专利名称：基于虚拟网络资源需求动态变化的再映射方法
技术领域：
本发明涉及互联网技术领域，特别涉及一种基于虚拟网络资源需求动态变化的再映射方法。
背景技术：
网络虚拟化以其在网络的运营、部署及演进等各方面的优势，得到了研究界和业界的高度重视。网络虚拟化技术通过构建大规模实验平台，可以支持不同类型的并行网络实验，从而为支持不同体系结构和服务的网络创新实验提供了较好的解决方案。近几年来，网络虚拟化这一关键技术已被广泛运用于未来网络研究计划中的网络创新实验基础设施建设，包括美国的全球网络创新环境GENI计划(GlcAal Environment for Network Innovations，全球网络创新环境)、欧盟的 FIRE (Future Internet Research and Experimentation,未来互联网研究和试验)项目及日本的未来网络研究AKARI计划(AKARI 意为“黑暗中指向未来的一丝灯光”，日本的网络研究计划)。网络虚拟化，即在一个共享的物理平台上，通过虚拟化技术，将网络中节点资源 (计算资源、转发资源等)和链路资源(带宽)细粒度分割成虚拟资源，进而基于此进行分配和利用，组成多个相互隔离的并行可编程虚拟子网。由于物理资源的稀缺，虚拟资源的调度和管理成为网络虚拟化的一个重要问题。具体而言，该问题涉及虚拟资源的初始化和动态调度两个方面初始化指在建立虚拟网络的过程中，根据具体的资源需求，预分配相关的节点资源和链路资源，即虚拟网络映射问题；动态调度则是指在管理虚拟网络的过程中，各个虚拟网络的资源需求可能动态变化，初始的虚拟网络映射结果无法满足动态需求，此时需要在各个虚拟网络之间重新分配各种物理资源，即虚拟网络再映射问题。基于共享的物理平台，虚拟网络映射问题考虑如何为虚拟拓扑中的虚拟节点、虚拟链路寻找合适的物理节点、物理链路，进而形成一个物理拓扑作为映射结果。当然，在映射的过程中需要考虑各种约束条件，比如虚拟节点的计算资源要求、虚拟链路的带宽或者延时要求、拓扑要求等等。研究人员已经证明，带有虚拟节点、虚拟链路资源约束的虚拟网络映射问题是NP难的。即使假设虚拟节点的映射已经完成，继续完成虚拟链路的映射还是 NP难问题。因此，虚拟网络映射问题的研究主要采取启发式方法的思路。下面，简单总结已有映射方法的特征(1) 一些方法为了简化映射问题，对虚拟网络的映射过程提出了额外的假设考虑特定的虚拟网络拓扑结构映射，比如星形拓扑；考虑静态的映射过程，即需要映射的虚拟网络均为已知的；考虑节点资源充足或者链路资源充足条件下，只研究虚拟链路或者虚拟节点的映射过程。上述假设降低了映射问题的难度，虽然提出了资源有效的启发式方法，但是也局限了上述方法的可应用范围。在网络虚拟化环境中，尤其是在基于虚拟化的网络实验平台中，物理网络的资源是有限的，虚拟网络的到来是动态过程，虚拟网络的拓扑是随机的，因此上述方法都无法描述真实的网络虚拟化环境。
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(2)现有方法在处理映射问题时有两种思路第一种是把映射过程分为两个阶段，先进行节点映射，再进行链路映射，这就将完整的映射问题割裂成两个子问题，而两个子问题之间有很强的相关性，互相依赖；第二种是联合考虑节点映射和链路映射。在将节点映射和链路映射分开考虑时，大多数方法首先采取贪婪算法来孤立地进行节点映射，然后在各个节点间进行链路映射，一般采取最短路径等算法。虽然联合考虑节点映射和链路映射使得整个处理过程更加复杂，但是基于最优化目标，能够使得映射结果有更好的最优化程度。(3)现有方法均考虑虚拟网络的初始化映射问题，即根据虚拟网络建立时的资源需求分配物理节点、链路，在映射过程完成之后，假设物理网络、虚拟网络资源需求都保持不变。总之，现有研究都没有考虑如果虚拟网络资源需求动态变化，导致原有映射结果无法满足新的虚拟网络需求时的虚拟网络再映射问题。在基于虚拟化的网络实验平台中，每个虚拟网络即为一个独立的实验。在实验的过程中，用户可能根据实际需要来更改实验内容，导致虚拟网络资源需求发生变化实验规模的扩大，需要新增虚拟节点、虚拟链路，使得虚拟拓扑发生变化；实验已分配的节点、链路上的资源需求变化，需要改变虚拟节点、虚拟链路的资源约束。这两种情况都有可能导致已有的映射结果不能满足新需求，需要将部分虚拟节点、虚拟链路进行再映射。因此，研究基于虚拟网络资源需求动态变化的再映射方法，有非常重要的理论价值和实际价值。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于虚拟网络资源需求动态变化的再映射方法，以便从单个虚拟网络的角度来最小化再映射过程的整体资源消耗。(二)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种基于虚拟网络资源需求动态变化的再映射方法，其包括步骤SlOO 建立物理网络模型、虚拟网络模型和物理网络可用资源模型，并根据所述物理网络模型和虚拟网络模型建立原有虚拟网络映射模型；S200 根据所述物理网络模型和所述原有虚拟网络映射模型确定可用的物理网络资源；S300 针对虚拟网络资源需求动态变化，明确需要再映射的虚拟节点和虚拟链路， 确定所述需要再映射的虚拟节点参加再映射过程的顺序；S400 判断是否所述需要再映射的虚拟节点都已经完成再映射，如果是，结束再映射过程，否则，按照所述顺序选定当前需要再映射的虚拟节点后执行S500 ；S500:针对所述当前需要再映射的虚拟节点，根据所述物理网络可用资源模型从所述可用的物理网络资源中确定候选的物理节点集合，根据映射代价最小化原则从所述候选的物理节点集合中选择最优的物理节点，完成节点映射和链路映射，更新所述可用的物理网络资源，执行S400。优选地，所述步骤SlOO中，通过将物理网络抽象为一个带权重的第一无向图Gs =
5(Ns, Es)建立所述物理网络模型，其中，Ns是所有物理节点的集合，Es是所有物理链路的集
I=I O优选地，所述步骤SlOO中，通过将虚拟网络抽象为一个带权重的第二无向图Gv = (Nv, Ev)建立所述虚拟网络模型，其中，Nv是所有虚拟节点的集合，Ev是所有虚拟链路的集
I=I ο优选地，所述步骤SlOO中，建立所述物理网络可用资源模型具体包括，使用、(ns) 表示物理节点ns上的剩余CPU资源，使用表示物理链路es上的剩余带宽资源，并且所述Sn (ns)和Se (es)满足下面公式
权利要求
1.一种基于虚拟网络资源需求动态变化的再映射方法，其特征在于，包括步骤SlOO 建立物理网络模型、虚拟网络模型和物理网络可用资源模型，并根据所述物理网络模型和虚拟网络模型建立原有虚拟网络映射模型；S200:根据所述物理网络模型和所述原有虚拟网络映射模型确定可用的物理网络资源；S300 针对虚拟网络资源需求动态变化，明确需要再映射的虚拟节点和虚拟链路，确定所述需要再映射的虚拟节点参加再映射过程的顺序；S400 判断是否所述需要再映射的虚拟节点都已经完成再映射，如果是，结束再映射过程，否则，按照所述顺序选定当前需要再映射的虚拟节点后执行S500 ；S500:针对所述当前需要再映射的虚拟节点，根据所述物理网络可用资源模型从所述可用的物理网络资源中确定候选的物理节点集合，根据映射代价最小化原则从所述候选的物理节点集合中选择最优的物理节点，完成节点映射和链路映射，更新所述可用的物理网络资源，执行S400。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤SlOO中，通过将物理网络抽象为一个带权重的第一无向图Gs= (NS,ES)建立所述物理网络模型，其中，Ns是所有物理节点的集合，Es是所有物理链路的集合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤SlOO中，通过将虚拟网络抽象为一个带权重的第二无向图Gv= (NV,EV)建立所述虚拟网络模型，其中，Nv是所有虚拟节点的集合，Ev是所有虚拟链路的集合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤SlOO中，建立所述物理网络可用资源模型具体包括，使用、(ns)表示物理节点ns上的剩余CPU资源，使用表示物理链路es上的剩余带宽资源，并且所述、(ns)和满足下面公式SN(ns) = c(ns)~ Σ c(nV)Mnv ^nsSE(es) = b(es)- Σ KeV)其中，c(ns)表示物理节点1^的CPU资源，nv表示建立在物理节点1^上的虚拟节点， W/ T ^表示对于所有建立在物理节点ns上的虚拟节点nv，c(nv)表示虚拟节点nv的CPU 资源需求；b(es)表示物理链路es的带宽资源，ev表示建立在物理链路#上的虚拟链路，VZ^e5 表示对于所有建立在物理链路es上的虚拟链路ev，b(ev)表示虚拟链路ev的带宽需求。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤SlOO中，建立所述原有虚拟网络映射模型是指，建立虚拟网络资源需求动态变化前的虚拟网络模型Gf与所述物理网络模型中物理节点和物理链路的映射关系M1: Gf 4，其中，表示所述物理网络模型中物理节点集合的子集，五/表示所述物理网络模型中物理链路集合的子集。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S200中，所述可用的物理网络资源为，所述物理网络模型中未被所述原有虚拟网络映射模型占用的物理节点和物理链路。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S200中，通过从所述物理网络模型中去除被所述原有虚拟网络映射模型占用的物理节点和物理链路，以确定所述可用的物理网络资源。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S300中，所述需要再映射的虚拟节点包括虚拟网络资源需求动态变化后新增的虚拟节点和CPU资源需求增加的原有虚拟节点；所述需要再映射的虚拟链路包括虚拟网络资源需求动态变化后新增的虚拟链路和带宽需求增加的原有虚拟链路。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S300中，按照与所述虚拟节点连接的虚拟链路的数量从多到少的顺序，确定所述需要再映射的虚拟节点参加再映射过程的顺序。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S500中，通过从所述可用的物理网络资源中去除所述节点映射所对应的物理节点以及所述链路映射所对应的物理链路，更新所述可用的物理网络资源。
全文摘要
本发明公开了一种基于虚拟网络资源需求动态变化的再映射方法，涉及互联网技术领域。所述方法包括步骤建立物理网络模型、虚拟网络模型和物理网络可用资源模型，并根据所述物理网络模型和虚拟网络模型建立原有虚拟网络映射模型；根据所述物理网络模型和所述原有虚拟网络映射模型确定可用的物理网络资源；针对虚拟网络资源需求动态变化，明确需要再映射的虚拟节点和虚拟链路，确定所述需要再映射的虚拟节点参加再映射过程的顺序；按照顺序，对所述需要再映射的虚拟节点完成节点映射和相应的链路映射，更新所述可用的物理网络资源。本发方法以最小化资源消耗为优化目标，使得每个虚拟网络在再映明过程中资源代价最小化，符合实际情况。
文档编号H04L12/46GK102223281SQ20111017366
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者周烨, 曾烈光, 李勇, 苏厉, 金德鹏 申请人:清华大学