基于OPENSTACK的天线仿真云平台构建及其资源调度算法优化

摘要

随着天线仿真技术的发展和智能天线的普及，高校、中小企业等研究机构对计算机软硬件等基础设施的需求随之快速增长，频繁的设备更新和相对独立的软、硬件运行模式，导致了天线仿真的成本逐年攀升。随着云计算和虚拟化技术的兴起，可以将天线仿真与云计算技术相结合，打破制约天线仿真技术发展的瓶颈。在高校或中小企业建设实验室环境下的天线仿真云平台，不仅能够使计算机软硬件资源得到合理利用，而且可以极大地方便科研人员的实践活动，有效提升科研效率。
　　本文首先介绍了几种主流的IaaS云平台，并选择了被业界广泛接受的OpenStack技术构建了天线仿真云平台，创建了天线仿真云平台必备的仿真环境模板文件和云主机类型，为用户提供了按需使用的仿真环境和计算机硬件的服务;然后深入研究了OpenStack的整体架构和核心组件，结合OpenStack源码，对OpenStack的初始虚拟机分配模块、虚拟机动态迁移模块进行了深入地分析，阐述了其工作原理，并指出其中存在的不足之处;最后，针对OpenStack原生资源调度策略存在的缺陷，分别提出了多目标蚁群优化算法和虚拟机动态迁移多目标优化算法。
　　利用多目标蚁群优化算法对虚拟机初始放置策略进行改进，通过信息素的持续更新快速地获取到最优解，从而为新建的虚拟机找到最佳的放置位置。仿真结果表明，该算法既可以保证良好的服务性能，又能够降低资源负载及电量损耗，确保数据中心达到一个良好的运行状态。
　　利用虚拟机动态迁移多目标优化算法对OpenStack虚拟机的动态迁移策略进行改进。设计了二分上整延时法及时间预测法确定迁移时机，利用多目标优化算法选取恰当的目标物理主机，设计了基于概率的选择算法用以规避虚拟机的群聚效应。CloudSim仿真结果表明，这一整套虚拟机资源动态调度方法能够胜任对资源进行实时调度的工作，同时能够优化数据中心的性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外发展趋势与研究现状

1．3 课题研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 云计算相关理论及技术介绍

2．1 云计算概述

2．1．1 云计算的定义

2．1．2 云计算的分类

2．2 虚拟化技术

2．2．1 虚拟化技术的分类

2．2．2 服务器虚拟化技术

2．2．3 虚拟化与云计算的关系

2．3 主流IaaS开源云平台简介

2．4 OpenStack概述

2．4．1 OpenStack技术简介

2．4．2 OpenStack的核心组件

2．5 本章小结

第三章 天线仿真云平台的构建

3．1 天线仿真云平台简介

3．2 构建天线仿真云平台

3．2．1 部署OpenStack

3．2．2 创建／上传天线仿真环境模板

3．2．3 创建云主机类型

3．3 “天线仿真云”功能模块的设计与实现

3．3．1 登录注册模块

3．3．2 仿真环境管理模块

3．3．3 用户管理模块

3．3．4 云主机管理模块

3．4 天线仿真云平台测试

3．4．1 测试的软硬件环境

3．4．2 功能测试

3．4．3 系统测试

3．5 本章小结

第四章 OpenStack资源调度机制及优化问题研究

4．1 OpenStack虚拟机初始分配和动态迁移机制研究

4．1．1 OpenStack虚拟机初始分配机制

4．1．2 OpenStack虚拟机动态迁移机制

4．1．3 OpenStack虚拟机分配和动态迁移机制的缺陷

4．2 虚拟机初始放置优化问题研究

4．2．1 放置问题描述

4．2．2 目标和约束条件

4．2．3 虚拟机放置优化问题的提出

4．3 虚拟机动态迁移优化问题研究

4．3．1 放置问题描述

4．3．2 约束条件和目标

4．4 本章小结

第五章 OpenStack虚拟机资源调度策略优化

5．1 OpenStack虚拟机放置多目标蚁群优化算法

5．1．1 蚁群算法

5．1．2 多目标蚁群优化算法

5．1．3 算法流程

5．1．4 仿真实验设计与结果分析

5．2 OpenStack虚拟机动态迁移多目标优化调度算法

5．2．1 关键问题分析

5．2．2 算法流程

5．2．3 仿真实验设计与结果分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢