Оренбургский государственный университет

Разработка и исследование эффективных алгоритмов и моделей оптимизации работы виртуальных ЦОД на базе гетерогенной облачной платформы с применением технологии программно-конфигурируемых сетей

Проект № 16-37-60086мол_а_дк

Руководитель — канд. техн. наук Парфёнов Д.И.

В рамках проведения исследований по настоящему проекту выполнена систематизация и обобщение сведений о методах и подходах, применяемых для организации работы виртуальных центров обработки данных (ЦОД). Проведен анализ отечественных и зарубежных научных, технических и учебно-методических источников. На первом этапе выполнения НИР построен ансамбль математических и имитационных моделей, позволяющих получить наиболее полное представление об исследуемой структуре и принципах работы основных элементов виртуального ЦОД (модель программно-управляемой инфраструктуры виртуального ЦОД, модель классификации потоков данных программно-управляемой инфраструктуры виртуального ЦОД, модель сервис-ориентированного приложения, модель облачного ресурса, модель программно-управляемого масштабируемого хранилища данных). На основе разработанных моделей предложен метод оптимизации адаптивной маршрутизации сетевых коммуникаций облачных сервис-ориентированных приложений, основанный на пространственно-временном распределении и проактивном прогнозировании использования вычислительных ресурсов физических и виртуальных узлов в распределенной программно-управляемой инфраструктуре виртуального ЦОД. На втором этапе выполнения НИР предложенный метод реализован в виде группы адаптивных алгоритмических решений, позволяющих оптимизировать использование вычислительных ресурсов внутри виртуальных ЦОД. Для оценки эффективности разработанных алгоритмических решений, применяемых для организации доступа к сервис-ориентированным приложениям, расположенным в программно-управляемой инфраструктуре виртуального ЦОД, в рамках НИР решена задача разработки универсальной системы количественных и качественных оценок и метрик. Также был разработан план проведения вычислительных экспериментов, включающий в себя две итерации: с использованием симулятора программно-управляемой инфраструктуры виртуального ЦОД (программно-управляемая сетевая среда и гетерогенная облачная платформа, включающая в себя программно-конфигурируемые хранилища данных); с использованием реальной программно-управляемой инфраструктуры виртуального ЦОД. Проведенные в рамках второго этапа выполнения НИР вычислительные эксперименты позволили оценить эффективность предлагаемых решений и на основе собранных данных провести уточнение построенных ранее моделей, а также осуществить корректировку логики работы предлагаемых алгоритмических решений. На заключительном этапе НИР проведено проектирование и построение прототипа программно-управляемой инфраструктуры виртуального ЦОД, включающая разработку базовых модулей, реализующих функционал предложенных алгоритмических решений. Кроме того, проведена апробация и экспериментальное исследование разработанных программно-алгоритмических решений на базе реальной площадки с виртуальным ЦОД. Сопоставление результатов, полученных с помощью реальной программно-управляемой инфраструктуры виртуального ЦОД, а также с использованием симулятора показали незначительное отклонения в оценке эффективности предлагаемых программно-алгоритмических решений, применяемых для организации доступа к сервис-ориентированным приложениям, расположенным в программно-управляемой инфраструктуре виртуального ЦОД. Таким образом, в настоящем исследовании предложено комплексное ИТ-решение, основанное на ансамбле математических моделей и эффективных алгоритмов, реализованных в виде программных модулей, позволяющих усовершенствовать механизмы работы программно-управляемой инфраструктуры виртуального ЦОД. Разработанное в рамках исследования программное средство позволяет улучшить один из ключевых показателей, влияющих на качество обслуживания в сети ЦОД — время отклика на 25 %. В сравнении с известными техническими решениями предлагаемый комплекс обладает меньшей ресурсоемкостью, что также снижает накладные расходы на сетевую и вычислительную инфраструктуру.

В результате реализации НИР опубликованы 53 печатные работы, включая 7 статей в рецензируемых журналах, индексируемых в Web of Science, 9 статей в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК, 29 статей в журналах и сборниках международных научных конференций, индексируемых в Scopus, 14 статей в журналах и сборниках международных и всероссийских научных конференций, индексируемых в РИНЦ.