面向市场的数据中心虚拟网络映射及重配置关键技术研究

As the underlying infrastructure of cloud computing, flexible multi-tenant mechanism is the most urgent need for data center and it's users in current cloud computing market environment. This can be realized by leveraging virtualization technology. The required basic virtualization technology has been mature. However, the control management method from user perspective and in terms of virtual network is not enough perfect. Especially, the current approaches lack of consistency in control steps. It is still unable to get a good solution for virtual resource multi-tenancy problem in modern data centers. For the above situation, leveraging the existing technology of universal virtual network embedding and scheduling, this project will focus on key technology on virtual network embedding and reconfiguration and look at both of the art as a unified whole issue of virtual resource rent problem. Based game theory, hidden Markov model and queuing theory, this project will focus on research to address three key issues: (1) Queue scheduling problem for users' virtual network request; (2) Market competing oriented resource rent bidding game which is participated by users and data center owner; (3) Dynamic virtual network embedding and reconfiguration algorithms and their combination problems; The project will eventually establish a complete data center virtual resource multi-tenancy management model, which can provide theoretical and practical guidance for the aspect of the operational flexibility and optimal resources allocation for future data center.

作为云计算的底层基础设施，灵活的多租赁运营机制是市场环境下数据中心及其服务用户的最迫切需求，这一需求要通过虚拟化技术来实现。目前所需各种基础虚拟化技术已经较成熟，但是从用户角度考虑以虚拟网络为单位的控制管理手段还不够完善，尤其是在控制管理步骤上缺乏连贯性，导致了资源多租赁问题还无法获得良好的整体性解决方案。为此本项目在借鉴已有通用虚拟网络映射、调度等技术的基础上，结合市场环境下用户和数据中心多方的实际需求，合理运用博弈、隐马尔可夫预测等理论，将虚拟网络映射及重配置看成资源租赁的统一整体进行深入研究。项目将重点研究解决三个关键问题：（1）用户虚拟网络请求的排队调度问题；（2）面向市场竞争的由用户、数据中心多方参与的资源租赁竞价博弈问题;（3）动态虚拟网络映射与重配置及其结合问题；初步建立较完整的数据中心虚拟资源多租赁管理模型，为未来数据中心在运营弹性及资源优化分配等方面提供技术储备。

作为云计算的底层基础设施，灵活的多租赁运营机制是市场环境下数据中心及其服务用户的最迫切需求，这一需求要通过虚拟化技术来实现。目前所需各种基础虚拟化技术已经较成熟，但是从用户角度考虑以虚拟网络为单位的控制管理手段还不够完善，尤其是在控制管理步骤上缺乏连贯性，导致了资源多租赁问题还无法获得良好的整体性解决方案。本项目在借鉴已有的虚拟网络映射技术基础上，针对云环境下数据中心及资源租赁市场的特点，结合经济学领域内的非完全信息合作博弈和双层博弈模型，利用隐马尔可夫模型对用户的需求及出价进行预测，研究设计兼顾用户与资源提供者双方利益的虚拟网络映射及重配置策略，建立切实可用的数据中心虚拟网络调度控制博弈理论框架，推动数据中心多租赁技术的整体发展。. 为此本项目在借鉴已有通用虚拟网络映射、调度等技术的基础上，合理运用博弈、隐马尔可夫预测等理论，重点研究了待接入虚拟网络资源博弈模型、动态需求的虚拟网络映射模型，和虚拟网络预配置算法三部分研究内容。针对第1个研究内容，设计了基于不完全信息的虚拟资源分配双层博弈模型、基于需求预测的云资源分配模型、云资源拍卖模型；针对第2个研究内容，从资源利用率角度出发设计了3种基于离散粒子群的虚拟网络映射算法，从负载问题出发设计了负载可控和节点负载均衡的2种虚拟网络映射算法，从动态资源需求角度出发设计了3中面向动态资源请求的虚拟网络映射算法；进一步针对粒子群算法的求解效率及解优化问题，针对虚拟网络映射问题的位置初始分配机制，设计了2种高效的虚拟网络映射算法；针对第3个研究内容，从图形学角度着手，研究了两种虚拟网络预配置算法，解决了虚拟资源回收后的资源“碎片”问题。