硬件和功能相绑定的特点使得传统网络静态僵化,难以满足当今社会发展的需求。近几年来,学术和产业界依托硬件虚拟化技术分别提出了不同的新型网络架构,旨在解决该问题。智慧协同网络是其中一种,由北京交通大学提出。在智慧协同网络中,组件被定义为完成数据转发、采集等功能的网络部件,分为物理组件和虚拟组件;族群被定义为提供完整网络功能的一类组件集合;族群编排被定义为一种创建、删除和管理族群的机制,它是智慧协同网络中的关键技术。本文设计并实现了一种族群编排机制,具有以下三个特点:(1)自动、灵活的编排;(2)提高资源利用率;(3)有效保证运行质量。本文主要工作包括以下方面:首先,设计并实现了一种族群自动编排框架。它可以在创建族群时根据功能需求自动感知计算族群拓扑、虚拟组件规格(CPU核数、内存和硬盘容量)和宿主物理组件等信息,同时还负责族群的删除和管理。族群自动编排框架包括API模块、匹配模块、调度模块、下发模块和反馈模块。其中,匹配模块和调度模块是核心。匹配模块利用模板库和匹配规则将功能需求解析成具体的族群拓扑和虚拟组件规格。调度模块协调匹配结果和物理资源,选择相对合适的族群拓扑和虚拟组件规格,然后结合基于实际负载的虚拟组件动态映射机制完成族群的部署。其次,设计并实现了一种基于实际负载的虚拟组件动态映射机制。它用来解决族群部署时虚拟组件的宿主物理组件选取问题,具体包括超量部署算法和重映射算法。超量部署算法利用虚拟组件实际运行负载低于资源申请量的特点,基于实际运行负载将虚拟组件部署在物理组件上,可以有效的提高资源利用率。重映射算法将负载过高的物理组件中的虚拟组件合理外迁,重新选择宿主物理组件,从而降低原宿主物理组件负载,保证组件的运行质量。再次,设计并实现了一种节能驱动的虚拟组件调度机制,简称节能调度机制。它用来在虚拟组件运行过程中节约能源。节能调度机制通过让虚拟组件在各个物理组件之间自动迁移,来协同分配各个物理组件的负载。当物理组件空载时,可以分时段关闭该物理组件,从而有效减少物理组件的实际开启数量,节约能源。此外,为了确保节约能源的同时不影响运行质量,节能调度机制在迁移虚拟组件时,会控制迁移目的物理组件的负载。最后,为了验证族群编排机制的特点,本文将其部署到基于OpenStack搭建的实际测试系统中,并且做了大量的验证和测试。最终结果表明族群编排机制可以自动、灵活的编排族群,并且可以提高资源利用率和保证运行质量。