虛擬化環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)及算法研究

　　隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等各種信息通信新技術(shù)的快速發(fā)展，新興應(yīng)用和新興業(yè)務(wù)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)及其體系結(jié)構(gòu)提出了新需求。為有效解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)及其體系結(jié)構(gòu)中存在的問題，網(wǎng)絡(luò)虛擬化的概念被引入到未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)研究中。當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)為是解決互聯(lián)網(wǎng)及其體系結(jié)構(gòu)所存在問題的一種有效方法，得到了越來越多研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。在網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下，需要解決的關(guān)鍵問題包括提高底層網(wǎng)絡(luò)資源利用率、虛擬網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)提供商和基礎(chǔ)設(shè)施提供商的經(jīng)濟(jì)收益、服務(wù)的可靠性和可用性、準(zhǔn)確定位故障根源等。為解決這些問題，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已經(jīng)開展了多年的研究，并取得了較多的研究成果。但是，仍然存在以下5個(gè)問題：①在多基礎(chǔ)設(shè)施提供商和多服務(wù)提供商競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，資源分配的效率低、交易環(huán)境不公平；②在底層網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大的環(huán)境下，已有的虛擬網(wǎng)映射算法的分配效率較低；③資源重配置的時(shí)機(jī)選擇不合理，會(huì)導(dǎo)致重配置算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的負(fù)面影響較大；④當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)施提供商和服務(wù)提供商分別屬于不同的組織時(shí)，這種變化會(huì)導(dǎo)致底層網(wǎng)絡(luò)信息對(duì)服務(wù)提供商不可見、虛擬網(wǎng)服務(wù)故障難以準(zhǔn)確定位的問題；⑤每個(gè)底層網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)承載的虛擬網(wǎng)絡(luò)數(shù)量較多，導(dǎo)致癥狀集中包含的癥狀和故障集中包含的故障較多，故障診斷算法的性能較低。綜上所述，雖然當(dāng)前已有眾多的研究者致力于研究更先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)資源分配和故障診斷技術(shù)，但仍然存在一些亟須解決的關(guān)鍵問題。本研究在已有研究成果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下資源分配與故障診斷技術(shù)中存在的上述關(guān)鍵問題。研究?jī)?nèi)容主要分為以下8個(gè)方面。①通過分析多個(gè)InP和多個(gè)SP競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中參與者及其職責(zé)，提出多個(gè)InP和多個(gè)SP競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的虛擬網(wǎng)資源分配體系結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上提出基于拍賣的資源分配機(jī)制，深入研究了該機(jī)制中用到的VN資源映射算法、定價(jià)方法等幾個(gè)關(guān)鍵部分，并分析了機(jī)制的有效性。②提出基于K-均值聚類算法的社團(tuán)劃分子算法，將底層網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)小社團(tuán)。之后，提出資源分配子算法實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)的資源分配。在為虛擬網(wǎng)分配資源時(shí)，將虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)虛擬網(wǎng)社團(tuán)，為了使各個(gè)虛擬網(wǎng)社團(tuán)連接起來的虛擬網(wǎng)絡(luò)是全局優(yōu)解，先為每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)求出了等價(jià)類，后又為每個(gè)虛擬網(wǎng)社團(tuán)建立了解空間。③設(shè)計(jì)了分簇的資源管理模型，重配置時(shí)機(jī)在每個(gè)子網(wǎng)中單獨(dú)計(jì)算，減少配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶來的開銷過大問題。在網(wǎng)絡(luò)資源的占用情況與資源重配置時(shí)機(jī)之間建立數(shù)學(xué)模型，描述重配置時(shí)間間隔的計(jì)算方法，并對(duì)其進(jìn)行論證。為了使重配置時(shí)機(jī)更加合理，推導(dǎo)了重配置請(qǐng)求次數(shù)的極限值與重配置時(shí)機(jī)之間的關(guān)系。后，提出基于預(yù)測(cè)的資源重分配算法FRRA。④提出了基于三方博弈的兩階段資源分配模型。基于此模型，QoS驅(qū)動(dòng)的資源分配機(jī)制被提出，并證明了該機(jī)制能夠滿足占優(yōu)策略激勵(lì)兼容特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)利潤(rùn)大化的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)資源分配機(jī)制中VN資源請(qǐng)求策略的優(yōu)化，保證VN對(duì)SN資源的合理使用，基于Qlearning的VN需求量策略選擇算法被提出。⑤提出了SNP和VNP之間建立收益大化的虛擬網(wǎng)資源分配機(jī)制。為提高底層網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，使用動(dòng)態(tài)定價(jià)來調(diào)節(jié)VNP對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)資源請(qǐng)求的數(shù)量，并使用隨機(jī)魯棒優(yōu)化方法來求解動(dòng)態(tài)價(jià)格。⑥梳理了與可靠虛擬網(wǎng)映射相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)特性，基于歷史數(shù)據(jù)建立了底層節(jié)點(diǎn)可靠性矩陣和推理模型，提出了優(yōu)先映射虛擬節(jié)點(diǎn)的二階段映射算法NFATS、基于層級(jí)關(guān)系的虛擬網(wǎng)映射算法NFALR。⑦提出了一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓兄碾娏νㄐ啪W(wǎng)鏈路丟包率推理算法。首先，基于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣鹘⒕W(wǎng)絡(luò)模型，并采用代數(shù)模型劃分為多個(gè)獨(dú)立子集。其次，提出一種加權(quán)相對(duì)熵的排序方法，對(duì)每個(gè)獨(dú)立子集中的疑似擁塞鏈路進(jìn)行量化處理。后，通過求解化簡(jiǎn)后的非奇異矩陣的解，得到擁塞鏈路的丟包率。⑧給出了癥狀內(nèi)在相關(guān)性的定義，并提出基于癥狀內(nèi)在相關(guān)性的故障集合過濾算法。為了降低計(jì)算復(fù)雜度，改進(jìn)故障貢獻(xiàn)度的計(jì)算方法使其適合網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境，之后提出基于貢獻(xiàn)度的啟發(fā)式故障診斷算法，分析了算法的時(shí)間復(fù)雜度。三人行，必有我?guī)煛Ｗx者如發(fā)現(xiàn)本書的不妥之處或有好的建議，請(qǐng)不惜賜教、交流。

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