面向服务链的应用资源与光网络资源联合分配研究

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服务链(service function chain,SFC)是当前跨数据中心网络中最常见的一种端到端服务模式。在资源受限的环境下,寻找最优的服务链资源分配方案是建设低成本、高灵活数据中心网络的关键。传统数据中心电交换网络中的服务链资源分配问题已经取得了一些不错的研究成果。然而,电交换由于带宽窄、耗能严重、传输损耗大等方面的缺陷,已经不再适用于当前数据中心网络。为了解决这些问题,基于弹性光网络的数据中心网络架构被提出并广泛应用。数据中心光网络中的服务链光频谱资源分配受到频谱一致性、连续性和独占性三方面的约束,这使得服务链资源分配问题变得更加复杂。本文主要研究了数据中心光网络中服务链资源分配问题,具体研究成果如下:服务链光频谱资源分配方面,为了有效降低服务链光资源分配过程中产生的光频谱资源碎片和联合资源碎片,本文提出了基于辅助图的服务链光频谱资源分配算法。该算法通过辅助图,将服务链业务流量优先部署在非数据中心节点对之间的光纤链路上,避免数据中心节点出现应用资源和光资源“不对齐”的情况,从而有效解决了联合资源碎片问题。除此之外,该算法设计还了两种频谱资源量化模型来计算虚拟网络功能链路映射(Virtual Network Function Link,VNFL)的路径开销,以确定最后的VNFL映射方案。仿真结果表明,基于辅助图的服务链光频谱资源分配算法在保证服务时延的前提下,有效减少频谱资源碎片和联合资源碎片,降低服务阻塞率。服务链应用资源和光资源联合分配方面,本文结合服务链业务特点,以最大化全局资源利用率为目标,建立了一种联合考虑虚拟网络功能(virtual network function,VNF)映射约束和路由频谱分配约束的整数线性规划模型(interfer linear programming,ILP),以获得映射成本最小的服务链联合资源分配方案。接着,针对VNF映射问题,本文提出了基于最长公共子序列的VNF聚合映射算法。该算法先通过动态规划的方法求解最长公共VNF子序列得到VNF映射候选方案,然后基于VNF聚合映射资源量化模型计算VNF部署成本,以确定最后的VNF映射方案。最后,联合前面设计的服务链光频谱资源分配算法和VNF聚合映射算法构成服务链联合资源分配算法。仿真结果表明,该服务链资源联合分配方案能在有效的时间复杂度内逼近ILP的最优解,与其他算法相比,可以在保证服务时延的前提下,有效减少频谱资源碎片和联合资源碎片,最大化应用资源利用率,降低服务链业务阻塞率。
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