虛擬化環境下網絡管理技術及算法研究

《虛擬化環境下網絡管理技術及算法研究》，張順利 著，出版社： 科學技術文獻出版社。

書籍對於人類原有很重大的意義，但，書籍不僅對那些不會讀書的人是毫無用處，就是對那些機械地讀完了書還不會從死的文字中引申活的思想的人也是無用的。 —— 烏申斯基

目錄

內容簡介

隨着雲計算、大數據、物聯網等各種信息通信新技術的快速發展，新興應用和新興業務對互聯網及其體系結構提出了新需求。為有效解決當前互聯網及其體系結構中存在的問題，網絡虛擬化的概念被引入到未來網絡體系架構研究中。當前，網絡虛擬化技術已經被認為是解決互聯網及其體系結構所存在問題的一種有效方法，得到了越來越多研究機構的關注。

在網絡虛擬化環境下，需要解決的關鍵問題包括提高底層網絡資源利用率、虛擬網的服務質量、服務提供商和基礎設施提供商的經濟收益、服務的可靠性和可用性、準確定位故障根源等。為解決這些問題，學術界和工業界已經開展了多年的研究，並取得了較多的研究成果。但是，仍然存在以下5個問題：①在多基礎設施提供商和多服務提供商競爭環境下，資源分配的效率低、交易環境不公平；②在底層網絡規模較大的環境下，已有的虛擬網映射算法的分配效率較低；③資源重配置的時機選擇不合理，會導致重配置算法對網絡性能的負面影響較大；④當基礎設施提供商和服務提供商分別屬於不同的組織時，這種變化會導致底層網絡信息對服務提供商不可見、虛擬網服務故障難以準確定位的問題；⑤每個底層網絡上同時承載的虛擬網絡數量較多，導致症狀集中包含的症狀和故障集中包含的故障較多，故障診斷算法的性能較低。

綜上所述，雖然當前已有眾多的研究者致力於研究更先進的網絡虛擬化環境下的網絡資源分配和故障診斷技術，但仍然存在一些亟須解決的關鍵問題。本研究在已有研究成果的基礎上，重點研究網絡虛擬化環境下資源分配與故障診斷技術中存在的上述關鍵問題。研究內容主要分為以下8個方面。

①通過分析多個InP和多個SP競爭環境中參與者及其職責，提出多個InP和多個SP競爭環境的虛擬網資源分配體系結構。在此基礎上提出基於拍賣的資源分配機制，深入研究了該機制中用到的VN資源映射算法、定價方法等幾個關鍵部分，並分析了機制的有效性。

②提出基於K-均值聚類算法的社團劃分子算法，將底層網絡劃分為多個小社團。之後，提出資源分配子算法實現虛擬網的資源分配。在為虛擬網分配資源時，將虛擬網絡劃分為多個虛擬網社團，為了使各個虛擬網社團連接起來的虛擬網絡是全局優解，先為每個虛擬節點求出了等價類，後又為每個虛擬網社團建立了解空間。

③設計了分簇的資源管理模型，重配置時機在每個子網中單獨計算，減少配置整個網絡帶來的開銷過大問題。在網絡資源的占用情況與資源重配置時機之間建立數學模型，描述重配置時間間隔的計算方法，並對其進行論證。為了使重配置時機更加合理，推導了重配置請求次數的極限值與重配置時機之間的關係。最後，提出基於預測的資源重分配算法FRRA。

④提出了基於三方博弈的兩階段資源分配模型。基於此模型，QoS驅動的資源分配機制被提出，並證明了該機制能夠滿足占優策略激勵兼容特性，實現系統利潤大化的目標。為了實現資源分配機制中VN資源請求策略的優化，保證VN對SN資源的合理使用，基於Qlearning的VN需求量策略選擇算法被提出。

⑤提出了SNP和VNP之間建立收益大化的虛擬網資源分配機制。為提高底層網絡資源的利用率，使用動態定價來調節VNP對底層網絡資源請求的數量，並使用隨機魯棒優化方法來求解動態價格。

⑥梳理了與可靠虛擬網映射相關的網絡特性，基於歷史數據建立了底層節點可靠性矩陣和推理模型，提出了優先映射虛擬節點的二階段映射算法NFATS、基於層級關係的虛擬網映射算法NFALR。

⑦提出了一種網絡拓撲感知的電力通信網鏈路丟包率推理算法。首先，基於網絡運行的歷史數據和網絡拓撲特徵建立網絡模型，並採用代數模型劃分為多個獨立子集。其次，提出一種加權相對熵的排序方法，對每個獨立子集中的疑似擁塞鏈路進行量化處理。最後，通過求解化簡後的非奇異矩陣的唯一解，得到擁塞鏈路的丟包率。

⑧給出了症狀內在相關性的定義，並提出基於症狀內在相關性的故障集合過濾算法。為了降低計算複雜度，改進故障貢獻度的計算方法使其適合網絡虛擬化環境，之後提出基於貢獻度的啟發式故障診斷算法，分析了算法的時間複雜度。

三人行，必有我師。讀者如發現本書的不妥之處或有好的建議，請不惜賜教、交流。