软件定义数据中心网络中的虚拟化计算与网络集成：一种节能方案

《IEEE Transactions on Network Science and Engineering》：Virtualized Computing and Network Integration in Software-Defined Data Center Networks: An Energy-Efficient Approach

数据中心能耗问题，提出基于SDN的框架联合管理计算与网络资源，将虚拟机调度建模为二维背包问题并设计IGWO-VMP算法，结合0-1背包模型优化网络资源，实验表明能耗降低10.23%，DEER算法效果最佳。

　　

摘要：

随着集成计算-网络数据中心的迅速扩张，能源消耗也随之增加，这带来了重大的可持续性挑战。随着人们对碳峰值和碳中和的关注日益增加，传统的资源管理策略已经无法满足现代云计算数据中心的绿色、低碳要求。为应对这一挑战，本文提出了一种能效高的数据中心网络框架，该框架由软件定义网络（SDN）控制器、协调器和OpenStack组成，共同监控和管理计算和网络资源。虚拟计算资源管理模型被证明是一个二维装箱问题，旨在同时实现降低能源消耗和提高资源利用效率的双重目标。为了降低计算复杂度，我们提出了一种基于改进灰狼优化（IGWO-VMP）的虚拟机部署算法。对于网络资源管理，我们基于0-1背包问题构建了一个能效模型。利用SDN技术，我们提出了动态能效路由（DEER）算法。大量实验结果表明，与传统方法相比，IGWO-VMP算法的平均能源消耗降低了10.23%。DEER算法具有最低的能源消耗和最高的节能百分比。

引言

由于云计算、大数据及相关技术的进步，集成计算-网络数据中心的迅速扩张导致了能源消耗的显著增加[1]、[2]。到2021年，全球云计算市场规模已增长至2654亿美元，能源消耗超过了600太瓦时[3]。在全球推动碳峰值和碳中和的背景下，数据中心向可持续、低碳的运营模式转型迫在眉睫。为了实现这一目标，需要优化集成计算和网络基础设施中的资源管理，以确保在最小化资源消耗和运营成本的同时提供高质量的服务[4]。鉴于数据中心内通信、存储和计算资源之间的相互依赖性，任何一个领域的效率低下都可能严重影响整体性能。因此，精细化的资源管理解决方案对于推动能效高、效率高且可回收的集成计算-网络数据中心的发展至关重要。