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虚拟化技术是推动网络技术和服务不断突破和创新的关键技术。通过在共享的物理网络基础设施上同时实现多个虚拟网络,能够提高物理资源的利用效率,此外还能模拟真实的网络实验环境,大大加快新型网络的研究和开发,因此网络虚拟化技术近年来已经成为研究的热点。
本文对网络虚拟化的研究分为两个部分。第一部分是网络虚拟化的理论建模和分析。第二部分是大规模泛在传感器网络的虚拟化技术研究。具体研究内容和研究成果如下:
(1)网络虚拟化的理论建模和分析
网络虚拟化中一个关键问题就是虚拟网络的提供问题。当虚拟网络提供商接收到虚拟网络运营商对虚拟资源的需求时,需要进行分解并将虚拟资源映射到物理资源上。在这个过程中需要解决的技术难点包括:如何判断所作映射是否合理;在所有合理的映射中,如何产生一个总开销最小的映射方案作为虚拟资源提供的依据。
针对虚拟资源的映射问题,本文提出了虚拟资源的匹配模型,包括功能性属性的匹配模型和非功能性属性的匹配模型。其中,非功能属性的匹配模型给出了区间匹配方法和矩匹配方法,得到了非功能属性匹配函数表达式。
针对虚拟资源的提供问题,本文进行了理论分析并给出了虚拟网络提供总开销的数学模型。该模型分别针对集中式虚拟化和分布式虚拟化进行了研究,得到了虚拟资源提供问题中总开销的目标函数,同时结合虚拟资源的匹配模型得到了优化该目标函数所需满足的约束条件。此外,进一步的研究证明了通过对该目标函数的变量进行变换能够把虚拟资源的提供问题归约成线性规划问题,从而增强了模型的可用性。
(2)大规模泛在传感器网络的虚拟化技术研究
针对传感资源和传感服务的多样性问题并结合大规模泛在传感器网络架构,本文提出了在泛在传感器网络控制实体上实现传感资源虚拟化的功能模块与接口。同时设计了传感资源抽象和虚拟化过程,虚拟传感网络的创建与提供过程,以及利用虚拟传感网路执行观测和测量任务的过程。
针对传感器网络有限的无线资源难以同时支持不同服务质量的多种业务(例如,优先考虑节能的业务和优先考虑吞吐量的业务等)的问题,本文提出了无线资源虚拟化的解决方案,使得无线资源能够根据不同的业务类型和用户进行分片,一方面提升了无线资源的利用效率,另一方面也满足了传感网络的节能需求。
针对在共享的物理传感器网络基础设施上以较低开销实现虚拟专用传感网络的问题,本文提出了链路虚拟化的解决方案。该方案给出了新的数据报头压缩方式以节省通信开销,并解决了虚拟专用传感网络中链路分割和路由分割的问题。