一種混合虛擬網絡的跨域映射方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于互聯網通信技術領域，更為具體地講，涉及一種混合虛擬網絡的跨域 映射方法。
【背景技術】
[0002] 互聯網作為當今世界的信息獲取和交換的有效方式已經取得了巨大的成就。在過 去的幾十年中，網絡技術的不斷發(fā)展和互聯網應用多樣性的增加使得網絡生態(tài)環(huán)境越來越 好，并且證實了其價值。但是互聯網的快速發(fā)展也給網絡造成了很大的負擔，使得現有的網 絡架構不能很好的承載如此多的應用。而且由于網絡的多供應商特性，協調統(tǒng)一各個供應 商來對底層網絡結構做新的調整困難重重。因此，如今的網絡只能結構受多供應商的限制 只能進行緩慢而簡單的變化，不能進行大規(guī)?？焖俚母镄?。
[0003] 網絡虛擬化技術作為解決互聯網瓶頸問題的有效手段，近來受到學者和企業(yè)的廣 泛關注。網絡虛擬化技術容許在共享的網絡底層上部署異構的網絡應用而不需要更改網絡 底層架構。因此豐富了網絡應用，同時維護了現有網絡的整體架構。網絡虛擬化的本質就是 將底層物理網絡節(jié)點的計算資源和鏈路的帶寬資源通過抽象成可以動態(tài)分配的虛擬資源， 隔離的分配給各個網絡應用使得不同的虛擬網絡架構可以共享底層的物理網絡資源。網絡 虛擬化環(huán)境下資源具有如下特點以下特點：
[0004] (1)、異構性：網絡虛擬化環(huán)境中的虛擬資源種類繁多、功能各異，訪問配置方式、 本地管理系統(tǒng)操作、共享規(guī)則之間的區(qū)別很大。
[0005] (2)、分布性：虛擬資源分布在地里位置上的不同地方，隸屬于多個基礎設施供應 商。
[0006] (3)、自治性：基礎設施供應商作為虛擬資源的擁有者，對資源具有最高級的管理 權限，且具有自主的管理能力。
[0007] (4)、可擴展性：一方面，由于設施建設的需要，已有基礎設施提供商會增加新的網 絡設備資源，擴大網絡規(guī)模；另一方面，由于業(yè)務拓展的需求，虛擬網可能會需要將新的基 礎設施提供商包括到管理架構中來。
[0008] (5)、動態(tài)性：網絡虛擬化環(huán)境中，虛擬資源可以動態(tài)地加入或離開系統(tǒng)，資源的所 處位置、服務提供能力、負載等隨著時間的推移而動態(tài)變化，也有可能出現設備物理故障導 致資源不可訪問的情況。
[0009] 底層網絡資源的廣泛共享是網絡虛擬化的主要目的。因此虛擬網絡資源的映射是 網絡虛擬化技術的重點也是難點。虛擬資源映射算法作為網絡虛擬化技術的關鍵問題之 一，它實現了將用戶的虛擬網絡請求合理地映射至底層物理網絡的物理資源上的過程，其 中如何高效分配物理網絡資源以滿足各虛擬網絡的鏈路帶寬和節(jié)點性能要求，是虛擬網絡 映射問題的關鍵。
[0010] 在現有的網絡應用中，通信形式有單播、多播、廣播、混合虛擬網絡等形式。其中單 播和多播已在許多需要高QoS的實時性應用中被廣泛使用，然而在虛擬網絡中，現有的多 數虛擬資源映射算法僅對單播業(yè)務或者多播業(yè)務有效。單個的單播或多播映射算法并不適 用于混合虛擬網絡的情況，同時一個底層物理網絡供應商的資源有可能承載不了整個虛擬 網絡請求或者由于位置約束需要幾個物理網絡供應商合作部署虛擬網絡請求，因此需要進 行多域的考慮。

【發(fā)明內容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種混合虛擬網絡的跨域映射方 法，在一個已知的底層多域網絡和混合虛擬網絡HVN請求的情況下，找出一種滿足QoS，且 減小映射代價的映射方案。
[0012] 為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種基于HVNMMD-D算法的混合虛擬網絡跨域映射 方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0013] (1)、拆分 HVN 請求
[0014] 根據混合虛擬網絡中虛擬節(jié)點和虛擬鏈路的屬性，將HVN請求拆分成多播網絡請 求MVN和單播網絡請求UVN ;
[0015] (2)、多播網絡請求MVN的跨域映射
[0016] (2. 1)、估算MVN在每個物理域內的映射成本
[0017] (2. 1. 1)、估算多播根節(jié)點的域內映射成本
[0018] Cost (v - ns) = (cst (ns) + (MC-Con (ns))) *req (v) (1)
[0019] 其中，Con(ns)為物理節(jié)點ns的鄰接節(jié)點個數，MC為域內底層網絡所有節(jié)點中最 大的Con(ns)，req(v)為MVN根節(jié)點v所需資源數量，cst(ns)為物理節(jié)點n s的資源單價；
[0020] 根據公式（1)，選取成本最小的物理節(jié)點作為MVN根節(jié)點v的候選映射節(jié)點；
[0021] (2. 1. 2)、估算多播葉子節(jié)點的域內映射成本
[0026] 其中，cst(nk)為物理節(jié)點nk的資源單價，req(vj為多播葉子節(jié)點vj/f需資源數 量，Cost n k)為多播葉子節(jié)點vl^在物理節(jié)點n 的映射花費；
[0027] Γ為連接多播根節(jié)點v和多播葉子節(jié)點v 的虛擬鏈路，p為虛擬鏈路1 v在物理 網絡中的映射路徑，cSt(ls)為物理鏈路Γ的資源單價，req(l v)為虛擬鏈路所需資源， Cost (p)為虛擬鏈路Γ的映射成本；
[0028] 根據公式（2)，選取映射花費最小的物理節(jié)點ns作為MVN葉子節(jié)點^的候選映射 節(jié)點，對應節(jié)點間的路徑P為虛擬鏈路Γ的候選映射路徑；
[0029] (2. 2)、多播網絡請求MVN的跨域映射
[0030] (2. 2. 1)、對多播網絡構建全局視圖
[0031] 先初始化全局圖為空，再將各個域的候選節(jié)點和候選路徑添加到全局圖中，并根 據不同域內的候選節(jié)點按照虛擬網絡中的虛擬鏈路連接關系增加跨域候選路徑；
[0032] (2. 2. 2)、根據全局視圖進行最優(yōu)化建模
[0033] 優(yōu)化目標為：
[0035] 其中，ld為全局圖中的候選路徑，n d、1 d的兩個端點。x(n d)為二進制變量， 當候選節(jié)點nd被選取則為1，否則為0, y(ld)為二進制變量，當候選路徑ld被選取則為1， 否則為〇, cad(nd)為映射在^上的虛擬節(jié)點，cad(l d)為映射在]/上的虛擬鏈路，f(n d)為 候選節(jié)點的映射成本f(nd) =Cost(cad(nd) - nd)，f(ld)為候選路徑的映射成本f(ld)= Cost (ld)為多播虛擬節(jié)點，C為多播虛擬鏈路，為全局圖中的候選節(jié)點集合，為全 局圖中的候選路徑集合，為多播節(jié)點集合，為多播鏈路集合；
[0036] (2. 2. 3)、模型求解
[0037] 先對模型中的變量y (ld)、x(nd)進行整數松弛，再利用cplex進行求解，在求解的 結果中，遍歷所有多播虛擬節(jié)點，為每個多播虛擬節(jié)點選擇x(nd)最大的候選節(jié)點nd作為 最終的映射節(jié)點，選擇nd之間的候選路徑為最終的映射路徑，并以此進行多播網絡請求MVN 的跨域映射；
[0038] (3)、單播網絡請求UVN的跨域映射
[0039] (3. 1)、估算UVN中未映射的單播虛擬節(jié)點域內映射成本
[0040] 從UVN中選取未映射的單播虛擬節(jié)點vA，再估算單播虛擬節(jié)點vA的域內映射成 本；
[0044] Cost (vA- n k)可根據公式（2)計算得到；
[0045] 其中，Cost⑶為單播虛擬節(jié)點vA與單播網絡中映射在同一物理域內的虛擬節(jié)點 間虛擬鏈路集合的映射花費，P是虛擬鏈路集合在物理網絡的映射路徑集合，P是P中的一 條路徑；
[0046] 根據公式（7)選取最小映射成本的物理節(jié)點nk作為單播虛擬節(jié)點vA的候選節(jié)點， 對應節(jié)點間的路徑為虛擬鏈路的候選路徑；
[0047] (3. 2)、單播網絡請求UVN的跨域映射
[0048] (3. 2. 1)、對單播網絡構建全局視圖
[0049] 先初始化全局圖為空，再將步驟（3. 1)中挑選的各個域的候選節(jié)點和候選路徑添 加到全局圖中，并根據不同域內的候選節(jié)點按照虛擬網絡中的虛擬鏈路連接關系增加跨域 候選路徑；
[0050] (3. 2. 2)、根據全局視圖進行最優(yōu)化建模
[0051] 優(yōu)化目標為：
[0053] 其中，ld為全局圖中的候選路徑，n d、md為全局圖中的候選節(jié)點且為1愉兩個端 點，x(nd)為二進制變量，當候選節(jié)點nd被選取則為1，否則為0, y(l d)為二進制變量，當候 選路徑ld被選取則為1，否則為〇, cad(n d)為映射在1^上的虛擬節(jié)點，cad(l d)為映射在ld上的虛擬鏈路，f (nd)為候選節(jié)點的映射成本f (nd) = Cost (cad(nd) - nd)，f (ld)為候選路 徑的映射成本f (ld) = Cost (ld)，<_為單播虛擬節(jié)點，:ξ為單播虛擬鏈路，為全局圖