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面向海量虚网需求的映射优化算法研究

面向海量虚网需求的映射优化算法研究

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作者：顾莹北京邮电大学

学位级别：硕士

网络虚拟化成为未来网络的重要发展方向之一,核心思想是实现多个相互隔离的虚拟网络共享物理网络资源。虚拟网络映射(VNE,Virtual Network Embedding)问题是网络虚拟化技术的核心问题之一,工作目标是通过虚拟网络映射机制将物理网络的... 详细信息

网络虚拟化成为未来网络的重要发展方向之一,核心思想是实现多个相互隔离的虚拟网络共享物理网络资源。虚拟网络映射(VNE,Virtual Network Embedding)问题是网络虚拟化技术的核心问题之一,工作目标是通过虚拟网络映射机制将物理网络的资源合理、高效地分配给各个虚拟网络以满足租户需求。随着云计算、数据中心、运营商网络、试验床等应用场景的规模不断增大以及网络虚拟化在其中的广泛应用,租户的虚网请求规模也将快速增长。海量虚网请求对虚拟网络映射机制的映射效率提出了更高的要求,租户容量限制也将成为海量虚网请求下的瓶颈问题。本文在对现有工作的研究分析后,针对现有工作在映射效率和租户容量方面的不足展开深入研究,最终形成了面向海量虚网需求的映射优化算法解决方案,本文主要创新点如下:1)针对映射效率问题,本文提出基于删除优先的虚网映射算法。传统虚网映射算法在节点映射阶段多使用K最短路径算法,算出最短路径后再检查是否符合要求,否则重新计算,算法耗时较长。删除优先算法在计算最短路径之前暂时从物理网络拓扑中删除不满足当前链路带宽要求的物理链路,避免最短路径的重计算。仿真结果证明,相较于传统映射算法,基于删除优先的虚网映射算法的平均运行时间大大缩短,映射效率得到显著提高。该算法可以很好地解决海量虚网需求下的映射效率问题。2)针对租户容量问题,本文提出基于VLANID复用的虚网映射算法。以往的研究人员在虚拟网络映射阶段往往不考虑虚网隔离的实现问题以及由于使用VLAN(Virtual Local Area Network,虚拟局域网)技术实现虚网隔离而带来的租户容量限制问题。基于VLAN ID复用的虚网映射算法在虚网映射阶段就考虑到上述问题,创造性地通过对VLAN ID的复用突破租户容量限制、提升租户容量。仿真结果表明,基于VLAN ID复用的虚网映射算法突破租户容量限制的效果非常明显,租户容量得到数倍提升。租户容量限制将不再成为海量虚网需求时的瓶颈问题。

关键词：虚网映射删除优先 VLAN-ID复用运行时间租户容量

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无冲突复制数据类型设计技术研究

无冲突复制数据类型设计技术研究

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作者：周舟南京大学

学位级别：硕士

随着互联网应用的快速发展,应用的用户规模急剧增加、数据量越来越庞大。为了提高可拓展性和容错性、降低服务延迟,现代互联网应用底层的数据存储选择分布数据复制技术,而分布数据的复制带来了数据一致性的问题。CAP定理指出,在保证分... 详细信息

随着互联网应用的快速发展,应用的用户规模急剧增加、数据量越来越庞大。为了提高可拓展性和容错性、降低服务延迟,现代互联网应用底层的数据存储选择分布数据复制技术,而分布数据的复制带来了数据一致性的问题。CAP定理指出,在保证分区容忍性的前提下,分布数据应偏向于一致性或可用性其中之一。极高的服务可用性和极低的服务延迟是现代互联网应用程序设计的关键因素,因此现代互联网应用程序选择最终一致性。无冲突复制数据类型(Conflict-free Replicated Data Types,CRDT)是一类简单的、理论基础合理的最终一致性实现方法。而CRDT设计难度大且易出错,数据类型的冲突消解策略通常是专门设计的,缺乏通用的、模块化的冲突消解策略设计。删除优先设计框架(Remove-Win design Framework,简称RWF)提出了一种简单有效的删除优先策略消解并发冲突,能够指导无冲突复制数据容器类型(RWF-DT)的设计与实现。RWF设计框架是一个最近提出的CRDT设计框架,如何挖掘RWF设计框架的潜力,设计新的CRDT成为一个研究问题。RWF设计框架为RWF-DT的设计提供了通用的算法设计框架,其中RWF-Set是RWF-DT设计的核心。为了展示冲突消解的核心原理,RWF-Set只考虑插入和删除操作,从而限制了其应用场景。同时,基于RWF设计框架的CRDT设计较少,需要更多基于CRDT设计例证RWF设计框架通用性。针对以上问题,本文通过RWF-Set集合运算操作命令的设计和实现,以及RWF-Tree的设计与实现,对RWF设计框架进行了拓展与应用。具体而言,本文的主要贡献为:首先,本文提出了 RWF-Set的二元运算算法设计。我们分析了 Set数据类型并发二元运算的冲突以及Set二元运算的原理,以Set的元素添加操作与删除操作为基础,通过操作转换的方式提出了 RWF-Set二元运算的算法,并论证了算法的正确性。最后通过并发二元运算的冲突案例,我们分析了 RWF-Set的二元运算语义的特点。其次,本文提出了 RWF-Tree设计。通过分析Tree数据类型的系统模型和并发更新冲突,我们基于RWF设计框架提出了 RWF-Tree的系统模型。接着针对Tree数据类型的并发更新冲突,我们在RWF设计框架的指导下提出了RWF-Tree操作命令的算法设计。最后通过并发更新冲突的消解案例,展示了RWF-Tree的冲突消解策略。最后,本文实现并度量了 RWF-Set和RWF-Tree的性能表现。RWF设计框架基于Redis数据库提供了 RWF-DT实现平台。我们基于该平台实现了RWF-Set和RWF-Tree,在此过程中,RWF-DT实现平台有效地简化了开发工作,提升了编程效率。我们设计了 RWF-Set和RWF-Tree的性能测试实验。通过调整实验参数,我们对比了 RWF-Set与其他无冲突复制Set数据类型的性能表现。对比结果说明RWF-Set在数据一致性表现不低于其他无冲突复制Set数据类型的同时,其元数据开销也相对较小。我们通过调整RWF-Tree测试实验的实验参数,测试了不同实验条件下RWF-Tree的性能表现。实验结果表明RWF-Tree具有较好的数据一致性表现和较小的元数据开销。

关键词： CRDT 删除优先集合二元运算树数据类型

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