面向云計(jì)算的能效優(yōu)先智能管理策略與技術(shù)研究.pdf

1、在IT領(lǐng)域，各種“綠色”計(jì)算技術(shù)也開始進(jìn)入科研人員的研究范圍。近些年云計(jì)算作為一種嶄新的計(jì)算模式受到產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。隨著用戶對(duì)云計(jì)算需求的不斷增長(zhǎng)，云數(shù)據(jù)中心規(guī)模日益龐大，其能耗問題也越來越嚴(yán)重，全球數(shù)據(jù)中心在2005年到2010年增加了約56％，美國(guó)數(shù)據(jù)中心的能耗增加了36％。一個(gè)5萬個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)中心每年消耗的電能超過1億千瓦時(shí)，能耗占了一個(gè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維成本中的40％。在國(guó)內(nèi)，通信運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)中心是耗電大戶。到2020年，全

2、球主要云計(jì)算運(yùn)營(yíng)商的能耗將接近2萬億千瓦時(shí)。因此，研究云環(huán)境下的節(jié)能技術(shù)有迫切的需求。
　　云計(jì)算能耗問題逐漸成為制約云計(jì)算發(fā)展的重要因素，如何降低網(wǎng)絡(luò)能耗，同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)的整體能效是本文的研究重點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)中20％的鏈路承載著80％的流量負(fù)載，這說明大部分網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)都是不合理的。另外，大部分網(wǎng)絡(luò)都是采用冗余設(shè)計(jì)來滿足突發(fā)流量、鏈路擁塞等網(wǎng)絡(luò)突發(fā)問題，但是突發(fā)問題發(fā)生的概率小，卻因此浪費(fèi)了大量的資源。且大部分的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能算法

3、都是單純?yōu)榱斯?jié)能而設(shè)計(jì)的，沒有考慮休眠鏈路后網(wǎng)絡(luò)的性能是否會(huì)降低，如何提高網(wǎng)絡(luò)能效，同時(shí)盡量保證網(wǎng)絡(luò)的性能變化最小是本文的研究目的。
　　本文基于多目標(biāo)優(yōu)化理論和進(jìn)化算法，在控制層面與數(shù)據(jù)層面分離的背景下，對(duì)適用于不同規(guī)模的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的能效路由策略、休眠策略問題進(jìn)行了研究，在保證QoS的基礎(chǔ)上，優(yōu)先提高網(wǎng)絡(luò)能效。
　　本文主要通過兩方面實(shí)現(xiàn)能效網(wǎng)絡(luò)，一是能效路由策略，二是休眠策略。首先根據(jù)最小化網(wǎng)絡(luò)比特能耗及延遲設(shè)計(jì)了多目標(biāo)

4、優(yōu)化模型，提出了基于離散粒子群的能效優(yōu)先路由算法(S-PSO-EERA)，并通過重路由策略保證了網(wǎng)絡(luò)的鏈路最高利用率限制，降低了請(qǐng)求阻塞數(shù)。然后，根據(jù)最小化網(wǎng)絡(luò)比特能耗最大化網(wǎng)絡(luò)休眠鏈路數(shù)設(shè)計(jì)了多目標(biāo)優(yōu)化模型，提出了基于多目標(biāo)遺傳算法和流重定向的多目標(biāo)能效優(yōu)先路由算法(NSGAII-FR-EERA)。算法內(nèi)容包括基于多目標(biāo)遺傳算法的能效路由策略(NSGAII-EERA)和基于流重定向的鏈路休眠策略(FR-LSA)兩部分。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)