一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)映射模型及算法
【專利說(shuō)明】-種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)映射模型及算法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種虛擬網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)映射方法，特別設(shè)及一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 映射模型及算法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 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。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 管理底層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施W及實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)資源分配，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能耗的虛擬 網(wǎng)絡(luò)映射，即W最小底層資源代價(jià)映射虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，從而獲得更多的底層物理資源，W提 高虛擬網(wǎng)絡(luò)映射接收率。由于基于能耗的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射并不考慮虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求來(lái)源本身， 因此不可避免地會(huì)產(chǎn)生不必要的能耗。但是，底層物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗降低同樣會(huì)提高CPU 的利用率，因此基于能耗感知的節(jié)點(diǎn)映射方法必然節(jié)約能耗。
[0003] 當(dāng)前大部分基于能耗感知的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射針對(duì)鏈路能耗對(duì)負(fù)載不敏感的設(shè)備，采 用資源整合策略實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。如；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W及能量感知兩階段映射算法，且根據(jù)電價(jià)的波動(dòng)提出了能耗成本最小化模型W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，在云數(shù)據(jù)中屯、應(yīng)用蟻群優(yōu)化算法求解虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)能映射。由上可見(jiàn)， 現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)資源整合策略、主動(dòng)休眠策略W及流量擴(kuò)展策略，實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，但忽略 了虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)映射的能耗代價(jià)最優(yōu)化。
[0004] 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射可分解為節(jié)點(diǎn)映射和鏈路映射，在底層節(jié)點(diǎn)映射的過(guò)程中，第i個(gè) 底層節(jié)點(diǎn)的能耗為：
[0005]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)映射模型，其特征在于：該節(jié)點(diǎn)映射模型的初始值為： 設(shè)定有m個(gè)底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其中具有CPU資源的底層節(jié)點(diǎn)為AiQ= 1，2,...，m)，其CPU資源 量分別為aji= 1，2,...，m);有n個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其中請(qǐng)求CPU資源的虛擬節(jié)點(diǎn)為Bj(j =1，2,. . .，n)，其CPU需求量分別為bj(j= 1，2,. . .，n);底層節(jié)點(diǎn)Ai當(dāng)前剩余的CPU資源 量為CPULi,虛擬節(jié)點(diǎn)Bj當(dāng)前還需要的CPU資源量為CPUVj; 設(shè)XijSAi分配給B」的CPU資源量，從AjljB」分配單位CPU資源的能耗代價(jià)為Cu，當(dāng) 前參與分配的底層節(jié)點(diǎn)為A1、虛擬節(jié)點(diǎn)為則：
并通過(guò)式⑵得出能耗最小的一組映射節(jié)點(diǎn)Aimi，Bjmax: min(Cij ?XijI(i=I, 2,. . . ,m；j=I, 2,. . . ,n) (2) 在式（I)中，CPUSi為底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的總CPU資源量，MiCPU為底層節(jié)點(diǎn)中剩余CPU資源 量最少的節(jié)點(diǎn)的CPU資源量，即Micpu=mintaj-aQ= 1，2,? ? ?，m;a- 〇+) ;IfAct(i) 是一個(gè)二進(jìn)制變量，當(dāng)?shù)讓庸?jié)點(diǎn)八1是激活狀態(tài)時(shí)，IfAct(i) = 1，當(dāng)?shù)讓庸?jié)點(diǎn)Ai是休眠狀態(tài) 時(shí)，IfAct(i) = 0 ; 在式（2)中，一個(gè)底層節(jié)點(diǎn)Ai*載并只能承載一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)Bj的約束，一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)Bj只能接收一個(gè)底層節(jié)點(diǎn)A^勺分配；參與分配的底層節(jié)點(diǎn)Az分配給B^的CPU資源量應(yīng)當(dāng) 不小于所請(qǐng)求的CPU資源量、并不大于底層節(jié)點(diǎn)Az剩余的CPU資源量，即式（2)的約束 條件為：CPUVj彡XCPUL% 該節(jié)點(diǎn)映射模型的輸出值為AimidPBjmax。
2. -種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)映射算法，其特征在于：采用如權(quán)利要求1所述的一種 高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)映射模型，具體步驟如下： A) 構(gòu)建節(jié)點(diǎn)映射模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 建立無(wú)向圖Gs = (iVs,Ls,其中Ns為底層節(jié)點(diǎn)集合，Ls為底層鏈路集合， 為底層節(jié)點(diǎn)屬性集合，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； 建立無(wú)向圖= (WtU'其中Nv為虛擬節(jié)點(diǎn)集合，LV為虛擬鏈路集合，Cf 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； 設(shè)AiGNs，BjGNv，cpydeq，CPyWGCf,已完成映射的節(jié)點(diǎn)集合AE，且 .AEG0； B) 檢查虛擬網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)：檢查Nv中是否還存在未映射的虛擬節(jié)點(diǎn)，如果有，則轉(zhuǎn)至步驟 C);如果沒(méi)有，則返回映射成功，轉(zhuǎn)至步驟G); C) 運(yùn)行節(jié)點(diǎn)映射模型：計(jì)算Cf并尋找滿足約束條件的情況下，運(yùn)算式（1)，尋找當(dāng) 前CPU資源量最少的底層節(jié)點(diǎn)和CPU需求量最多的虛擬節(jié)點(diǎn)，如果成功，則轉(zhuǎn)至步驟D)，如 果沒(méi)有成功，則返回沒(méi)有找到適合的映射節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)至步驟H); D) 節(jié)點(diǎn)映射：將Bjmax映射到Aimin，并將Aimi，Bjmax添加入AE，更改A_和Bjmax的映射 狀態(tài)為已映射狀態(tài)，重新轉(zhuǎn)至步驟B); E) 檢查鏈路映射狀態(tài)：檢查AE中的虛擬節(jié)點(diǎn)是否還存在未映射的虛擬鏈路，如果有， 則轉(zhuǎn)至步驟F);如果沒(méi)有，則返回虛擬鏈路映射完成，重新回到步驟B); F) 虛擬網(wǎng)絡(luò)鏈路：調(diào)用虛擬鏈路信息，在AE中尋找一條最短路徑映射虛擬鏈路，如果 成功，則更改虛擬鏈路的映射狀態(tài)，并轉(zhuǎn)至步驟E);如果沒(méi)有成功，則返回沒(méi)有找到適合的 虛擬鏈路，并轉(zhuǎn)至步驟H); G) 完成虛擬網(wǎng)絡(luò)映射：記錄各虛擬節(jié)點(diǎn)、各底層節(jié)點(diǎn)、各虛擬鏈路的映射狀態(tài)，形成虛 擬網(wǎng)絡(luò)的映射結(jié)果，并輸出該映射結(jié)果； H) 映射失?。赫{(diào)用映射狀態(tài)信息，返回未映射的各虛擬節(jié)點(diǎn)、各底層節(jié)點(diǎn)和各虛擬鏈 路的當(dāng)前狀態(tài)信息。
【專利摘要】本發(fā)明適用于虛擬網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)映射方法的技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)映射模型，設(shè)xij為Ai分配給Bi的CPU資源量，從Ai到Bj分配單位CPU資源的能耗代價(jià)為Cij，則計(jì)算min{Cij·Xij}(i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，n)，該節(jié)點(diǎn)映射模型的輸出值為Aimin和Bjmax。本發(fā)明提供的一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)映射模型，以最小元素法為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)映射能耗特點(diǎn)，計(jì)算出當(dāng)前CPU資源量最多的底層節(jié)點(diǎn)和CPU需求量最少的虛擬節(jié)點(diǎn)，并將該虛擬節(jié)點(diǎn)映射到對(duì)應(yīng)的底層節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)映射能耗最優(yōu)，提高CPU利用率，同時(shí)，還保證了底層節(jié)點(diǎn)盡可能映射在激活節(jié)點(diǎn)上，大大降低節(jié)點(diǎn)映射能耗代價(jià)，從而顯著降低節(jié)點(diǎn)能耗，尤其適合大規(guī)模虛擬網(wǎng)絡(luò)映射場(chǎng)景。
【IPC分類】H04L12-46
【公開(kāi)號(hào)】CN104821906
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510160792
【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8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月8日