SDN环境下数据中心网络能源优化机制的研究

发布时间：2020-05-17 07:05

【摘要】：数据中心网络部分的能耗量巨大且逐年增长,如何降低其能耗并提高网络利用率,是数据中心可持续发展亟需解决的问题之一。数据中心网络(DCN)节能可通过以能耗为指标的网络资源规划调度来实现。软件定义网络(SDN)满足了 DCN灵活规划和细粒度管控的需求,更利于实现其能源的优化管理。本文的研究目标即为基于SDN的DCN能源优化,即SDN环境下DCN的节能管理机制。结合SDN优势,研究数据平面弹性拓扑节能优化策略以及多控制器控制平面弹性拓扑节能策略,并深入分析多管理域DCN场景下节能机制的分布式扩展,即分别在数据平面、控制平面和分布式三方面展开研究。本文的主要研究内容和创新性工作如下:1.SDN环境下DCN数据平面节能优化算法研究。针对现有数据平面弹性拓扑节能机制贪心策略求解存在的问题和局限,提出一种基于遗传算法的启发式求解方法。结合SDN细粒度网络资源灵活规划的优势和更细致的交换机能耗模型,设计改进的混合遗传算法来优化数据平面弹性拓扑节能最优解查找策略。在SDN控制器高计算性能的支撑下,该算法可以很好地解决局部最优和收敛过慢的问题,完成优化的节能路由规划,进而实现数据平面弹性拓扑节能优化。实验结果证明,数据平面的节能效果在该方法下能够得到进一步的提高。2.SDN环境下纳入控制平面节能的DCN弹性拓扑节能机制研究。针对现有DCN弹性拓扑节能策略局限于数据平面的问题,提出一种包含多控制器控制平面节能在内的SDN两个平面联动的弹性拓扑节能机制。结合控制器负载及其能耗特征分析多控制器控制平面节能的必要性,进而设计控制平面弹性拓扑节能方案,同时涵盖考虑分流条件的数据平面节能优化,实现SDN两个平面的整体节能。该机制结合交换机动态迁移策略设计装箱数学模型以实现高效的控制平面节能,可以很好地解决在数据平面节能的基础上纳入控制平面节能的问题。实验结果证明,DCN整体的弹性拓扑节能效果在该机制下能够得到显著的改善。3.SDN环境下多管理域DCN分布式弹性拓扑节能机制研究。针对现有多管理域DCN分布式能源管理研究尚不完备,缺乏跨域网络流基于能耗的分布式节能规划模型等问题,提出一种多管理域DCN分布式弹性拓扑节能机制。分析分布式节能的必要性和可行性,设计节能路由分布式规划算法模型,同时支持控制平面分布式节能,完成多管理域DCN分布式并行节能计算。该机制专门针对跨域网络流设计结合分布式计算的域间传输节能部署方案,可以很好地解决弹性拓扑节能的分布式扩展问题。实验结果证明,在多管理域DCN场景下该机制在保证全局节能效果的同时能够显著提高节能计算的运算效率。
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工学博士学位论文作为一种新型的网络体系结构被提出来。ＳＤＮ使网络具备了高可编粒度的流量控制，进一步细分网络资源，更利于实现网络资源的配。在ＳＤＮ环境下，，通过开放的接口，网络的初始化、监测、控制、作均可以被动态地执行［１７］。这也使得ＳＤＮ网络架构在实现本文先天性的优势。逡逑

ＤＮ实际的物理拓扑结构更像图２－２所示的那种网络结构。图２－２是一个基（Ｏｕｔ－ｏｆ－Ｂａｎｄ）单控制器ＳＤＮ物理结构。这种架构显然是一种逻辑上集管控方案。控制平面和数据平面被分离，控制器维护一个ＤＣＮ完整拓扑，拓扑中每一台交换机均可以利用特定的协议与控制器进行信息交互，能则可以被控制器直接管理。逡逑控制器集群逡逑控制平面逡逑、让／逡逑攀警

本文编号：2668130