面向云計算的能效優(yōu)先智能路由與管理協(xié)同機制研究.pdf

1、云計算作為一種新的計算服務(wù)模式，通過互聯(lián)網(wǎng)相連接，利用開放的技術(shù)和標準把硬件和軟件抽象為動態(tài)的資源，對外以服務(wù)的形式提供給用戶。數(shù)據(jù)中心作為云計算平臺的基礎(chǔ)依托設(shè)施，正在云計算技術(shù)的推動下，以前所未有的規(guī)模擴張;然而，數(shù)據(jù)中心的高能耗、低資源利用率、對環(huán)境的污染等問題，一直以來極大的制約著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。云計算使存儲和計算功能遷移到遠程資源，如虛擬服務(wù)和存儲系統(tǒng)大多承載在數(shù)據(jù)中心(Data Center,DC)。這種遷移可以帶來顯著的節(jié)

2、能，有效利用當?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)需要謹慎處理傳輸網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心這兩者帶來的能量消耗。
　　本文重新審視云計算背景下的能耗問題，研究云服務(wù)配置時的能效智能路由與管理問題;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，介紹了云計算的概念以及數(shù)據(jù)中心的概念，針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的不足，著重介紹了云計算數(shù)據(jù)中心具備的特點。詳細分析了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的綠色節(jié)能問題。為解決傳輸網(wǎng)絡(luò)的能耗問題，引進了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)中心并進行路由，來提高云服務(wù)的能效。針對數(shù)據(jù)中心和IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的能耗特點，從集中式的角度研究面向云計算的能效優(yōu)先智能路由與管理協(xié)同機制，建立最小能耗MILP模型，目的是通過關(guān)閉數(shù)據(jù)中心和傳輸網(wǎng)絡(luò)中不用的資源，來最小化總能耗。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算的能效智能路由與管理的聯(lián)合設(shè)計方法，提出能效蟻群算法，通過利用人工螞蟻實時存放的信息素，及時獲知當前不斷變化的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，構(gòu)建分布式的、靈活的、實時的云計算網(wǎng)絡(luò)能效路由與管理協(xié)同機制，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。然后，輸入流量被自動地匯聚在特定鏈路，且未使用的鏈路通過數(shù)據(jù)流逐漸顯現(xiàn)。通過關(guān)閉未使用的鏈路實現(xiàn)節(jié)能的目的。同時為方便管理，還采用了路由器卡休眠策略，為進一步節(jié)能又對路由器端口的分配方式進行研究。
　　通過仿真實驗比較分析，本文所提出的兩種算法能高效的解決面向云計算的能效路由與管理問題，而且這兩種算法在提高網(wǎng)絡(luò)和IT資源的整體能效、降低能源浪費及提高云服務(wù)