一种基于虚拟网络分割的虚拟网络改进映射方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及网络技术领域，具体涉及一种基于虚拟网络分割的虚拟网络改进映射 方法。
【背景技术】
[0002] 当前网络架构僵化问题日益严重，使得难以提供差异化的网络服务，如IP网络提 供尽量而为的服务模式，虽然多种技术被提出以及解决差异化服务问题如VPN，但还是有所 欠缺。
[0003] 随着云计算的发展，IT设备逐渐由少数设备提供商提供，服务提供商只需要根据 自己的应用规模向设备提供商申请所需的IT资源，而且可以随时更改自己申请的IT资源 的规模，因此云计算的发展能够为服务提供商提供方便快捷的计算服务，而且能够降低服 务提供商的操作成本，提高他们的服务开发效率。虚拟化技术是目前云计算环境下实现云 计算资源最大化利用的一种重要手段，然而现有的资源分配方式主要是提供虚拟机实例， 缺乏对网络资源的有效管理，导致一些对网络资源敏感的应用难以获得稳定的网络资源而 获得较高的运行效率。
[0004] 网络虚拟化技术是对网络的一种抽象技术，以解决现有网络僵化问题，提供灵活 可变的虚拟拓扑网络，使得多个用户的个人虚拟网络共存于同一物理网络。网络虚拟化技 术需要解决的重大问题就是虚拟网络的映射问题，而虚拟网络的映射问题主要解决在提供 可靠的网络服务的前提下如何最有效地利用底层物理网络资源。
[0005] 目前很多基于整数规划的虚拟网络映射算法，如《A virtual network mapping algorithm based on integer programming))(Journal of Zhejiang University SCIENCE C，2013, 14(12) :899 - 908)，能够得到比较好的映射结果，但是该类映射算法所需要的映 射计算时间与虚拟网络的规模一般成指数增长关系，因此当虚拟网络的规模大到一定程 度后，该类映射算法可能无法在要求的时间内，将用户请求的虚拟网络映射到底层物理网 络；对于网络动态变化较大的底层物理网络而言，如果映射计算所需的时间较长，那么即使 得到映射结果，但是底层物理已发生较大变化，因此得到的映射结果也是无效的。目前很 多基于网络节点排名的启发式虚拟网络映射算法，如《Topological Embedding Feature Based Resource Allocation in Network Virtualization》 （Mathematical Problems in Engineering, 2014, 2014)，能够在较短的时间内完成虚拟网络的映射，但是该类映射算法 中虚拟节点的映射一般是根据节点的排名确定的，没有考虑虚拟节点之间的连接特性以及 相对距离，而且映射时优先选择与已映射节点距离较近的物理节点，那么很有可能将两个 本来距离相距较远的虚拟网络节点映射到两个相距较近的物理节点之上，使得映射过于 "拥挤"，导致较大的映射代价，甚至较低的虚拟网络请求接收率，因此为了削弱虚拟节点之 间的连接特性以及相对距离对该类映射算法的影响，就需要控制虚拟网络的规模在一定范 围之内。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种基于虚拟网络分割的虚拟网络改进映射方法，以克服现 有技术的全部或部分缺陷。
[0007] 为了实现上述目的，本发明的一种基于虚拟网络分割的虚拟网络改进映射方法包 括以下步骤：
[0008] 1)预判阶段
[0009] 如果待分割的虚拟网络(?的节点个数大于N，则执行步骤2);否则，即待分割的虚 拟网络€的节点个数小于等于N，则执行步骤6)。
[0010] 2)粗化阶段
[0011] 如果待分割的虚拟网络保的节点个数小于2*N，那么待分割的虚拟网络辑最粗化 的虚拟网络G为自身，此时 m等于0,接下来执行步骤3);否则，即待分割的虚拟网络(?的 节点个数大于等于2*N，则将待分割的虚拟网络(?'转化成一系列与其拓扑特性相似但规模 递减的虚拟网络，并最终得到待分割的虚拟网络G'最粗化的虚拟网络，具体为：
[0012] 在当前虚拟网络中寻找极大匹配，并在寻找当前虚拟网络极大匹配的过程中不断 合并匹配的节点对得到一个新的多重节点，该多重节点的权重等于匹配的节点对的权重之 和，如果该多重节点与其任意一个邻接节点之间包含N条虚拟链路，其中N > 1，那么将这两 节点之间的N条虚拟链路合并为一条多重虚拟链路，然后根据计算虚拟链路集合的分割映 射代价的方法计算这N条虚拟链路的分割映射代价，设置该多重虚拟链路的权重为这N条 虚拟链路的分割映代价的值；当得到当前虚拟网络的极大匹配，即当前虚拟网络中不存在 未匹配的节点对时，即可得到下一级粗化的虚拟网络。
[0013] 如果得到的虚拟网络的节点个数大于等于2*N，则用上述处理当前虚拟网络的操 作处理得到的虚拟网络，直到得到的虚拟网络的节点个数小于2*N ;最终得到的节点个数 小于2*N的虚拟网络即为待分割的虚拟网络级最粗化的虚拟网络
[0014] 3)初始划分阶段
[0015] 步骤a)随机从虚拟网络中选取1个节点Vstart作为扩展分区G sub的扩展起点， 也就是说扩展分区Gsub最初只有一个随机选取的节点V start;
[0016] 步骤b)查找虚拟网络:?相对于当前扩展分区Gsub的前端节点集合 ~SUO \ * ' J ' *'*
J .* J
[0017] 步骤c)依次假设将前端节点集合&(G)中的一个节点加入到当前扩展分区 Gsub，然后查找虚拟链路切割集
；根据计算虚拟链路 集合的分割映射代价的方法计算虚拟链路切割的分割映射代价；最后选择前端 节点集合&",4 (G)中使虚拟链路切割集)的分割映射代价值最小的节点真正加入到 当前扩展分区Gsub;
[0018] 步骤e)如果当前扩展分区Gsub中的节点的个数小于虚拟网络劣的节点的个数 的一半，则返回执行步骤b);否则，即当前扩展分区Gsub中的节点的个数大于等于虚拟网络 ?ζ的节点的个数的一半，则执行步骤f);
[0019] 步骤f)对得到的划分进行合并调优，具体为：遍历虚拟网络(?中所有虚拟链路， 如果被访问的虚拟链路的一端节点属于当前扩展分区Gsub，而其另一端节点不属于当前扩 展分区Gsub，如果该不属于当前扩展分区Gsub的端节点的度值为1的话，就将该不属于当前 扩展分区G sub的端节点加入到当前扩展分区G sub。
[0020] 4)细化阶段
[0021] 将步骤3)初始划分阶段中得到的虚拟网络?ζ的两路分割映射回待分割的虚拟 网络G的两路分割，使用Kernighan - Lin算法进行调优，取得划分的局部最优值。
[0022] 5)递归阶段
[0023] 分别对步骤4)细化阶段中得到的待分割的虚拟网络尽两路分割后的两个虚拟网 络执行如下操作：
[0024] 如果虚拟网络的节点的个数大于N，那么将该虚拟网络作为新的待分割虚拟网络， 并返回步骤2);否则，虚拟网络的节点的个数小于等于N，那么结束对该虚拟网络的分割。
[0025] 6)映射阶段
[0026] 使用现有的虚拟网络映射方法映射所得到的节点个数小于等于N的虚拟网络。
[0027] 进一步地，本发明通过在当前虚拟网络中寻找极大匹配方法为最大亲密度匹配方 法，所述的最大亲密度匹配方法包括如下步骤：
[0028] 步骤i)如果当前虚拟网络的节点个数小于等于2*N，那么结束粗化阶段，当前虚 拟网络即为待分割的虚拟网络(?最粗化的虚拟网络(?)"，其中如果待分割的虚拟网络G 1;'的 节点小于等于2*N，那么待分割的虚拟网络氣最粗化的虚拟网络即为本身；否则，即当前虚 拟网络的节点个数大于2*N，则执行步骤ii);
[0029] 步骤ii)以随机的顺序访问当前虚拟网络中的节点，然后对每一个被访问的节点 执行步骤iii)和iv);
[0030] 步骤iii)如果被访问的节点V未匹配，而且节点V还有未匹配的邻接节点，那么 计算节点V与其所有未匹配的邻接节点的亲密度，然后选择与节点V亲密度最大的未匹配 的邻接节点V'作为节点V的匹配节点；合并匹配的节点对V'和V为一个多重节，多 重节点V_的权重等于匹配的节点对V'和V的权重之和；如果多重节点V _与其任意一个 邻接节点之间包含N条虚拟链路，其中N > 1，那么将这两节点之间的N条虚拟链路合并为 一条多重虚拟链路，然后根据计算虚拟链路集合的分割映射代价的方法计算这N条虚拟链 路的分割映射代价，设置该多重虚拟链路的权重为这N条虚拟链路的分割映代价的值；将 节点对V和V设置为匹配状态；
[0031] 步骤iv)如果被访问的节点V已匹配，或者在被访问的节点V未匹配情况下，节点 V没有未匹配的邻接节点，那么节点V的匹配查找过程结束。
[0032] 进一步地，本发明所述的计算节点V与其所有未匹配的邻接节点的亲密度的公式 为：
[0033]
[0034] 其中，時??表示虚拟网络邻接节点对Gn:的亲密度\分别表示虚 拟节点<请求的CPU资源，表示虚拟链路(?)请求的带宽资源；Μ?(<φ 表示由物理网络设备提供商预先设定的虚拟节点请求的CPU资源的最大值；λ为压缩常 数，取值为4。
[0035] 进一步地，本发明所述的计算虚拟链路集合的分割映射代价的方法为：
[0036] 当虚拟链路集合只包含一条虚拟链路时，虚拟链路集合的分割映射代价等于该虚 拟链路的权重；
[0037] 当虚拟链路集合包含二条虚拟链路{θι、e2}时，虚拟链路集合的分割映射代价的 计算公式为：
[0038]
[0039] 其中，MC表示虚拟链