虚拟化环境下网络管理技术及算法研究

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随着云计算、大数据、物联网等各种信息通信新技术的快速发展，新兴应用和新兴业务对互联网及其体系结构提出了新需求。为有效解决当前互联网及其体系结构中存在的问题，网络虚拟化的概念被引入到未来网络体系架构研究中。当前，网络虚拟化技术已经被认为是解决互联网及其体系结构所存在问题的一种有效方法，得到了越来越多研究机构的关注。在网络虚拟化环境下，需要解决的关键问题包括提高底层网络资源利用率、虚拟网的服务质量、服务提供商和基础设施提供商的经济收益、服务的可靠性和可用性、准确定位故障根源等。为解决这些问题，学术界和工业界已经开展了多年的研究，并取得了较多的研究成果。但是，仍然存在以下5个问题：①在多基础设施提供商和多服务提供商竞争环境下，资源分配的效率低、交易环境不公平；②在底层网络规模较大的环境下，已有的虚拟网映射算法的分配效率较低；③资源重配置的时机选择不合理，会导致重配置算法对网络性能的负面影响较大；④当基础设施提供商和服务提供商分别属于不同的组织时，这种变化会导致底层网络信息对服务提供商不可见、虚拟网服务故障难以准确定位的问题；⑤每个底层网络上同时承载的虚拟网络数量较多，导致症状集中包含的症状和故障集中包含的故障较多，故障诊断算法的性能较低。综上所述，虽然当前已有众多的研究者致力于研究更先进的网络虚拟化环境下的网络资源分配和故障诊断技术，但仍然存在一些亟须解决的关键问题。本研究在已有研究成果的基础上，重点研究网络虚拟化环境下资源分配与故障诊断技术中存在的上述关键问题。研究内容主要分为以下8个方面。①通过分析多个InP和多个SP竞争环境中参与者及其职责，提出多个InP和多个SP竞争环境的虚拟网资源分配体系结构。在此基础上提出基于拍卖的资源分配机制，深入研究了该机制中用到的VN资源映射算法、定价方法等几个关键部分，并分析了机制的有效性。②提出基于K-均值聚类算法的社团划分子算法，将底层网络划分为多个小社团。之后，提出资源分配子算法实现虚拟网的资源分配。在为虚拟网分配资源时，将虚拟网络划分为多个虚拟网社团，为了使各个虚拟网社团连接起来的虚拟网络是全局优解，先为每个虚拟节点求出了等价类，后又为每个虚拟网社团建立了解空间。③设计了分簇的资源管理模型，重配置时机在每个子网中单独计算，减少配置整个网络带来的开销过大问题。在网络资源的占用情况与资源重配置时机之间建立数学模型，描述重配置时间间隔的计算方法，并对其进行论证。为了使重配...