CN105141462A - 区域故障虚拟网络资源分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种区域性故障虚拟网络资源分配方法及系统，初始化资源池及底层网络的拓扑资源；根据区域性故障场景的场景资源损失及所述拓扑资源，确定可用资源，并对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案；确定每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗；确定最终分配方案，所述最终分配方案为资源消耗最少的映射方案所对应的资源池分配方案。该区域性故障虚拟网络资源分配方法及系统，在发生多种区域性故障时，根据每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗，确定最终分配方案为资源消耗最小的映射方案所对应的区域性故障场景下的资源池分配方案，可以使最终分配方案所需要的备份资源的资源消耗少。

Description

区域故障虚拟网络资源分配方法及系统

技术领域

本发明涉及虚拟网络资源分配领域，尤其涉及一种区域故障虚拟网络资源分配方法及系统。

背景技术

随着互联网的迅猛发展，网络用户规模以及业务规模不断扩大，传统的IP互联网体系结构已经适应当前互联网全球规模的扩增速度。作为推动当前互联网发展和创新的重要手段，网络虚拟化技术支持多个虚拟网络彼此隔离地共享物理网络资源，能够经济快速地创建虚拟网络，并在虚拟网络上按照用户的需求部署网络业务。高效可靠的资源分配方法是网络虚拟化技术得以发展的关键因素之一。

虚拟网映射根据不同的业务需求，通过相关算法高效地将底层网络设施(如光网络和数据中心网络)的物理资源(如带宽容量和CPU计算能力)分配给多种应用和服务。近年来，两种互联网应用——网格计算和云计算服务，正是通过将虚拟网络映射到底层物理网络上的技术手段而得以实现。随着网络虚拟化的发展和推广，虚拟网生存性的研究变得越来越重要。

区域性故障是指在某一地理区域内同时发生的多节点多链路故障。区域性故障多由地震、海啸等自然灾害或者人为物理攻击等事件触发，鉴于不同种类的灾害的强度以及作用范围不同，因此不同种类的灾害触发的区域性故障严重程度不同。为了使网络适应多种可能出现的灾害影响场景，可以将由某种灾害触发的同时故障的节点和链路编为一组，记为一种区域性故障场景，然后可以将问题简化为解决某种区域故障场景下的虚拟网络可生存型映射问题。

当前区域性故障的资源分配方法在接收一个虚拟网络创建请求时不仅为其分配正常工作所用的物理资源，还主动为其分配等量的备份用物理资源。当底层故障发生时，直接将受影响的虚拟资源迁移到备用物理资源上，从而保证虚拟网络提供的服务不被中断。该备份策略能够有效地解决单节点单链路故障下的生存性映射，但对于某一地理区域内多节点多链路同时发生的区域性故障发生的情况则会存在备份资源浪费的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种实现备份资源总量少的区域性故障虚拟网络资源分配方法和系统。

一种区域性故障虚拟网络资源分配方法，包括步骤：

初始化资源池及底层网络的拓扑资源；

根据区域性故障场景的场景资源损失及所述拓扑资源，确定可用资源，并对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案；

确定每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗；

确定最终分配方案，所述最终分配方案为资源消耗最少的映射方案所对应的资源池分配方案。

一种区域性故障虚拟网络资源分配系统，包括：

初始化模块，用于初始化资源池及底层网络的拓扑资源；

场景资源分配模块，用于根据区域性故障场景的场景资源损失及所述拓扑资源，确定可用资源，并对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案；

资源消耗确定模块，用于确定每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗；

最终方案确定模块，用于确定最终分配方案，所述最终分配方案为资源消耗最少的映射方案所对应的资源池分配方案。

上述区域性故障虚拟网络资源分配方法及系统，在发生多种区域性故障时，对不同区域性故障场景，分别进行虚拟网络映射得到该区域性故障场景下的虚拟网络映射方案及该映射方案对应的资源池分配方案；并根据每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗，确定最终分配方案为资源消耗最小的映射方案所对应的区域性故障场景下的资源池分配方案。如此，可以使最终分配方案所需要的备份资源的资源消耗少。

附图说明

图1为一种实施方式的区域性故障虚拟网络资源分配方法的流程图；

图2为图1中的步骤S150的具体的流程图；

图3为图2中的步骤S157的更具体的流程图；

图4为一种实施方式的区域性故障虚拟网络资源分配系统的结构图；

图5为图4中的场景资源分配模块的单元结构图；

图6为图5中的拓扑资源更新单元的子单元结构图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一种实施方式的区域性故障虚拟网络资源分配方法，包括如下步骤：

S130：初始化资源池及底层网络的拓扑资源。

对底层网络拓扑资源以及资源池进行初始化。其中，初始化的底层网络拓扑资源是底层网络无故障发生时的拓扑资源。资源池中包括节点和链路，资源池中的节点和链路为备用资源，用于故障节点和链路的恢复，从而保证虚拟网络正常工作。

S150：根据区域性故障场景的场景资源损失及所述拓扑资源，确定可用资源，并对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案。

可用资源为现有的拓扑资源减去该区域性故障场景的场景资源损失。采用现有的基于链路优先的快速协同虚拟网络映射算法对可用资源及资源池进行虚拟网络映射，得到该区域性故障场景下的虚拟网络的映射方案，根据该映射方案可以确定该区域性故障场景下该映射方案所对应的资源池分配方案。

在其中一个实施例中，资源池、底层网络的拓扑资源及基于链路优先的快速协同虚拟网络映射算法需要输入的虚拟网络请求均可以由GT-ITM(拓扑生成器)软件生成。

可以用Z表示k种区域性故障的排列集合，即区域性故障场景的集合。z_i定义为一种区域性故障场景，表示k种区域性故障排列方案中一种特定的排序方案，即可以表示各种区域性故障按某种特定顺序排列的场景。F表示故障集合，f_n表示第n种故障。形式化描述为：z_i∈Z，(i＝1，2，…，k！)，z_i＝{f₁ ⁱ，f₂ ⁱ...f_k ⁱ}，1≤n≤k，其中，k是非零自然数。

该步骤针对k！种区域性故障场景中的每一种区域性故障场景计算当前可用的底层网络资源，并可以为每一种区域性故障进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案。

S170：确定每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗。

在本实施例中，定义虚拟网络的映射方案的资源消耗来评价映射和资源池分配效果。资源消耗的目标函数定义为：

$\cos t*={\mathrm{\Σ}}_{x\∈E^a}{\mathrm{rl}}_x+{\mathrm{\Σ}}_{y\∈N^a}{\mathrm{rn}}_y$

用无向图G^a＝(N^a，E^a)表示资源池，其中，N^a表示备用的节点集合，E^a表示备用的链路集合。x和y分别代表资源池Gⁿ中的链路和节点。rl_x代表资源池中物理链路上可用的带宽量，rn_y代表资源池中物理节点上可用的CPU计算资源量。该目标函数式表征某种映射方案在G^a中的资源占用情况，cost*越小，所需要在G^a中配置的可调度资源也就越少。

S190：确定最终分配方案，所述最终分配方案为资源消耗最少的映射方案所对应的资源池分配方案。

根据每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗，确定最终分配方案为资源消耗最小的映射方案所对应的区域性故障场景下的资源池分配方案。如此，按照最终分配方案进行区域性故障虚拟网络资源分配时，可以保证备份资源的资源消耗少。

请继续参照图1，在其中一个实施例中，步骤S150之前，还包括步骤：

S110：获取各种区域性故障场景及每种区域性故障的类别资源损失。

其中，所述区域性故障场景是各种区域性故障按不同顺序排列的场景。k种区域性故障有k！种区域性故障场景。获取k！种区域性故障场景，并针对k种区域性故障中的每一种区域性故障，按照该区域性故障的类别的排列顺序获取该区域性故障场景下该区域性故障的类别资源损失。

S120：根据区域性故障场景及每种区域性故障的类别资源损失，确定区域故障场景的场景资源损失。

根据每一种区域性故障场景的区域性故障的顺序，及每种区域性故障的类别资源损失，可以确定区域故障场景的场景资源损失。

对于每一种区域性故障场景的资源池分配方案的确定，在其中一个实施例中，请参照图2，步骤S150包括：

S151：根据所述拓扑资源及区域性故障的类别资源损失，确定可用资源。

在某一种特定的区域性故障场景中，根据当前拓扑资源及当前所处理到的区域性故障类别可以确定当前的可用资源。

S153：对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案。

可以采用现有的基于链路优先的快速协同虚拟网络映射算法对当前可用资源及资源池进行虚拟网络映射，得到一个对当前处理到的区域性故障类别进行恢复的映射方案及与该映射方案对应的资源池分配方案。

S157：根据所述资源池分配方案更新所述拓扑资源。

对当前正在处理的区域性故障类别，恢复当前正在处理的区域性故障的资源。

S159：重复上述步骤，直至遍历完所述区域性故障场景的所有故障类别。

重复步骤S151至步骤S157，直至遍历完所述区域性故障场景的所有故障类别，即处理完该区域性故障场景下所有类别的区域性故障。

在其中一个实施例中，如图3所示，步骤S157具体包括：

S1571：根据所述资源池分配方案向所述资源池申请备份资源。

S1573：根据所述拓扑资源及申请到的所述备份资源更新所述拓扑资源。

本实施例可以向资源池申请恢复受影响的节点和链路所需的备份资源，并根据备份资源及原有的拓扑资源更新拓扑资源。

本实施例之外的其它实施例中，可以不必在每次处理当前类别的区域性故障时申请备份资源，而在确定了最终分配方案之后一次性申请备份资源，避免申请后又要退回的情况，可以节约系统资源。

为了进一步优化资源池分配方案，减少资源池分配方案所使用的备用资源，以减少最终分配方案所使用的备份资源。在其中一个实施例中，在遍历到所述区域故障场景的最后一个区域性故障类别时，步骤S153之后，步骤S157之前，还包括步骤：

S155：根据所述资源池分配方案中是否存在重复的备用资源保持或更新所述资源池分配方案。

当资源池分配方案中存在重复的备用资源时，将重复部分的备用资源退回资源池，并更新资源池分配方案。当资源池分配方案中不存在重复的备用资源时，保持资源池分配方案。

上述区域性故障虚拟网络资源分配方法，在发生多种区域性故障时，对不同区域性故障场景，分别进行虚拟网络映射得到该区域性故障场景下的虚拟网络映射方案及该映射方案对应的资源池分配方案；并根据每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗，确定最终分配方案为资源消耗最小的映射方案所对应的区域性故障场景下的资源池分配方案。如此，可以使最终分配方案所需要的备份资源的资源消耗少。

如图4所示，一种实施方式的区域性故障虚拟网络资源分配系统，包括如下模块：

初始化模块130，用于初始化资源池及底层网络的拓扑资源。

对底层网络拓扑资源以及资源池进行初始化。其中，初始化的底层网络拓扑资源是底层网络无故障发生时的拓扑资源。资源池中包括节点和链路，资源池中的节点和链路为备用资源，用于故障节点和链路的恢复，从而保证虚拟网络正常工作。

场景资源分配模块150，用于根据区域性故障场景的场景资源损失及所述拓扑资源，确定可用资源，并对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案。

可用资源为现有的拓扑资源减去该区域性故障场景的场景资源损失。采用现有的基于链路优先的快速协同虚拟网络映射算法对可用资源及资源池进行虚拟网络映射，得到该区域性故障场景下的虚拟网络的映射方案，根据该映射方案可以确定该区域性故障场景下该映射方案所对应的资源池分配方案。

在其中一个实施例中，资源池、底层网络的拓扑资源及基于链路优先的快速协同虚拟网络映射算法需要输入的虚拟网络请求均可以由GT-ITM(拓扑生成器)软件生成。

可以用Z表示k种区域性故障的排列集合，即区域性故障场景的集合。z_i定义为一种区域性故障场景，表示k种区域性故障排列方案中一种特定的排序方案，即可以表示各种区域性故障按某种特定顺序排列的场景。F表示故障集合，f_n表示第n种故障。形式化描述为：z_i∈Z，(i＝1，2，…，k！)，z_i＝{f₁ ⁱ，f₂ ⁱ...f_k ⁱ}，1≤n≤k，其中，k是非零自然数。

该模块针对k！种区域性故障场景中的每一种区域性故障场景计算当前可用的底层网络资源，并可以为每一种区域性故障进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案。

资源消耗确定模块170，用于确定每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗。

在本实施例中，定义虚拟网络的映射方案的资源消耗来评价映射和资源池分配效果。资源消耗的目标函数定义为：

$\cos t*={\mathrm{\Σ}}_{x\∈E^a}{\mathrm{rl}}_x+{\mathrm{\Σ}}_{y\∈N^a}{\mathrm{rn}}_y$

用无向图G^a＝(N^a，E^a)表示资源池，其中，N^a表示备用的节点集合，E^a表示备用的链路集合。x和y分别代表资源池G^a中的链路和节点。rl_x代表资源池中物理链路上可用的带宽量，rn_y代表资源池中物理节点上可用的CPU计算资源量。该目标函数式表征某种映射方案在G^a中的资源占用情况，cost*越小，所需要在G^a中配置的可调度资源也就越少。

最终方案确定模块190，用于确定最终分配方案，所述最终分配方案为资源消耗最少的映射方案所对应的资源池分配方案。

最终方案确定模块190根据每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗，确定最终分配方案为资源消耗最小的映射方案所对应的区域性故障场景下的资源池分配方案。如此，按照最终分配方案进行区域性故障虚拟网络资源分配时，可以保证备份资源的资源消耗少。

请继续参照图4，在其中一个实施例中，区域性故障虚拟网络资源分配系统还包括：

场景获取模块110，用于获取各种区域性故障场景及每种区域性故障的类别资源损失。

其中，所述区域性故障场景是各种区域性故障按不同顺序排列的场景。k种区域性故障有k！种区域性故障场景。获取k！种区域性故障场景，并针对k种区域性故障中的每一种区域性故障，按照该区域性故障的类别的排列顺序获取该区域性故障场景下该区域性故障的类别资源损失。

场景损失确定模块120，用于根据区域性故障场景及每种区域性故障的类别资源损失，确定区域故障场景的场景资源损失。

根据每一种区域性故障场景的区域性故障的顺序，及每种区域性故障的类别资源损失，可以确定区域故障场景的场景资源损失。

对于每一种区域性故障场景的资源池分配方案的确定，在其中一个实施例中，请参照图5，场景资源分配模块150包括：

可用资源确定单元151，用于根据所述拓扑资源及区域性故障的类别资源损失，确定可用资源。

在某一种特定的区域性故障场景中，根据当前拓扑资源及当前所处理到的区域性故障类别可以确定当前的可用资源。

资源分配单元153，用于对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案。

可以采用现有的基于链路优先的快速协同虚拟网络映射算法对当前可用资源及资源池进行虚拟网络映射，得到一个对当前处理到的区域性故障类别进行恢复的映射方案及与该映射方案对应的资源池分配方案。

拓扑资源更新单元157，用于根据所述资源池分配方案更新所述拓扑资源。

对当前正在处理的区域性故障类别，恢复当前正在处理的区域性故障的资源。

遍历单元159，用于重复调用上述单元，直至遍历完所述区域性故障场景的所有故障类别。

重复调用可用资源确定单元151、资源分配单元153及拓扑资源更新单元157，直至遍历完所述区域性故障场景的所有故障类别，即处理完该区域性故障场景下所有类别的区域性故障。

在其中一个实施例中，如图6所示，拓扑资源更新单元157具体包括：

备份申请子单元1571，用于根据所述资源池分配方案向所述资源池申请备份资源。

拓扑更新子单元1573，用于根据所述拓扑资源及申请到的所述备份资源更新所述拓扑资源。

本实施例可以向资源池申请恢复受影响的节点和链路所需的备份资源，并根据备份资源及原有的拓扑资源更新拓扑资源。

本实施例之外的其它实施例中，可以不必在每次处理当前类别的区域性故障时申请备份资源，而在确定了最终分配方案之后一次性申请备份资源，避免申请后又要退回的情况，可以节约系统资源。

为了进一步优化资源池分配方案，减少资源池分配方案所使用的备用资源，以减少最终分配方案所使用的备份资源。在其中一个实施例中，场景资源分配模块150还包括：

分配更新单元155，用于在遍历到所述区域故障场景的最后一个区域性故障类别时，根据所述资源池分配方案中是否存在重复的备用资源保持或更新所述资源池分配方案。

当资源池分配方案中存在重复的备用资源时，将重复部分的备用资源退回资源池，并更新资源池分配方案。当资源池分配方案中不存在重复的备用资源时，保持资源池分配方案。

上述区域性故障虚拟网络资源分配系统，在发生多种区域性故障时，场景资源分配模块150对不同区域性故障场景，分别进行虚拟网络映射得到该区域性故障场景下的虚拟网络映射方案及该映射方案对应的资源池分配方案；最终方案确定模块190根据每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗，确定最终分配方案为资源消耗最小的映射方案所对应的区域性故障场景下的资源池分配方案。如此，可以使最终分配方案所需要的备份资源的资源消耗少。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种区域性故障虚拟网络资源分配方法，其特征在于，包括步骤：

初始化资源池及底层网络的拓扑资源；

根据区域性故障场景的场景资源损失及所述拓扑资源，确定可用资源，并对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案；

确定每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗；

确定最终分配方案，所述最终分配方案为资源消耗最少的映射方案所对应的资源池分配方案。

2.根据权利要求1所述的区域性故障虚拟网络资源分配方法，其特征在于，所述确定可用资源的步骤之前，还包括步骤：

获取各种区域性故障场景及每种区域性故障的类别资源损失；

根据区域性故障场景及每种区域性故障的类别资源损失，确定区域故障场景的场景资源损失；

其中，所述区域性故障场景是各种区域性故障按不同顺序排列的场景。

3.根据权利要求1所述的区域性故障虚拟网络资源分配方法，其特征在于，所述确定可用资源，并确定资源池分配方案的步骤包括：

根据所述拓扑资源及区域性故障的类别资源损失，确定可用资源；

对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案；

根据所述资源池分配方案更新所述拓扑资源；

重复上述步骤，直至遍历完所述区域性故障场景的所有故障类别。

4.根据权利要求3所述的区域性故障虚拟网络资源分配方法，其特征在于，在遍历到所述区域故障场景的最后一个区域性故障类别时，所述确定所述资源池分配方案的步骤之后，所述根据所述资源池分配方案更新所述拓扑资源的步骤之前，还包括步骤：

根据所述资源池分配方案中是否存在重复的备用资源保持或更新所述资源池分配方案。

5.根据权利要求3所述的区域性故障虚拟网络资源分配方法，其特征在于，所述根据所述资源池分配方案更新所述拓扑资源的步骤具体包括：

根据所述资源池分配方案向所述资源池申请备份资源；

根据所述拓扑资源及申请到的所述备份资源更新所述拓扑资源。

6.一种区域性故障虚拟网络资源分配系统，其特征在于，包括：

初始化模块，用于初始化资源池及底层网络的拓扑资源；

场景资源分配模块，用于根据区域性故障场景的场景资源损失及所述拓扑资源，确定可用资源，并对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案；

资源消耗确定模块，用于确定每种区域性故障场景下映射方案的资源消耗；

最终方案确定模块，用于确定最终分配方案，所述最终分配方案为资源消耗最少的映射方案所对应的资源池分配方案。

7.根据权利要求6所述的区域性故障虚拟网络资源分配系统，其特征在于，还包括：

场景获取模块，用于获取各种区域性故障场景及每种区域性故障的类别资源损失；

场景损失确定模块，用于根据区域性故障场景及每种区域性故障的类别资源损失，确定区域故障场景的场景资源损失；

其中，所述区域性故障场景是各种区域性故障按不同顺序排列的场景。

8.根据权利要求6所述的区域性故障虚拟网络资源分配系统，其特征在于，所述场景资源分配模块，包括：

可用资源确定单元，用于根据所述拓扑资源及区域性故障的类别资源损失，确定可用资源；

资源分配单元，用于对所述可用资源及所述资源池进行虚拟网络映射确定映射方案及资源池分配方案；

拓扑资源更新单元，用于根据所述资源池分配方案更新所述拓扑资源；

遍历单元，用于重复调用上述单元，直至遍历完所述区域性故障场景的所有故障类别。

9.根据权利要求8所述的区域性故障虚拟网络资源分配系统，其特征在于，所述场景资源分配模块还包括：

分配更新单元，用于在遍历到所述区域故障场景的最后一个区域性故障类别时，根据所述资源池分配方案中是否存在重复的备用资源保持或更新所述资源池分配方案。

10.根据权利要求8所述的区域性故障虚拟网络资源分配系统，其特征在于，所述拓扑资源更新单元具体包括：

备份申请子单元，用于根据所述资源池分配方案向所述资源池申请备份资源；

拓扑更新子单元，用于根据所述拓扑资源及申请到的所述备份资源更新所述拓扑资源。