉那些不必要的波長(zhǎng)或光纖鏈路，最終達(dá)到降低功耗的目的。在研究中對(duì)功耗感知的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)學(xué)優(yōu)