一種基于反饋控制的高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于反饋控制的高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種虛擬網(wǎng)絡(luò)控制方法，特別涉及一種基于反饋控制的高效節(jié)能虛擬 網(wǎng)絡(luò)映射方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 隨著電力成本不斷上漲和人們生態(tài)意識(shí)的提高，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)意識(shí)到能耗管理 的重要性，減少能耗已成為亟待解決的問(wèn)題。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)為高峰負(fù)荷而設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)資源超量供 給確保了網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，然而也導(dǎo)致資源利用率低下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大型ISP骨干網(wǎng)的平均鏈 路利用率大約30-40 %，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的平均利用率為11 %~50 %。過(guò)低的利用率造成 了巨大的電能浪費(fèi)，促使綠色網(wǎng)絡(luò)研宄的興起，網(wǎng)絡(luò)能耗問(wèn)題成為研宄熱點(diǎn)。
[0003] 網(wǎng)絡(luò)虛擬化，是未來(lái)因特網(wǎng)、云計(jì)算和軟件定義網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)。其通過(guò)整合網(wǎng)絡(luò) 基礎(chǔ)設(shè)施資源，能夠合理有效地使用能量，使得智能能量感知網(wǎng)絡(luò)部署成為可能。虛擬網(wǎng)絡(luò) 映射是網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化的關(guān)鍵問(wèn)題。當(dāng)前大部分映射算法是基于代價(jià)的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射，即 以最小化底層資源代價(jià)映射虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，以此獲得更多的底層物理資源，進(jìn)而提高虛擬 網(wǎng)絡(luò)接收率與系統(tǒng)收益。然而，由于虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，而底層物理網(wǎng)絡(luò)根 據(jù)流量峰值設(shè)計(jì)，基于代價(jià)的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射必然帶來(lái)不必要的能耗。以節(jié)能為目標(biāo)的虛擬 網(wǎng)絡(luò)化映射應(yīng)在滿足當(dāng)前虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的前提下最小化能耗。由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)流量負(fù) 荷的功耗不敏感，因此在不影響虛擬網(wǎng)絡(luò)映射性能的情況下盡可能多關(guān)閉或休眠網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 和鏈路是節(jié)能的有效方法。
[0004] 當(dāng)前基于能量感知的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射通過(guò)修改虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法，使得虛擬網(wǎng)絡(luò)盡 可能映射到活動(dòng)的節(jié)點(diǎn)和鏈路，以達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能目的。如：已有通過(guò)減少物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量 分配虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求集合，提出混合整數(shù)規(guī)劃的能量感知最優(yōu)化模型，但是時(shí)間復(fù)雜度呈指 數(shù)增長(zhǎng)，難以適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射；已有考慮到機(jī)箱能耗比路由能耗 低的特點(diǎn)，提出擴(kuò)展流量到網(wǎng)絡(luò)資源的節(jié)能方法，但是適合對(duì)負(fù)載敏感的設(shè)備；已有提出虛 擬網(wǎng)絡(luò)重配置的最小化能耗的啟發(fā)式方法；北京郵電大學(xué)的蘇森等提出虛擬網(wǎng)絡(luò)映射能耗 模型以及能量感知兩階段映射算法；北方交通大學(xué)的常曉林、王冰等提出混合整數(shù)規(guī)劃能 耗模型及能量感知兩階段映射算法，已有在云數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用蟻群優(yōu)化算法求解虛擬網(wǎng)絡(luò) 節(jié)能映射?？梢?jiàn)目前相關(guān)節(jié)能感知映射算法是通過(guò)修改虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法，被動(dòng)地尋找有 效的底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和鏈路集合，易受到虛擬網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特征帶來(lái)的干擾。
[0005] 虛擬網(wǎng)絡(luò)分配可如下模型化：建立從Gv到G 3某一子集的映射M V，即
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于反饋控制的高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法，其特征在于：其具體步驟如下： A) 建立虛擬網(wǎng)絡(luò)分配模型： 底層網(wǎng)絡(luò)：建立無(wú)向圖
，其中Ns為底層節(jié)點(diǎn)集合，LsS底層鏈 路集合，^為底層節(jié)點(diǎn)屬性集合，Cf為底層鏈路屬性集合，所述的底層節(jié)點(diǎn)屬性為各底層 節(jié)點(diǎn)的CPU資源，所述的底層鏈路屬性為各底層節(jié)點(diǎn)的帶寬資源； 虛擬網(wǎng)絡(luò)：建立無(wú)向圖
其中Nv為虛擬節(jié)點(diǎn)集合，Lv為虛擬鏈 路集合，^為虛擬節(jié)點(diǎn)屬性集合，Cf為虛擬鏈路屬性集合，所述的虛擬節(jié)點(diǎn)屬性為各虛擬 節(jié)點(diǎn)的CPU資源，所述的虛擬鏈路屬性為各虛擬節(jié)點(diǎn)的帶寬資源； 虛擬網(wǎng)絡(luò)分配標(biāo)記：設(shè)LNum為當(dāng)前與虛擬網(wǎng)絡(luò)連接的底層鏈路的個(gè)數(shù)，即當(dāng)前底層網(wǎng) 絡(luò)中成功分配的虛擬網(wǎng)絡(luò)數(shù)量，其初始值為〇 ; B) 設(shè)定虛擬網(wǎng)絡(luò)分配方法的初始值：記錄每個(gè)底層節(jié)點(diǎn)的度，將每個(gè)底層節(jié)點(diǎn)和每條 底層鏈路的映射狀態(tài)均設(shè)定為可映射，等待虛擬網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求； C) 挑選底層節(jié)點(diǎn)：底層網(wǎng)絡(luò)收到虛擬網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求后，判斷當(dāng)前底層鏈路是否均已連 接，即LNum大于或等于底層鏈路的總數(shù)量，如果存在未連接的底層鏈路，則遍歷所有可映 射的底層節(jié)點(diǎn)，以尋找度最少的底層節(jié)點(diǎn)u，如果成功，則轉(zhuǎn)至步驟D);如果沒(méi)有找到，則轉(zhuǎn) 至步驟E);如果不存在未連接的底層鏈路，則轉(zhuǎn)至步驟G); D) 挑選底層鏈路：遍歷底層節(jié)點(diǎn)u所在的所有底層鏈路，并判斷檢查該底層鏈路是否 穩(wěn)定，如果穩(wěn)定，則將該底層鏈路的映射狀態(tài)設(shè)為不可映射，并轉(zhuǎn)至步驟F);如果不穩(wěn)定， 則放棄該底層鏈路，并將該底層鏈路的映射狀態(tài)設(shè)為不可映射；如果遍歷之后并沒(méi)有穩(wěn)定 的底層鏈路，則將底層節(jié)點(diǎn)的映射狀態(tài)設(shè)為不可映射，重新回轉(zhuǎn)至步驟C); E) 底層節(jié)點(diǎn)分配失?。悍祷?zé)o法找到適合的底層節(jié)點(diǎn)信息，并轉(zhuǎn)至步驟J); F) 虛擬網(wǎng)絡(luò)分配：將穩(wěn)定的底層鏈路與虛擬網(wǎng)絡(luò)連接，并將虛擬網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)映射狀態(tài) 和鏈路映射狀態(tài)更改為已映射，返回虛擬網(wǎng)絡(luò)分配成功，LNum加1，等待虛擬網(wǎng)絡(luò)離開(kāi)，并 同時(shí)處理下一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，即回轉(zhuǎn)至步驟C); G) 底層鏈路分配失?。悍祷禺?dāng)前底層網(wǎng)絡(luò)忙的信息，并轉(zhuǎn)至步驟J); H) 更新底層網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)：檢查當(dāng)前虛擬網(wǎng)絡(luò)的映射情況，如果虛擬網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)映射狀態(tài) 和鏈路映射狀態(tài)均為未映射，則結(jié)束底層鏈路與虛擬網(wǎng)絡(luò)的連接，LNum減1，轉(zhuǎn)至步驟I); I) 完成虛擬網(wǎng)絡(luò)分配：釋放分配給虛擬網(wǎng)絡(luò)的CPU資源，完成當(dāng)前虛擬網(wǎng)絡(luò)的連接，并 處理下一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求，直至所有底層鏈路均斷開(kāi)與虛擬網(wǎng)絡(luò)的連接； J) 虛擬網(wǎng)絡(luò)分配失?。悍祷禺?dāng)前虛擬網(wǎng)絡(luò)無(wú)法分配的信息，結(jié)束虛擬網(wǎng)絡(luò)分配。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于反饋控制的高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法，其特征在 于：所述的步驟D)還包括如下具體步驟： D1)尋找到u所在的一條底層鏈路luv，將該底層鏈路1^的映射狀態(tài)更改為不可映射， 并調(diào)用另一個(gè)底層端點(diǎn)v，將底層節(jié)點(diǎn)u和v的度各減一，如果此時(shí)u的度小于或等于0,則 轉(zhuǎn)至步驟D2);如果v的度小于或等于0,則轉(zhuǎn)至步驟D3);如果u和v的度都大于0,則判定 luv穩(wěn)定，轉(zhuǎn)至步驟F); D2)將u的映射狀態(tài)更改為不可映射，判定該底層節(jié)點(diǎn)u不具有穩(wěn)定的底層鏈路，重新 回轉(zhuǎn)至步驟c); D3)將v的映射狀態(tài)更改為不可映射，判定該底層鏈路luv不穩(wěn)定，放棄1 uv，重新尋找底 層鏈路，回轉(zhuǎn)至步驟D1)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明適用于虛擬網(wǎng)絡(luò)控制方法的技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于反饋控制的高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法，其具體步驟為：建立虛擬網(wǎng)絡(luò)分配模型、設(shè)定虛擬網(wǎng)絡(luò)分配方法的初始值、挑選底層節(jié)點(diǎn)、挑選底層鏈路、虛擬網(wǎng)絡(luò)分配、更新底層網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及完成虛擬網(wǎng)絡(luò)分配。本發(fā)明提供的一種基于反饋控制的高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法，夠根據(jù)虛擬網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)映射特點(diǎn)，將虛擬網(wǎng)絡(luò)的分配范圍限定在底層節(jié)點(diǎn)的層次，并能夠動(dòng)態(tài)地逐步增大虛擬網(wǎng)絡(luò)的分配范圍，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)分配能耗最優(yōu)，大大降低節(jié)點(diǎn)映射能耗代價(jià)，保證了虛擬網(wǎng)絡(luò)離開(kāi)時(shí)CPU資源量能夠及時(shí)釋放，提高了CPU利用率，從而顯著提高虛擬網(wǎng)絡(luò)的分配速率，尤其適合大規(guī)模虛擬網(wǎng)絡(luò)映射場(chǎng)景。
【IPC分類(lèi)】H04L12-917, H04L12-46
【公開(kāi)號(hào)】CN104780125
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510161067
【發(fā)明人】蔣云良, 李春芝, 陳曉華, 申情
【申請(qǐng)人】湖州師范學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月8日