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互联网中海量的资源和庞大用户群激发着层出不穷的业务创新,而这些创新必须与“尽力而为”传输的IP网相适配,从而限制了它们的部署规模和应用效率。网络虚拟化技术为解决这一矛盾提供了有效途径,通过抽象和封装底层物理网络资源,使得服务提供商能够根据用户业务需求,灵活地组织底层网络资源来提供与业务相适配的网络服务。虚拟网是网络虚拟化环境中对外服务的基本单元,如何构建与特定业务承载需求相适配的虚拟网成为当前研究的热点内容。本文从网络业务中分离出了单播、QoS、组播和内容中心网四类特性场景,在分析了已有相关研究的不足后,提出了基于这四类技术特征驱动的更加高效的虚拟网构建方法。具体工作和创新点如下: (1)面向弹性业务的映射问题,在分析了二阶段虚拟网映射算法较低接受率的原因后,提出了基于资源预分配的虚拟网构建方法。该方法通过在节点映射阶段预留资源和动态调整先验关系矩阵来避免后续链路映射中的资源冲突,相较于现有二阶段虚拟网映射算法有更高的映射成功率和收益开销比。同时,该算法虽然在映射开销上比一阶段虚拟网映射算法高了3%,但平均求解时间仅为其6%。 (2)从业务特征和服务提供商的角度出发,提出了基于延时和代价约束的虚拟网构建问题,证明该问题为NP后,通过分解虚拟网和抽样离散延时,再基于动态规划算法来求近似最优映射解。仿真实验表明该启发式求解算法具有较优的虚拟网映射成功率和收益开销比,以及较小的虚拟网映射开销。 (3)针对组播业务的自适应承载需求,首先详细分析了软件定义网络(SDN)中承载组播业务所面临的挑战,进而基于这些问题设计了系统构架,充分利用SDN可编程特点搭建了自定义组播服务平台,并开放了用于加载组播树生成算法和扩展功能组件的接口,使得用户能够根据需求定制与业务相适配的组播服务。 (4)研究了虚拟内容中心网映射与承载问题,基于其“顺路存储”的特点,提出了用于映射虚拟节点存储请求的分散存储分配机制,进一步分析了分散存储分配在降低网络访问开销的同时,也会影响物理网络存储资源负载均衡,并引入参量来调节负载均衡和访问开销之间的平衡。 本文依托实验室承担的863项目子课题“面向服务提供的网络体系研究”和973项目子课题“业务自适应认知承载机理”展开研究。研究成果主要为可重构网络综合管控系统和业务自适应承载原型系统提供理论依据和技术支持。本文也给虚拟网映射及其业务承载机理的研究提供了新的方法和思路,为构建业务自适应的网络服务带来了一定的参考价值。