CN103391233A - 跨域虚拟网映射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种跨域虚拟网映射方法，包括：虚拟网用户SP提出跨域虚拟网请求，发送给虚拟网供应商VNP；VNP接到SP的请求后，向每个运营商ISP索取各自域内的最新物理网络架构信息；VNP计算最优映射方案，然后将跨域虚拟网划分为N个虚拟子网；VNP把N个虚拟子网分别发送至对应的ISP，由ISP进行域内映射，同时VNP初始化SUM=0，检查每个ISP的域内映射结果，并更新SUM；检测SUM的值是否等于N，若相等，则跨域虚拟网映射成功，VNP向SP及各个ISP反馈成功信息，由ISP分配虚拟网所需的物理网络资源，若不相等，则跨域虚拟网映射失败，VNP向SP及各个ISP反馈失败信息，ISP不做处理。本发明在保护ISP机密的基础上，实现了跨域虚拟网映射，有利于推动跨域虚拟网的大规模部署和应用。

Description

跨域虚拟网映射方法
技术领域
本发明属于网络虚拟化领域，具体涉及一种跨域虚拟网映射方法。
背景技术
虚拟网是指网络运营商（Internet Service Provider，ISP）通过虚拟化技术，将部分网络设备（如交换机、路由器等）组合而成的计算机网络。虚拟网的出现，为ISP和虚拟网用户（SP）提供了巨大的便利：ISP可以在现有的物理网络基础架构之上同时提供多个虚拟网，满足不同用户的多样化需求，以增加网络设备的利用率，降低网络运行和维护成本；虚拟网用户根据业务需求，向ISP租用不同规模的虚拟网，可以大幅度降低设备购置和部署开销，同时在逻辑上可以将虚拟网视为私有网，通过部署私有网络协议来满足自身特定的需求。
虚拟网由虚拟节点和虚拟链路组成，而将虚拟节点映射到物理节点、虚拟链路映射为物理链路的过程称为虚拟网映射。众所周知，互联网是由不同的网络自治域互联而成，各个域分属不同的ISP。为了保护商业机密，ISP不会把本域的物理网络架构的核心信息透露给其他ISP，这就导致目前虚拟网映射只能局限在单个域内。然而，单个域的覆盖范围有限，虚拟网用户的业务范围可能涉及多个域，比如，大型视频流媒体服务要求虚拟网能够覆盖国际，甚至洲际范围。因此，现有的虚拟网无法完全满足SP的业务需求，在一定程度上阻碍了其大规模应用和推广。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种不仅经济实用，而且网路利用率高，既能满足用户的多样化需求，又能保护运营商机密信息的跨域虚拟网映射方法。
为实现上述目的，本发明提出一种跨域虚拟网映射方法，包括以下步骤：S1.虚拟网用户SP根据业务需求提出跨域虚拟网请求，并发送给虚拟网供应商VNP（Virtual NetworkProvider）；S2.所述VNP接到来自所述SP的跨域虚拟网请求后，向每个运营商ISP索取各自域内的最新物理网络架构信息；S3.所述VNP计算最优映射方案，然后将所述跨域虚拟网划分为N个虚拟子网，N为正整数；S4.所述VNP把N个所述虚拟子网分别发送至所述对应的ISP，由所述ISP进行域内映射，同时VNP初始化SUM=0，检查所述每个ISP的域内映射结果并更新所述SUM；S5.检测所述SUM的值是否等于所述N，若相等，则跨域虚拟网映射成功，所述VNP向所述SP反馈成功信息，同时向所述各个ISP反馈成功信息，由所述ISP分配所述虚拟网所需的物理网络资源，若不相等，则跨域虚拟网映射失败，所述VNP向所述SP反馈失败信息，同时向所述各个ISP反馈失败信息，所述ISP不做任何处理。
在本发明的一个实施例中，所述跨域虚拟网请求包括：虚拟节点和虚拟链路，其中，所述虚拟节点，包括期望容量、期望位置和映射半径，其中，所述期望容量用于描述所述虚拟节点工作能力，通过网络路由器CPU数目、内存容量和存储容量中的一种或多种的组合来表示，所述期望位置通过经纬度坐标来表示，所述映射半径用于限定虚拟节点实际映射位置和期望位置之间的最远距离；所述虚拟链路，包括顶点和期望带宽。
在本发明的一个实施例中，所述ISP的物理网络架构信息包括：物理节点的可用容量、位置和单价，其中，所述可用容量用于描述所述物理节点剩余工作能力，通过所述物理节点的可用的CPU数目、内存容量和存储容量中的一种或多种的组合来表示，所述位置通过经纬度坐标来表示；所述单价是指单位容量的价格；跨域物理链路的可用带宽、顶点和单价，其中，所述跨域物理链路是指连接所述本ISP与所述相邻ISP的链路，所述顶点是指它所连接的两个所述物理节点，所述单价是指单位带宽的价格；域内物理链路的单价，其中，所述域内物理链路是指所有连接本域内所述物理节点的链路，所述单价是指每单位长度、单位带宽的价格。
在本发明的一个实施例中，所述将所述跨域虚拟网划分为N个虚拟子网包括：S3.1所述VNP利用来自所述SP的跨域虚拟网请求信息和来自所有所述ISP的部分物理网络架构信息，建立一个增广网，在所述增广网中，所述跨域虚拟网中的每个所述虚拟节点分别对应一组备选物理节点，每条所述虚拟链路分别对应一条链接两个所述虚拟节点的物理链路；S3.2所述VNP使用所述增广网计算具有最低映射价格的映射方案，并据此将所述跨域虚拟网划分为N个虚拟子网，每个所述虚拟子网分别对应于一个特定的ISP。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S3.1包括：S3.1.1为每个所述虚拟节点寻找符合下列要求的物理节点：所述物理节点的可用容量不小于所述虚拟节点的期望容量，并且所述物理节点的位置与所述虚拟节点期望位置间的距离不超过所述虚拟节点的映射半径，将符合上述要求的所述物理节点称为所述虚拟节点的备选节点，所有所述备选节点构成的集合称为其备选集；S3.1.2所述的物理网络架构的基础上，增加域外增广链路，把每个所述虚拟节点与其所有所述备选节点连接起来；S3.1.3增加域内增广链路，把每个物理网络内的所述物理节点两两相连，至此所述增广网构造完毕。
在本发明的一个实施例中，所述VNP计算最优映射方案，包括以下步骤：设立约束条件：每个所述虚拟节点能且仅能映射到一个所述备选节点，并且不同的所述虚拟节点不能映射到同一个所述物理节点，并且每条所述虚拟链路能且仅能映射到一条物理链路，并且每条所述物理链路承载的所述虚拟链路带宽之和不能超过其自身的可用带宽；求取目标函数：最小化所述虚拟节点映射价格与所述虚拟链路映射价格之和。
在本发明的一个实施例中，所述检查所述每个ISP的域内映射结果并更新所述SUM包括：S4.1遍历所述每个ISP检查其虚拟子网是否映射成功，若成功，将所述SUM加1；S4.2遍历所述每个ISP检查其虚拟子网是否映射成功，若失败，不对所述SUM做任何处理。
本发明提出的跨域虚拟网映射方法不仅能最大限度地兼容现有的互联网商业模型，而且有效地保护了ISP的商业机密信息，实现高效的跨域虚拟网映射，有利于推动跨域虚拟网的大规模部署和应用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的跨域虚拟网映射方法的工作流程图；
图2是虚拟节点及虚拟链路结构图；
图3是VNP获得的物理网络视图示意图；
图4是增广网示意图；
图5是虚拟子网示意图；
图6是本发明实施例的跨域虚拟网映射方法的应用示例示意图；和
图7是跨域虚拟网映射成功率实验曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，根据本发明实施例的跨域虚拟网映射方法，具体步骤如下：
步骤S1:虚拟网用户SP根据业务需求提出跨域虚拟网请求，并发送给虚拟网供应商VNP。跨域虚拟网请求包括，参见图2：
1)虚拟节点：包括期望容量、期望位置和映射半径，其中，期望容量用于描述虚拟节点工作能力，通过网络路由器CPU数目、内存容量和存储容量中的一种或多种的组合来表示，期望位置通过经纬度坐标来表示，映射半径用于限定虚拟节点实际映射位置和期望位置之间的最远距离。
2)虚拟链路：虚拟链路由一个二元组来定义，包括顶点和期望带宽。
步骤S2：VNP接到来自SP的跨域虚拟网请求后，向每个运营商ISP索取各自域内的最新物理网络架构信息。如图3所示，这些信息包括三类：
1)物理节点的可用容量、位置和单价，其中，可用容量用于描述物理节点剩余工作能力，通过物理节点的可用的CPU数目、内存容量和存储容量中的一种或多种的组合来表示，位置通过经纬度坐标来表示；单价是指单位容量的价格；
2)跨域物理链路的可用带宽、顶点和单价，其中，跨域物理链路是指连接本ISP与相邻ISP的链路，顶点是指它所连接的两个物理节点，单价是指单位带宽的价格；
3)域内物理链路的单价，其中，域内物理链路是指所有连接本域内物理节点的链路，单价是指每单位长度、单位带宽的价格。
步骤S3：VNP计算最优映射方案，然后将跨域虚拟网划分为N个虚拟子网，N为正整数。具体步骤如下：
S3.1VNP利用来自SP的跨域虚拟网请求信息和来自所有ISP的部分物理网络架构信息，建立一个增广网，在增广网中，跨域虚拟网中的每个虚拟节点分别对应一组备选物理节点，每条虚拟链路分别对应一条链接两个虚拟节点的物理链路；
进一步地，结合图4，增广网的建立步骤如下：
S3.1.1为每个虚拟节点寻找符合下列要求的物理节点：物理节点的可用容量不小于虚拟节点的期望容量，并且物理节点的位置与虚拟节点期望位置间的距离不超过虚拟节点的映射半径，将符合上述要求的物理节点称为虚拟节点的备选节点，所有备选节点构成的集合称为其备选集；
S3.1.2物理网络架构的基础上，增加域外增广链路，把每个虚拟节点与其所有备选节点连接起来；
S3.1.3增加域内增广链路，把每个物理网络内的物理节点两两相连，至此增广网构造完毕。
S3.2VNP使用上述步骤建立的增广网来计算具有最低映射价格的映射方案，并据此将跨域虚拟网划分为N个虚拟子网，每个虚拟子网分别对应于一个特定的ISP。
进一步地，将最优映射方案的计算过程抽象为最优化问题，包括以下步骤：
设立约束条件：每个虚拟节点能且仅能映射到一个备选节点，并且不同的虚拟节点不能映射到同一个物理节点，并且每条虚拟链路能且仅能映射到一条物理链路，并且每条物理链路承载的虚拟链路带宽之和不能超过其自身的可用带宽；
求取目标函数：最小化虚拟节点映射价格与虚拟链路映射价格之和。
步骤S4：VNP把N个虚拟子网分别发送至对应的ISP，由ISP进行域内映射，同时VNP初始化SUM=0，检查每个ISP的域内映射结果，并更新SUM。具体实现过程如下：
S4.1遍历每个ISP检查其虚拟子网是否映射成功，若成功，将SUM加1；
S4.2遍历每个ISP检查其虚拟子网是否映射成功，若失败，不对SUM做任何处理。
步骤S5：结合图5，检测上述SUM的值是否等于N，若相等，则跨域虚拟网映射成功，VNP向SP反馈成功信息，同时向各个ISP反馈成功信息，由ISP分配虚拟网所需的物理网络资源，若不相等，则跨域虚拟网映射失败，VNP向SP反馈失败信息，同时向各个ISP反馈失败信息，ISP不做任何处理。
进一步地，为了能使相关技术人员更清晰地了解本发明的跨域虚拟网映射方法，结合图6的应用示例示意图，概述如下：虚拟网用户SP负责定义所需要的跨域虚拟网，然后把该请求发送给VNP；网络运营商ISP向VNP提供本域内的部分物理网络架构信息。VNP利用上述信息做出最优决策方案，把跨域虚拟网划分为多个虚拟子网。每个虚拟子网由相应的ISP负责进行域内映射。根据所有虚拟子网的域内映射结果，VNP确定跨域虚拟网的最终映射结果，并反馈给SP和每个ISP。
进一步地，为了充分展示本发明的性能，对本发明的跨域虚拟网映射方法一个实施例的性能进行了仿真，并与其他三种假想的映射方法进行了比较。其他三种方法简要介绍如下：
1)基准方法：假设VNP拥有全部的ISP物理网络架构信息。这一假设在实际中不可行，因而是一种理想情况，在此仅作为评价其他方法的参照标准。
2)价格优先方法：VNP使用与本发明的跨域虚拟网映射方法相同的ISP物理网络架构信息，将虚拟节点映射到价格最低的备选物理节点上。
3)速度优先方法：VNP使用与本发明的跨域虚拟网映射方法相同的ISP物理网络架构信息，将虚拟节点映射到首个备选物理节点上，以优化映射速度。
图7是在不同的跨域虚拟网请求到达速率下，使用不同映射方法得到的映射成功率的仿真结果。如图7所示，本发明的跨域虚拟网映射方法的一个实施例在各种请求达到速率下，均接近理想值的80-90%。同时，对比三种使用部分物理网络信息的方法，本发明的跨域虚拟网映射方法始终优于其他两种方法。
本发明提出的跨域虚拟网映射方法不仅能最大限度地兼容现有的互联网商业模型，而且有效地保护了ISP的商业机密信息，实现高效的跨域虚拟网映射，有利于推动跨域虚拟网的大规模部署和应用。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种跨域虚拟网映射方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.虚拟网用户SP根据业务需求提出跨域虚拟网请求，并发送给虚拟网供应商VNP；
S2.所述VNP接到来自所述SP的跨域虚拟网请求后，向每个运营商ISP索取各自域内的最新物理网络架构信息；
S3.所述VNP计算最优映射方案，然后将所述跨域虚拟网划分为N个虚拟子网，N为正整数；
S4.所述VNP把N个所述虚拟子网分别发送至所述对应的ISP，由所述ISP进行域内映射，同时VNP初始化SUM=0，检查所述每个ISP的域内映射结果并更新所述SUM；以及
S5.检测所述SUM的值是否等于所述N，若相等，则跨域虚拟网映射成功，所述VNP向所述SP反馈成功信息，同时向所述各个ISP反馈成功信息，由所述ISP分配所述虚拟网所需的物理网络资源，若不相等，则跨域虚拟网映射失败，所述VNP向所述SP反馈失败信息，同时向所述各个ISP反馈失败信息，所述ISP不做任何处理。
2.如权利要求1所述的跨域虚拟网映射方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述跨域虚拟网请求包括：虚拟节点和虚拟链路，其中，
所述虚拟节点，包括期望容量、期望位置和映射半径，其中，所述期望容量用于描述所述虚拟节点工作能力，通过网络路由器CPU数目、内存容量和存储容量中的一种或多种的组合来表示，所述期望位置通过经纬度坐标来表示，所述映射半径用于限定虚拟节点实际映射位置和期望位置之间的最远距离；
所述虚拟链路，包括顶点和期望带宽。
3.如权利要求1所述的跨域虚拟网映射方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述ISP的物理网络架构信息包括：
物理节点的可用容量、位置和单价，其中，所述可用容量用于描述所述物理节点剩余工作能力，通过所述物理节点的可用的CPU数目、内存容量和存储容量中的一种或多种的组合来表示，所述位置通过经纬度坐标来表示；所述单价是指单位容量的价格；
跨域物理链路的可用带宽、顶点和单价，其中，所述跨域物理链路是指连接所述本ISP与所述相邻ISP的链路，所述顶点是指它所连接的两个所述物理节点，所述单价是指单位带宽的价格；
域内物理链路的单价，其中，所述域内物理链路是指所有连接本域内所述物理节点的链路，所述单价是指每单位长度、单位带宽的价格。
4.如权利要求1所述的跨域虚拟网映射方法，其特征在于，所述将所述跨域虚拟网划分为N个虚拟子网包括：
S3.1所述VNP利用来自所述SP的跨域虚拟网请求信息和来自所有所述ISP的部分物理网络架构信息，建立一个增广网，在所述增广网中，所述跨域虚拟网中的每个所述虚拟节点分别对应一组备选物理节点，每条所述虚拟链路分别对应一条链接两个所述虚拟节点的物理链路；
S3.2所述VNP使用所述增广网计算具有最低映射价格的映射方案，并据此将所述跨域虚拟网划分为N个虚拟子网，每个所述虚拟子网分别对应于一个特定的ISP。
5.如权利要求1-4任一项所述的跨域虚拟网映射方法，其特征在于，所述步骤S3.1包括：
S3.1.1为每个所述虚拟节点寻找符合下列要求的物理节点：所述物理节点的可用容量不小于所述虚拟节点的期望容量，并且所述物理节点的位置与所述虚拟节点期望位置间的距离不超过所述虚拟节点的映射半径，将符合上述要求的所述物理节点称为所述虚拟节点的备选节点，所有所述备选节点构成的集合称为其备选集；
S3.1.2所述的物理网络架构的基础上，增加域外增广链路，把每个所述虚拟节点与其所有所述备选节点连接起来；
S3.1.3增加域内增广链路，把每个物理网络内的所述物理节点两两相连，至此所述增广网构造完毕。
6.如权利要求1-5任一项所述的跨域虚拟网映射方法，其特征在于，所述VNP计算最优映射方案，包括以下步骤：
设立约束条件：每个所述虚拟节点能且仅能映射到一个所述备选节点，并且不同的所述虚拟节点不能映射到同一个所述物理节点，并且每条所述虚拟链路能且仅能映射到一条物理链路，并且每条所述物理链路承载的所述虚拟链路带宽之和不能超过其自身的可用带宽；
求取目标函数：最小化所述虚拟节点映射价格与所述虚拟链路映射价格之和。
7.如权利要求1-6任一项所述的跨域虚拟网映射方法，其特征在于，所述检查所述每个ISP的域内映射结果并更新所述SUM包括：
S4.1遍历所述每个ISP检查其虚拟子网是否映射成功，若成功，将所述SUM加1；
S4.2遍历所述每个ISP检查其虚拟子网是否映射成功，若失败，不对所述SUM做任何处理。
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