弹性光网络中两种调度问题的建模与算法研究

作     者：纪春霞 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宇平

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：弹性光网络 数据中心 虚拟网络功能 路由与频谱分配 遗传算法 

摘      要：随着互联网飞速发展,网络流量呈爆炸式增长。为适应网络流量的增长,提高频谱资源的利用率,弹性光网络(EON)采用了更细粒度、更灵活的频谱分配方式以改善固有光网络中频谱分配方式固定等缺点。因此,如何建立合理的模型、设计高效的算法来解决弹性光网络上负载均衡的路由与频谱分配(RSA)问题成为弹性光网络中至关重要的问题结点。同时,为减少运营商维护硬件的成本,提升网络功能部署的灵活性,网络功能虚拟化(NFV)技术将专属物理设备实现的网络功能映射到数据中心的标准服务器上,实现了虚拟网络功能(VNF)。然而,在弹性光网络中如何确定连接数据中心的网络结点并且合理的部署虚拟网络功能成为拭待解决的问题。因此,本文的主要研究点为:1)解决负载均衡的弹性光网络中的路由与频谱分配问题;2)解决弹性光网络中数据中心放置与虚拟网络功能部署问题。为解决这两个问题,本文所做的创新性工作有:1.研究了负载均衡的弹性光网络中的路由与频谱分配问题。RSA问题是弹性光网络中的基本问题,也是网络其他资源分配的关键问题。本文针对实际应用中需重点考虑的负载均衡问题,建立了以最小化频谱资源消耗与负载因子加权之和为目标的带约束的全局优化模型。对此,设计了求解该问题的通用算法框架(DALB-DDGA):1)采用改进KSP的DALB-KSP算法找出K条备选路径;2)用本文设计的DDGA遗传算法确定路由与频谱分配结果,其中包括新设计的具有较强搜索能力的交叉和变异算子以及采用First Fit策略的频谱分配方法。最后,针对RSA问题的三个衡量指标进行了对比实验,结果表明所提模型和算法可以有效的节约频谱资源。2.研究了弹性光网络中数据中心放置与虚拟网络功能部署问题。为达到节省网络资源开销的目的,建立了以最小化频谱资源消耗、数据中心连接消耗以及VNF部署消耗加权之和为目标的带约束的全局优化模型。针对此类问题设计了通用的算法框架(LLPA-GA):1)采用本文设计的LLPA算法预测数据中心的位置及数量;2)采用基于深度优先的K备选路径算法找出K条备选路径;3)用遗传算法算法确定VNF部署方案与路由频谱分配结果,其中包括了本文设计的VNF部署算法VNFDA。最后,针对该问题的三个衡量指标进行了对比实验,结果表明所提模型和算法可以有效的减少网络资源开销。