弹性光数据中心网络中虚拟网络嵌入算法设计与仿真实现

摘要

随着互联网技术的不断发展，带宽需求呈现爆炸式增长，这不仅导致网络资源的使用逐步趋近于饱和，而且带宽需求变得灵活多样。为此，构建动态、灵活、超大容量的光网络显得尤为重要。传统的波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)光网络在带宽分配上采用“一刀切”的模式，导致网络带宽利用率低、灵活性差。而基于正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术的弹性光网络突破了基于固定带宽间隔的波长光通道限制，能更有效地利用频谱资源，具有广阔的发展前景。同时，随着云计算和虚拟化技术在数据中心的广泛应用，虚拟网络嵌入已经成为云数据中心网络中的一个主要技术突破。它能够实现多个虚拟网络共享底层物理网络资源，因此弹性光数据中心网络中的虚拟网络嵌入（Virtual Network Embedding，VNE）问题得到了广泛关注。而服务器整合技术和基于虚级联的频谱重组技术分别是云数据中心网络和弹性光网络的核心技术，如何将其应用到弹性光数据中心网络的虚拟网络嵌入问题中成为新的挑战。
　　本文详细介绍了在弹性光数据中心网络的虚拟网络嵌入问题中所使用的关键技术，主要包括服务器整合技术、频谱分配约束以及基于虚级联的频谱重组技术。另外，本文描述了弹性光数据中心网络中的虚拟网络嵌入问题，并给出了虚拟网络嵌入问题的数学模型。针对静态业务，本文详细介绍了基于分层辅助图的虚拟网络嵌入算法。在此基础上，本文提出了基于虚级联的虚拟网络嵌入(Virtual Network Embedding based on VirtualConcatenation，VNE-VC)算法。该算法可以将链路上的频谱碎片进行重组，形成连续的、可用的频谱槽，为后续的业务请求提供服务，提高了弹性光网络的频谱效率。另外，根据业务请求服务顺序的不同，本文提出了四种基于不同排序策略的虚拟网络嵌入算法。
　　最后，本文对所设计的算法进行了仿真和分析。仿真结果表明，在提高网络频谱效率方面，本文所提出的基于虚级联的虚拟网络嵌入启发式算法表现出良好的性能。另外，该算法还可以减小虚拟光网络请求的阻塞率。因此，本文的研究工作可以作为构建弹性光数据中心网络的一个有价值的参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 弹性光网络

1．1．1 弹性光网络概述

1．1．2 弹性光网络的特点

1．1．3 弹性光网络的基本架构

1．2 云数据中心网络

1．2．1 云数据中心网络概述

1．2．2 云数据中心网络的特点

1．2．3 云数据中心网络的基本架构

1．3 弹性光数据中心网络中的虚拟网络嵌入问题

1．3．1 弹性光数据中心网络与虚拟网络嵌入技术概述

1．3．2 国内外研究现状

1．4 本文主要工作及创新点

1．5 本文的内容安排

1．6 课题来源

第2章 弹性光数据中心网络中的虚拟网络嵌入算法研究基础

2．1 弹性光数据中心网络的关键技术

2．1．1 服务器整合

2．1．2 基于OFDM技术的弹性光网络中频谱分配约束

2．2 弹性光网络中碎片整理方法

2．2．1 传统的碎片整理方法

2．2．2 基于虚级联的碎片整理方法

2．3 本章小结

第3章 弹性光数据中心网络中的虚拟网络嵌入算法设计

3．1 研究背景

3．2 问题描述

3．2．1 参数定义

3．2．2 变量说明

3．2．3 优化目标

3．2．4 约束条件

3．3 VNE算法

3．3．1 算法描述

3．3．2 算法流程图

3．3．3 算法伪代码

3．4 基于不同排序策略的VNE算法

3．4．1 VNE-FF算法

3．4．2 VNE-CF算法

3．4．3 VNE-BF算法

3．4．4 VNE-RF算法

3．5 算法实例

3．6 算法时间复杂度分析

3．7 本章小结

第4章 基于虚级联的虚拟网络嵌入算法设计

4．1 研究背景

4．2 VNE-VC算法

4．2．1 算法描述

4．2．2 算法流程图

4．2．3 算法伪代码

4．3 基于不同排序策略的VNE-VC算法

4．3．1 VNE-VC-FF算法

4．3．2 VNE-VC-CF算法

4．3．3 VNE-VC-BF算法

4．3．4 VNE-VC-RF算法

4．4 算法实例

4．5 算法时间复杂度分析

4．6 本章小结

第5章 算法仿真与分析

5．1 仿真平台设置

5．2 仿真性能指标

5．3 VNE算法仿真分析

5．3．1 小拓扑的仿真结果

5．3．2 NSFNET拓扑的仿真结果

5．4 VNE-VC算法仿真分析

5．4．1 小拓扑的仿真结果

5．4．2 NSFNET拓扑的仿真结果

5．5 VNE算法与VNE-VC算法仿真比较

5．5．1 小拓扑的仿真结果

5．5．2 NSFNET拓扑的仿真结果

5．6 本章小结

第6章 全文总结

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间发表的学术论文