專利名稱：基于虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化的再映射方法
技術領域：
本發(fā)明涉及互聯(lián)網(wǎng)技術領域，特別涉及一種基于虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化的再映射方法。
背景技術：
網(wǎng)絡虛擬化以其在網(wǎng)絡的運營、部署及演進等各方面的優(yōu)勢，得到了研究界和業(yè)界的高度重視。網(wǎng)絡虛擬化技術通過構建大規(guī)模實驗平臺，可以支持不同類型的并行網(wǎng)絡實驗，從而為支持不同體系結構和服務的網(wǎng)絡創(chuàng)新實驗提供了較好的解決方案。近幾年來，網(wǎng)絡虛擬化這一關鍵技術已被廣泛運用于未來網(wǎng)絡研究計劃中的網(wǎng)絡創(chuàng)新實驗基礎設施建設，包括美國的全球網(wǎng)絡創(chuàng)新環(huán)境GENI計劃(GlcAal Environment for Network Innovations，全球網(wǎng)絡創(chuàng)新環(huán)境)、歐盟的 FIRE (Future Internet Research and Experimentation,未來互聯(lián)網(wǎng)研究和試驗)項目及日本的未來網(wǎng)絡研究AKARI計劃(AKARI 意為“黑暗中指向未來的一絲燈光”，日本的網(wǎng)絡研究計劃)。網(wǎng)絡虛擬化，即在一個共享的物理平臺上，通過虛擬化技術，將網(wǎng)絡中節(jié)點資源 (計算資源、轉發(fā)資源等)和鏈路資源(帶寬)細粒度分割成虛擬資源，進而基于此進行分配和利用，組成多個相互隔離的并行可編程虛擬子網(wǎng)。由于物理資源的稀缺，虛擬資源的調度和管理成為網(wǎng)絡虛擬化的一個重要問題。具體而言，該問題涉及虛擬資源的初始化和動態(tài)調度兩個方面初始化指在建立虛擬網(wǎng)絡的過程中，根據(jù)具體的資源需求，預分配相關的節(jié)點資源和鏈路資源，即虛擬網(wǎng)絡映射問題；動態(tài)調度則是指在管理虛擬網(wǎng)絡的過程中，各個虛擬網(wǎng)絡的資源需求可能動態(tài)變化，初始的虛擬網(wǎng)絡映射結果無法滿足動態(tài)需求，此時需要在各個虛擬網(wǎng)絡之間重新分配各種物理資源，即虛擬網(wǎng)絡再映射問題?；诠蚕淼奈锢砥脚_，虛擬網(wǎng)絡映射問題考慮如何為虛擬拓撲中的虛擬節(jié)點、虛擬鏈路尋找合適的物理節(jié)點、物理鏈路，進而形成一個物理拓撲作為映射結果。當然，在映射的過程中需要考慮各種約束條件，比如虛擬節(jié)點的計算資源要求、虛擬鏈路的帶寬或者延時要求、拓撲要求等等。研究人員已經(jīng)證明，帶有虛擬節(jié)點、虛擬鏈路資源約束的虛擬網(wǎng)絡映射問題是NP難的。即使假設虛擬節(jié)點的映射已經(jīng)完成，繼續(xù)完成虛擬鏈路的映射還是 NP難問題。因此，虛擬網(wǎng)絡映射問題的研究主要采取啟發(fā)式方法的思路。下面，簡單總結已有映射方法的特征(1) 一些方法為了簡化映射問題，對虛擬網(wǎng)絡的映射過程提出了額外的假設考慮特定的虛擬網(wǎng)絡拓撲結構映射，比如星形拓撲；考慮靜態(tài)的映射過程，即需要映射的虛擬網(wǎng)絡均為已知的；考慮節(jié)點資源充足或者鏈路資源充足條件下，只研究虛擬鏈路或者虛擬節(jié)點的映射過程。上述假設降低了映射問題的難度，雖然提出了資源有效的啟發(fā)式方法，但是也局限了上述方法的可應用范圍。在網(wǎng)絡虛擬化環(huán)境中，尤其是在基于虛擬化的網(wǎng)絡實驗平臺中，物理網(wǎng)絡的資源是有限的，虛擬網(wǎng)絡的到來是動態(tài)過程，虛擬網(wǎng)絡的拓撲是隨機的，因此上述方法都無法描述真實的網(wǎng)絡虛擬化環(huán)境。
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(2)現(xiàn)有方法在處理映射問題時有兩種思路第一種是把映射過程分為兩個階段，先進行節(jié)點映射，再進行鏈路映射，這就將完整的映射問題割裂成兩個子問題，而兩個子問題之間有很強的相關性，互相依賴；第二種是聯(lián)合考慮節(jié)點映射和鏈路映射。在將節(jié)點映射和鏈路映射分開考慮時，大多數(shù)方法首先采取貪婪算法來孤立地進行節(jié)點映射，然后在各個節(jié)點間進行鏈路映射，一般采取最短路徑等算法。雖然聯(lián)合考慮節(jié)點映射和鏈路映射使得整個處理過程更加復雜，但是基于最優(yōu)化目標，能夠使得映射結果有更好的最優(yōu)化程度。(3)現(xiàn)有方法均考慮虛擬網(wǎng)絡的初始化映射問題，即根據(jù)虛擬網(wǎng)絡建立時的資源需求分配物理節(jié)點、鏈路，在映射過程完成之后，假設物理網(wǎng)絡、虛擬網(wǎng)絡資源需求都保持不變?？傊F(xiàn)有研究都沒有考慮如果虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化，導致原有映射結果無法滿足新的虛擬網(wǎng)絡需求時的虛擬網(wǎng)絡再映射問題。在基于虛擬化的網(wǎng)絡實驗平臺中，每個虛擬網(wǎng)絡即為一個獨立的實驗。在實驗的過程中，用戶可能根據(jù)實際需要來更改實驗內容，導致虛擬網(wǎng)絡資源需求發(fā)生變化實驗規(guī)模的擴大，需要新增虛擬節(jié)點、虛擬鏈路，使得虛擬拓撲發(fā)生變化；實驗已分配的節(jié)點、鏈路上的資源需求變化，需要改變虛擬節(jié)點、虛擬鏈路的資源約束。這兩種情況都有可能導致已有的映射結果不能滿足新需求，需要將部分虛擬節(jié)點、虛擬鏈路進行再映射。因此，研究基于虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化的再映射方法，有非常重要的理論價值和實際價值。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是如何提供一種基于虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化的再映射方法，以便從單個虛擬網(wǎng)絡的角度來最小化再映射過程的整體資源消耗。(二)技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種基于虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化的再映射方法，其包括步驟SlOO 建立物理網(wǎng)絡模型、虛擬網(wǎng)絡模型和物理網(wǎng)絡可用資源模型，并根據(jù)所述物理網(wǎng)絡模型和虛擬網(wǎng)絡模型建立原有虛擬網(wǎng)絡映射模型；S200 根據(jù)所述物理網(wǎng)絡模型和所述原有虛擬網(wǎng)絡映射模型確定可用的物理網(wǎng)絡資源；S300 針對虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化，明確需要再映射的虛擬節(jié)點和虛擬鏈路， 確定所述需要再映射的虛擬節(jié)點參加再映射過程的順序；S400 判斷是否所述需要再映射的虛擬節(jié)點都已經(jīng)完成再映射，如果是，結束再映射過程，否則，按照所述順序選定當前需要再映射的虛擬節(jié)點后執(zhí)行S500 ；S500:針對所述當前需要再映射的虛擬節(jié)點，根據(jù)所述物理網(wǎng)絡可用資源模型從所述可用的物理網(wǎng)絡資源中確定候選的物理節(jié)點集合，根據(jù)映射代價最小化原則從所述候選的物理節(jié)點集合中選擇最優(yōu)的物理節(jié)點，完成節(jié)點映射和鏈路映射，更新所述可用的物理網(wǎng)絡資源，執(zhí)行S400。優(yōu)選地，所述步驟SlOO中，通過將物理網(wǎng)絡抽象為一個帶權重的第一無向圖Gs =
5(Ns, Es)建立所述物理網(wǎng)絡模型，其中，Ns是所有物理節(jié)點的集合，Es是所有物理鏈路的集
I=I O優(yōu)選地，所述步驟SlOO中，通過將虛擬網(wǎng)絡抽象為一個帶權重的第二無向圖Gv = (Nv, Ev)建立所述虛擬網(wǎng)絡模型，其中，Nv是所有虛擬節(jié)點的集合，Ev是所有虛擬鏈路的集
I=I ο優(yōu)選地，所述步驟SlOO中，建立所述物理網(wǎng)絡可用資源模型具體包括，使用、(ns) 表示物理節(jié)點ns上的剩余CPU資源，使用表示物理鏈路es上的剩余帶寬資源，并且所述Sn (ns)和Se (es)滿足下面公式
權利要求
1.一種基于虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化的再映射方法，其特征在于，包括步驟SlOO 建立物理網(wǎng)絡模型、虛擬網(wǎng)絡模型和物理網(wǎng)絡可用資源模型，并根據(jù)所述物理網(wǎng)絡模型和虛擬網(wǎng)絡模型建立原有虛擬網(wǎng)絡映射模型；S200:根據(jù)所述物理網(wǎng)絡模型和所述原有虛擬網(wǎng)絡映射模型確定可用的物理網(wǎng)絡資源；S300 針對虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化，明確需要再映射的虛擬節(jié)點和虛擬鏈路，確定所述需要再映射的虛擬節(jié)點參加再映射過程的順序；S400 判斷是否所述需要再映射的虛擬節(jié)點都已經(jīng)完成再映射，如果是，結束再映射過程，否則，按照所述順序選定當前需要再映射的虛擬節(jié)點后執(zhí)行S500 ；S500:針對所述當前需要再映射的虛擬節(jié)點，根據(jù)所述物理網(wǎng)絡可用資源模型從所述可用的物理網(wǎng)絡資源中確定候選的物理節(jié)點集合，根據(jù)映射代價最小化原則從所述候選的物理節(jié)點集合中選擇最優(yōu)的物理節(jié)點，完成節(jié)點映射和鏈路映射，更新所述可用的物理網(wǎng)絡資源，執(zhí)行S400。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SlOO中，通過將物理網(wǎng)絡抽象為一個帶權重的第一無向圖Gs= (NS,ES)建立所述物理網(wǎng)絡模型，其中，Ns是所有物理節(jié)點的集合，Es是所有物理鏈路的集合。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SlOO中，通過將虛擬網(wǎng)絡抽象為一個帶權重的第二無向圖Gv= (NV,EV)建立所述虛擬網(wǎng)絡模型，其中，Nv是所有虛擬節(jié)點的集合，Ev是所有虛擬鏈路的集合。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SlOO中，建立所述物理網(wǎng)絡可用資源模型具體包括，使用、(ns)表示物理節(jié)點ns上的剩余CPU資源，使用表示物理鏈路es上的剩余帶寬資源，并且所述、(ns)和滿足下面公式SN(ns) = c(ns)~ Σ c(nV)Mnv ^nsSE(es) = b(es)- Σ KeV)其中，c(ns)表示物理節(jié)點1^的CPU資源，nv表示建立在物理節(jié)點1^上的虛擬節(jié)點， W/ T ^表示對于所有建立在物理節(jié)點ns上的虛擬節(jié)點nv，c(nv)表示虛擬節(jié)點nv的CPU 資源需求；b(es)表示物理鏈路es的帶寬資源，ev表示建立在物理鏈路#上的虛擬鏈路，VZ^e5 表示對于所有建立在物理鏈路es上的虛擬鏈路ev，b(ev)表示虛擬鏈路ev的帶寬需求。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SlOO中，建立所述原有虛擬網(wǎng)絡映射模型是指，建立虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化前的虛擬網(wǎng)絡模型Gf與所述物理網(wǎng)絡模型中物理節(jié)點和物理鏈路的映射關系M1: Gf 4，其中，表示所述物理網(wǎng)絡模型中物理節(jié)點集合的子集，五/表示所述物理網(wǎng)絡模型中物理鏈路集合的子集。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S200中，所述可用的物理網(wǎng)絡資源為，所述物理網(wǎng)絡模型中未被所述原有虛擬網(wǎng)絡映射模型占用的物理節(jié)點和物理鏈路。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S200中，通過從所述物理網(wǎng)絡模型中去除被所述原有虛擬網(wǎng)絡映射模型占用的物理節(jié)點和物理鏈路，以確定所述可用的物理網(wǎng)絡資源。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S300中，所述需要再映射的虛擬節(jié)點包括虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化后新增的虛擬節(jié)點和CPU資源需求增加的原有虛擬節(jié)點；所述需要再映射的虛擬鏈路包括虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化后新增的虛擬鏈路和帶寬需求增加的原有虛擬鏈路。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S300中，按照與所述虛擬節(jié)點連接的虛擬鏈路的數(shù)量從多到少的順序，確定所述需要再映射的虛擬節(jié)點參加再映射過程的順序。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S500中，通過從所述可用的物理網(wǎng)絡資源中去除所述節(jié)點映射所對應的物理節(jié)點以及所述鏈路映射所對應的物理鏈路，更新所述可用的物理網(wǎng)絡資源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化的再映射方法，涉及互聯(lián)網(wǎng)技術領域。所述方法包括步驟建立物理網(wǎng)絡模型、虛擬網(wǎng)絡模型和物理網(wǎng)絡可用資源模型，并根據(jù)所述物理網(wǎng)絡模型和虛擬網(wǎng)絡模型建立原有虛擬網(wǎng)絡映射模型；根據(jù)所述物理網(wǎng)絡模型和所述原有虛擬網(wǎng)絡映射模型確定可用的物理網(wǎng)絡資源；針對虛擬網(wǎng)絡資源需求動態(tài)變化，明確需要再映射的虛擬節(jié)點和虛擬鏈路，確定所述需要再映射的虛擬節(jié)點參加再映射過程的順序；按照順序，對所述需要再映射的虛擬節(jié)點完成節(jié)點映射和相應的鏈路映射，更新所述可用的物理網(wǎng)絡資源。本發(fā)方法以最小化資源消耗為優(yōu)化目標，使得每個虛擬網(wǎng)絡在再映明過程中資源代價最小化，符合實際情況。
文檔編號H04L12/46GK102223281SQ20111017366
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權日2011年6月24日
發(fā)明者周燁, 曾烈光, 李勇, 蘇厲, 金德鵬 申請人:清華大學