面向云計(jì)算的能效優(yōu)先智能路由與管理協(xié)同機(jī)制研究.pdf

1、云計(jì)算作為一種新的計(jì)算服務(wù)模式，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相連接，利用開(kāi)放的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)把硬件和軟件抽象為動(dòng)態(tài)的資源，對(duì)外以服務(wù)的形式提供給用戶。數(shù)據(jù)中心作為云計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)依托設(shè)施，正在云計(jì)算技術(shù)的推動(dòng)下，以前所未有的規(guī)模擴(kuò)張;然而，數(shù)據(jù)中心的高能耗、低資源利用率、對(duì)環(huán)境的污染等問(wèn)題，一直以來(lái)極大的制約著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。云計(jì)算使存儲(chǔ)和計(jì)算功能遷移到遠(yuǎn)程資源，如虛擬服務(wù)和存儲(chǔ)系統(tǒng)大多承載在數(shù)據(jù)中心(Data Center,DC)。這種遷移可以帶來(lái)顯著的節(jié)

2、能，有效利用當(dāng)?shù)刭Y源將減少信息、通信和技術(shù)(Information and Communication Technology，ICT)40％的溫室氣體排放量。因此，云服務(wù)供應(yīng)需要謹(jǐn)慎處理傳輸網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心這兩者帶來(lái)的能量消耗。
　　本文重新審視云計(jì)算背景下的能耗問(wèn)題，研究云服務(wù)配置時(shí)的能效智能路由與管理問(wèn)題;將綜合考慮數(shù)據(jù)中心和傳輸網(wǎng)絡(luò)的能耗，重新制定能耗模型。支持云的網(wǎng)絡(luò)需要以快速、可靠的方式傳送大量數(shù)據(jù)，鑒于基于波分復(fù)用(Wa

3、velength Division Multiplexing，WDM)技術(shù)的光網(wǎng)絡(luò)具有高數(shù)據(jù)速率和低延遲的性能，選擇光網(wǎng)絡(luò)作為傳輸網(wǎng)是非常合適的。因此本文把注意力放在減少光網(wǎng)絡(luò)和IT基礎(chǔ)設(shè)施的整體能量消耗上。
　　首先，介紹了云計(jì)算的概念以及數(shù)據(jù)中心的概念，針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的不足，著重介紹了云計(jì)算數(shù)據(jù)中心具備的特點(diǎn)。詳細(xì)分析了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的綠色節(jié)能問(wèn)題。為解決傳輸網(wǎng)絡(luò)的能耗問(wèn)題，引進(jìn)了IP over WDM網(wǎng)絡(luò)，并討論了IP

4、over WDM網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能策略。
　　其次，基于云服務(wù)配置特有的anyeast原理，智能的為用戶選擇合適的數(shù)據(jù)中心并進(jìn)行路由，來(lái)提高云服務(wù)的能效。針對(duì)數(shù)據(jù)中心和IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的能耗特點(diǎn)，從集中式的角度研究面向云計(jì)算的能效優(yōu)先智能路由與管理協(xié)同機(jī)制，建立最小能耗MILP模型，目的是通過(guò)關(guān)閉數(shù)據(jù)中心和傳輸網(wǎng)絡(luò)中不用的資源，來(lái)最小化總能耗。由于MILP模型在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)求解方面的復(fù)雜性，本文提出了基于進(jìn)化博弈論的能效優(yōu)先智能路

5、由光旁路啟發(fā)式算法，不但考慮盡可能減少虛鏈路中耗能較大的IP路由器的使用，也考慮關(guān)閉數(shù)據(jù)中心中閑置的服務(wù)器，以最小化對(duì)某服務(wù)傳輸和處理的總能耗。
　　最后，研究分布式的面向云計(jì)算的能效智能路由與管理的聯(lián)合設(shè)計(jì)方法，提出能效蟻群算法，通過(guò)利用人工螞蟻實(shí)時(shí)存放的信息素，及時(shí)獲知當(dāng)前不斷變化的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，構(gòu)建分布式的、靈活的、實(shí)時(shí)的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)能效路由與管理協(xié)同機(jī)制，聯(lián)合控制層面與數(shù)據(jù)層面的網(wǎng)絡(luò)性能和流量感知，構(gòu)建高能效的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)智能協(xié)同

6、算法。它不使用任何監(jiān)督，只是讓輸入流量參照累積的信息素和流量中心性原則流動(dòng)。然后，輸入流量被自動(dòng)地匯聚在特定鏈路，且未使用的鏈路通過(guò)數(shù)據(jù)流逐漸顯現(xiàn)。通過(guò)關(guān)閉未使用的鏈路實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。同時(shí)為方便管理，還采用了路由器卡休眠策略，為進(jìn)一步節(jié)能又對(duì)路由器端口的分配方式進(jìn)行研究。
　　通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)比較分析，本文所提出的兩種算法能高效的解決面向云計(jì)算的能效路由與管理問(wèn)題，而且這兩種算法在提高網(wǎng)絡(luò)和IT資源的整體能效、降低能源浪費(fèi)及提高云服務(wù)