Разработка и исследование эффективных методов и алгоритмов организации облачных вычислений с учетом особенностей и возможностей современной программно-конфигурируемой инфраструктуры (SDI)
Проект № 16-07-01004
Руководитель — д-р техн. наук, профессор Болодурина И.П.
В ходе выполнения настоящей НИР проведена разработка математических моделей, методов и эффективных алгоритмов, а также программных решений, направленных на решение фундаментальной научной проблемы повышения эффективности технологии облачных вычислений. На первом этапе выполнения проекта разработан ансамбль моделей, позволяющий достаточно полно описать статические и динамические параметры современных распределенных гетерогенных облачных платформ, в том числе характеристики облачных приложений и сервисов. Уникальность разработанного решения заключается в учете всех серверов, виртуальных машин, граничных шлюзов, коммутаторов OpenFlow, контроллеров OpenFlow, контроллеров, систем хранения данных, точек входа в VPN и VXLAN туннелей. Для исследования предлагаемых решений в рамках НИР реализована имитационная модель гетерогенной облачной платформы. Она позволяет задавать законы распределения случайных величин для потоков заявок пользователей различных типов, а также исследовать процессы запуска работы облачных приложений и сервисов. Оригинальность построенной модели заключается в том, что она учитывает оценку передаваемых объемов данных и требованиями к QoS. Также в рамках реализации первого этапа НИР разработаны методы адаптивной маршрутизации сетевых коммуникаций облачных сервисов и приложений, обеспечивающих проактивную прокладку необходимых маршрутов передачи данных одновременно с обеспечением для них параметров качества обслуживания. Разработанные методы позволяют модифицировать традиционные алгоритмы маршрутизации потоков данных и подходы к обеспечению QoS для программно-конфигурируемой сети на основе генетического алгоритма. Новизна методов заключается в адаптивности алгоритма — изменении ранее проложенных маршрутов передачи данных в случае возникновения нарушений требуемых параметров QoS или миграции используемых облачных ресурсов.
На втором этапе выполнения НИР построенные методы и модели положены в основу интеллектуальных алгоритмических решений, оптимизирующих использование ресурсов программно-конфигурируемой инфраструктуры гетерогенной облачной платформы. Базовым элементом, входящим в предлагаемый комплекс решений, является адаптивный алгоритм планирования размещения виртуальных машин, облачных сервисов и приложений. Ключевой особенностью предлагаемого решения является использование гибридного способа, позволяющего размещать набор контейнеров внутри виртуальной машины, обеспечивая тем самым компактное размещение всех требуемых приложению ресурсов. На втором этапе выполнения НИР также решена задача алгоритмизации планирования размещения и организации доступа к данным облачных сервисов и приложений. Предлагаемый в НИР подход позволяет в процессе работы более эффективно обрабатывать запросы пользователей к наиболее востребованным данным, а проводимый статистический анализ потоков трафика внутри гетерогенной облачной платформы позволяет распределять нагрузку между вычислительными узлами, отвечающими за хранение информации. Для оценки эффективности перечисленных алгоритмических решений в рамках НИР решена задача разработки универсальной системы количественных и качественных оценок и метрик, в основу которой положены базовые параметры, учитываемые при формировании Service Level Agreement (SLA). Такой подход позволил стандартизировать метрики, применяемые для оценки эффективности существующих на рынке и предлагаемых в настоящем НИР решений. В рамках настоящей НИР на третьем этапе разработан ряд программных модулей, реализующих функционал предлагаемых алгоритмических решений. Проведенное исследование разработанных алгоритмов с использованием симулятора и реальной гетерогенной облачной платформы подтвердили эффективность предлагаемых в рамках НИР решений. Так, разработанные алгоритмические решения позволяют сократить время отклика приложений и сервисов на 15–20 % относительно традиционных алгоритмов, применяемых в протоколе OpenFlow. В сравнении с известными техническими решениями предлагаемый комплекс обладает меньшей ресурсоемкостью, что также снижает накладные расходы на сетевую и вычислительную инфраструктуру.
За весь период реализации проекта опубликованно 72 печатные работы, включая 11 в журналах, входящих в перечень ВАК, 20 в изданиях, индексируемых Web of Science и Scopus, 60 статей в журналах и сборниках международных и всероссийских научных конференций, индексируемых в РИНЦ.
Последнее обновление: 22.01.2019
Ответственный за информацию:
Лисицкий Иван Иванович, помощник проректора по научной работе
(тел.91-22-07)
