CN106209415A - 一种虚拟网络映射方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种虚拟网络映射方法及系统，方法包括：接收虚拟网络映射请求，并判断虚拟网络映射请求的重要等级；基于虚拟网络映射请求所请求映射的目标物理网络的网络拓扑，计算网络拓扑中所涵盖的物理节点的初始备份能力；基于初始备份能力、重要等级和预设映射表，对虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射。应用本发明实施例，可以在保证虚拟网络映射的可靠性和高效性的同时，提高虚拟网络接收率。

Description

一种虚拟网络映射方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种虚拟网络映射方法及系统。

背景技术

现有技术中，为了应对当前因特网网络僵化的问题，提出了网络虚拟化技术：将虚拟网络映射在物理设施网络上，可以通过映射在同一物理设施网络上的多个虚拟网络来实现终端用户接入网络服务的需求，并能够调整物理资源的分配，有效地解决了当前因特网网络僵化的问题。

但是，当物理设施网络发生故障或性能裂化时，会影响其承载的虚拟网络，并很可能导致其承载的虚拟网络上的服务中断，若发生服务中断，物理设施提供商必须按照约定向服务提供商支付相应的赔偿；服务提供商也会由于服务体验差而蒙受经济损失。而在应对可能发生的物理设施故障的虚拟网映射方案上，现有的方案大多是在接受一个虚拟网络请求时，为其分配一个工作物理资源，同时还为其分配一个备份物理资源，旨在提高虚拟网络的可靠性和高效性，并未考虑提高虚拟网络的接收率。

因此，亟需提供一种新的虚拟网络映射方案，以在保证虚拟网络映射的可靠性和高效性的同时，提高虚拟网络的接收率。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种虚拟网络映射方案，以在应对基础网络设施故障时，在保证虚拟网络的可靠性和高效性的同时，提高虚拟网络的接收率。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种虚拟网络映射方法，所述方法可以包括：

接收虚拟网络映射请求，并判断所述虚拟网络映射请求的重要等级；

基于所述虚拟网络映射请求所请求映射的目标物理网络的网络拓扑，计算所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的初始备份能力；

基于所述初始备份能力、所述重要等级和预设映射表，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，以为所述虚拟网络映射请求分配工作物理节点和工作物理链路，其中，所述预设映射表记录了所述虚拟网络和所述网络拓扑中所涵盖的物理节点及物理链路的映射关系，其中，所述工作物理节点为所述网络拓扑中所涵盖的物理节点，所述工作物理链路为所述网络拓扑中所涵盖的物理链路。

可选地，所述计算所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的初始备份能力，可以包括：

利用广度优先搜索算法和预设的备份节点候选集合计算公式，获得所述网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，其中，所述备份节点候选集合计算公式为：

$C(x,h)=\underset{s=1}{\overset{h}{\Σ}}{N}_s$

其中，所述C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，所述N表示在s跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，其中，1≤s≤h；

根据所述网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，计算所述备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力。

可选地，所述根据所述网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，计算所述备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力，可以包括：

判断目标备份节点候选集合是否为空集，当判断所述目标备份节点候选集合不是空集时，确定所述目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为1，否则，确定所述目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为0。

可选地，所述基于所述初始备份能力、所述重要等级和预设映射表，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，可以包括：

基于所述初始备份能力、所述重要等级、预设映射表和映射约束条件，利用预设的虚拟网映射最优化公式计算得到虚拟网络映射方案；

根据所述虚拟网络映射方案，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，其中，所述虚拟网络映射方案中包括为所述虚拟网络分配的工作物理节点和工作物理链路节点；

其中，所述虚拟网映射最优化公式为：

$y=\min :\underset{(u,v)\∈E^s}{\Σ}\frac{{\Σ}_i{f}_{uv}^i}{{\mathrm{bw}}_a(u,v)+\mathrm{\δ}}-\mathrm{\γ}\underset{v\∈N^S}{\Σ}B\left(v\right)\underset{v^{\′}\∈M_c^V}{\Σ}{x}_{v^{\′}v}$

其中，所述表示虚拟网络中第i条虚拟链路映射在物理链路(u,v)上所占的总带宽，所述bw_a(u,v)表示物理链路(u,v)上可用的总带宽，所述γ表示第一预设常数，所述δ为第二预设常数，所述B(v)表示物理节点v的备份能力，所述x_v'v表示虚拟节点v'与物理节点v的映射关系，其中，x_v'v＝1表示虚拟节点v'映射到物理节点v上，x_v'v＝0表示虚拟节点v'未映射到物理节点v上，所述E^s表示物理链路集合，所述N^S表示物理节点集合，所述表示重要虚拟节点集合。

可选地，在所述基于所述初始备份能力、所述重要等级和预设映射表，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射后，所述方法还可以包括：

基于预设备份能力更新计算公式，重新计算所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的新的备份能力，并根据所述新的备份能力更新所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的备份能力，其中，所述预设备份能力更新计算公式为：

$B\left(x\right)=1-\underset{r\∈C(x,h)}{\Π}(1-P(r\left)\right)$

其中，所述B(x)表示在物理节点x发生故障时，至少存在一个备份节点能够完成故障恢复的概率,所述P(r)表示在物理节点x发生故障时，可以使用物理节点r替代物理节点x恢复故障的概率，所述C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合；其中，

$P\left(r\right)=(1-e^{-\frac{C_a\left(r\right)}{C_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})(1-e^{-\frac{{\mathrm{bw}}_a\left(r\right)}{{\mathrm{bw}}_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})$

其中，所述C_a(r)表示物理节点r上可用的CPU资源，所述C_u(x)表示物理节点x上已用的CPU资源，所述δ表示第二预设常数，所述bw_a(r)表示与物理节点r相连的物理链路的可用带宽总和，所述bw_u(x)表示与物理节点x相连的物理链路的已用带宽总和。

第二方面，本发明实施例提供了一种虚拟网络映射系统，所述系统可以包括：接收单元、接收单元和映射单元；

所述接收单元，用于接收虚拟网络映射请求，并判断所述虚拟网络映射请求的重要等级；

所述计算单元，用于基于所述虚拟网络映射请求所请求映射的目标物理网络的网络拓扑，计算所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的初始备份能力；

所述映射单元，用于基于所述初始备份能力、所述重要等级和预设映射表，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，以为所述虚拟网络映射请求分配工作物理节点和工作物理链路，其中，所述预设映射表记录了所述虚拟网络和所述网络拓扑中所涵盖的物理节点及物理链路的映射关系，其中，所述工作物理节点为所述网络拓扑中所涵盖的物理节点，所述工作物理链路为所述网络拓扑中所涵盖的物理链路。

可选地，所述计算单元，可以包括：获取子单元和第一计算子单元；

所述获取子单元，用于利用广度优先搜索算法和预设的备份节点候选集合计算公式，获得所述网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，其中，所述备份节点候选集合计算公式为：

$C(x,h)=\underset{s=1}{\overset{h}{\Σ}}{N}_s$

其中，所述C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，所述N表示在s跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，其中，1≤s≤h；

所述第一计算子单元，用于根据所述网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，计算所述备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力。

可选地，所述计算子单元，可以包括：判断子模块；

所述判断子模块，用于判断目标备份节点候选集合是否为空集，当判断所述目标备份节点候选集合不是空集时，确定所述目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为1，否则，确定所述目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为0。

可选地，所述映射单元，可以包括：第二计算子单元和映射子单元；

所述第二计算子单元，用于基于所述初始备份能力、所述重要等级、预设映射表和映射约束条件，利用预设的虚拟网映射最优化公式计算得到虚拟网络映射方案；

所述映射子单元，用于根据所述虚拟网络映射方案，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，其中，所述虚拟网络映射方案中包括为所述虚拟网络分配的工作物理节点和工作物理链路节点；

其中，所述虚拟网映射最优化公式为：

$y=\min :\underset{(u,v)\∈E^s}{\Σ}\frac{{\Σ}_i{f}_{uv}^i}{{\mathrm{bw}}_a(u,v)+\mathrm{\δ}}-\mathrm{\γ}\underset{v\∈N^S}{\Σ}B\left(v\right)\underset{v^{\′}\∈M_c^V}{\Σ}{x}_{v^{\′}v}$

其中，所述表示虚拟网络中第i条虚拟链路映射在物理链路(u,v)上所占的总带宽，所述bw_a(u,v)表示物理链路(u,v)上可用的总带宽，所述γ表示第一预设常数，所述δ为第二预设常数，所述B(v)表示物理节点v的备份能力，所述x_v'v表示虚拟节点v'与物理节点v的映射关系，其中，x_v'v＝1表示虚拟节点v'映射到物理节点v上，x_v'v＝0表示虚拟节点v'未映射到物理节点v上，所述E^s表示物理链路集合，所述N^S表示物理节点集合，所述表示重要虚拟节点集合。

可选地，所述系统还可以包括：备份能力更新单元；

所述备份能力更新单元，用于基于预设备份能力更新计算公式，重新计算所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的新的备份能力，并根据所述新的备份能力更新所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的备份能力，其中，所述预设备份能力更新计算公式为：

$B\left(x\right)=1-\underset{r\∈C(x,h)}{\Π}(1-P(r\left)\right)$

其中，所述B(x)表示在物理节点x发生故障时，至少存在一个备份节点能够完成故障恢复的概率,所述P(r)表示在物理节点x发生故障时，可以使用物理节点r替代物理节点x恢复故障的概率，所述C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合；其中，

$P\left(r\right)=(1-e^{-\frac{C_a\left(r\right)}{C_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})(1-e^{-\frac{{\mathrm{bw}}_a\left(r\right)}{{\mathrm{bw}}_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})$

其中，所述C_a(r)表示物理节点r上可用的CPU资源，所述C_u(x)表示物理节点x上已用的CPU资源，所述δ表示第二预设常数，所述bw_a(r)表示与物理节点r相连的物理链路的可用带宽总和，所述bw_u(x)表示与物理节点x相连的物理链路的已用带宽总和。

本发明实施例提供的虚拟网络映射方法及系统，可以通过计算目标物理网络中各个物理节点的初始备份能力，将重要的虚拟节点映射在初始备份能力强的物理节点上，实现将可替代该初始备份能力强的物理节点的物理节点作为潜在的备份资源，降低了工作物理节点与备用物理节点的关联程度；另外，在将虚拟网络映射至该目标物理网络时，可基于虚拟网络的重要等级分配相应初始备份能力的物理节点，只需分配工作物理节点，并不需要预先分配备用物理节点，节省了物理节点资源，并保证了虚拟网络的可靠性和高效性，提高了物理节点对虚拟网络的接收率，从而提高了服务提供商的长期运营利润。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种虚拟网络映射方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种虚拟网络映射系统的结构示意图；

图3为采用算法二对虚拟网络进行映射的方案的临界赔偿系数图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种虚拟网络映射方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供了一种虚拟网络映射方法，如图1所示，该方法可以包括：

S101：接收虚拟网络映射请求，并判断该虚拟网络映射请求的重要等级；

其中，接收虚拟网络映射请求，并在接收到虚拟网络映射请求后，通过判断该虚拟网络映射请求的重要等级，获取该虚拟网络映射请求所要求的可靠性，以方便后续基于该重要等级对该虚拟网络请求进行映射。

需要强调的是，判断虚拟网络映射请求的重要等级可包括对该请求所对应的业务的重要等级进行判断，也可仅对该虚拟网络映射请求中给定的重要虚拟节点的重要等级进行判断，当然，也可以对上述提到两种判断都进行判断。其中，可以通过业务所要求的可靠性确定业务的重要等级，当然并不局限于此。

S102：基于该虚拟网络映射请求所请求映射的目标物理网络的网络拓扑，计算该网络拓扑中所涵盖的物理节点的初始备份能力；

其中，在接收到虚拟网络映射请求时，确定该虚拟网络映射请求所请求映射的目标物理网络，以及该目标物理网络的网络拓扑，并计算该网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的初始备份能力。

值得强调的是，当虚拟网络映射请求所请求映射的目标物理网络不满足映射约束条件时，不响应该虚拟网络映射请求。其中，映射约束条件可包括：虚拟网络映射请求中的虚拟链路所需带宽不大于所请求映射的物理链路的可用带宽，且虚拟节点所需的CPU能力不大于所请求映射的物理节点的可用CPU能力。当然并不局限于此，且该映射约束条件可由本领域的技术人员根据具体情况进行设定，在此不做详述。

S103：基于该初始备份能力、该重要等级和预设映射表，对该虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，以为该虚拟网络映射请求分配工作物理节点和工作物理链路，其中，该预设映射表记录了该虚拟网络和该网络拓扑中所涵盖的物理节点及物理链路的映射关系，其中，该工作物理节点为该网络拓扑中所涵盖的物理节点，该工作物理链路为该网络拓扑中所涵盖的物理链路。

其中，可基于预设映射表中所记录的映射关系，将该虚拟网络中重要的虚拟节点，映射到初始备份能力强的物理节点上，优先保证重要虚拟节点的映射。

通过上述初始映射方案，使得在对虚拟网络映射请求进行虚拟网络映射时，并不需要在为每个虚拟节点分配一个工作物理节点的同时，还为其分配一个备份物理节点以满足虚拟网络映射的可靠性。本发明的映射方案节省了物理节点，即节省了物理资源；并且使得在对虚拟网络请求进行映射前，提供了一种轻量级的物理节点备份策略，即只需计算物理网络中物理节点的初始备份能力，不需要预先分配备份物理节点，既避免了对复杂的备份策略的计算，节约了计算资源，也能在工作物理节点发生故障后，快速进行映射。

另外，可以理解的是，在确定虚拟网络所对应业务的重要等级之后，确定其所需要映射的物理节点的初始备份能力，并可进一步确定虚拟节点的重要等级，并优先将初始备份能力强的物理节点分配给重要等级高的虚拟节点，以提高恢复重要虚拟节点的概率，从而使得因物理节点设施故障给服务提供商带来的经济损失达到最小化，进而提高服务提供商的长期运营利润。当然，并不局限于该种物理节点的分配方式。

本发明实施例中，可以通过计算目标物理网络中各个物理节点的初始备份能力，将重要的虚拟节点映射在初始备份能力强的物理节点上，实现将可替代该初始备份能力强的物理节点的物理节点作为潜在的备份资源，降低了工作物理节点与备用物理节点的关联程度；另外，在将虚拟网络映射至该目标物理网络时，可基于虚拟网络的重要等级分配相应初始备份能力的物理节点，只需分配工作物理节点，并不需要预先分配备用物理节点，节省了物理节点资源，并保证了虚拟网络的可靠性和高效性，提高了物理节点对虚拟网络的接收率，从而提高了服务提供商的长期运营利润。

更进一步地，该计算该网络拓扑中所涵盖的物理节点的初始备份能力，可以包括：

利用广度优先搜索算法和预设的备份节点候选集合计算公式，获得该网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，其中，该备份节点候选集合计算公式为：

$C(x,h)=\underset{s=1}{\overset{h}{\Σ}}{N}_s$

其中，该C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，该N表示在s跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，其中，1≤s≤h；

根据该网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，计算该备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力。

可以理解的是，在该种实现方式中，可利用广度优先搜索算法计算该网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合。

具体地，可将目标物理网络抽象为一个无向网络拓扑图G^S＝(N^S,E^S)，其中，N^S为该无向图中的所有物理节点的集合，E^S为连接该所有物理节点的所有物理链路的集合，并将无向图G^S中的所有物理节点的初始状态均设置为未被访问。在G^S中任意选定一个物理节点x作为起始点，并将该物理节点x标志置为已被访问，且设置Z(x,h)表示目标物理网络中的物理节点x经过h条物理链路后，所经过的物理节点集合和物理链路集合，其中，h表示目标条数，且h为自然数。其中，先将Z(x,h)中的h初始值设为0，则此时Z(x,h)为空集，之后对h进行递增，以得到物理节点x经过目标条物理链路所经过的物理节点集合和物理链路集合。

例如：将h递增为1时，从物理节点x开始，遍历经过1条物理链路后，将经过的物理节点组成物理节点集合x₁ ⁿ，并将经过的物理链路组成物理链路集合x₁ ^l；之后判断物理节点集合x₁ ⁿ是否为空集，当判断不为空集时，将h递增至2；并遍历物理节点集合x₁ ⁿ中的物理节点经过1条物理链路后，由所经过的物理节点组成的物理节点x₂ ⁿ，和经过的物理链路组成的物理链路集合x₂ ^l。以此方式类推，依次访问G^S中各个未被访问过的邻接物理节点，直到图中所有物理节点都被访问完为止，即广度优先搜索在搜索访问一层时，需要记住已被访问的物理节点，以便在访问下层物理节点时，从已被访问的物理节点出发搜索访问其邻接物理节点，以此遍历出能够替代目标物理节点的备份节点候选集合。

更进一步地，该根据该网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，计算该备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力，可以包括：

判断目标备份节点候选集合是否为空集，当判断该目标备份节点候选集合不是空集时，确定该目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为1，否则，确定该目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为0。

可以理解的是，在该种实现方式中，在网络拓扑中任选一个物理节点作为目标物理节点，并确定该目标物理节点的备份节点候选集合；当计算得到该目标物理节点的备份节点个数不为零时，确定该目标物理节点的初始备份能力为1，当计算得到该目标物理节点的个数为零时，确定该目标物理节点的初始备份能力为0，此时，可以将重要的虚拟节点映射至初始备份能力为1的目标物理节点上，使得能够提高重要虚拟节点的故障恢复能力。其中，各个物理节点的初始备份能力计算方法与该目标物理节点的初始备份能力的计算方法相同，在此不做赘述。

需要强调的是，该预设约束条件可设置为：

$\underset{i}{\Σ}(f_{uv}^i+f_{vu}^i)\≤{\mathrm{bw}}_a\left(\begin{array}{cc}u& v\end{array}\right),\∀u,v\∈N^{S^{\′}}---\left(1\right)$

$\underset{w\∈N^{S^{\′}}}{\Σ}{f}_{uw}^i-\underset{w\∈N^{S^{\′}}}{\Σ}{f}_{wu}^i=0,\∀w\∀u\∈N^S---\left(2\right)$

$\underset{w\∈N^{S^{\′}}}{\Σ}{f}_{s_{i}w}^i-\underset{w\∈N^{S^{\′}}}{\Σ}{f}_{{\mathrm{ws}}_i}^i=bw\left(e_i^v\right),\∀i,s_i\∈N^S,e_i^v\∈E^{S^{\′}}---\left(3\right)$

$\underset{w\∈N^{S^{\′}}}{\Σ}{f}_{t_{i}w}^i-\underset{w\∈N^{S^{\′}}}{\Σ}{f}_{{\mathrm{wt}}_i}^i=-bw\left(e_i^v\right),\∀i,t_i\∈N^S,e_i^v\∈E^{S^{\′}}---\left(4\right)$

$\underset{w\∈N^S}{\Σ}{x}_{mw}=1,\∀m\∈N^{S^{\′}}\backslash N^S---\left(5\right)$

$x_{uv}=x_{vu},\∀u,v\∈N^{S^{\′}}---\left(6\right)$

$f_{uv}^i\≥0,\∀u,v\∈N^{S^{\′}}---\left(7\right)$

$x_{uv}\∈\{0,1\},\∀u,v\∈N^{S^{\′}}---\left(8\right)$

其中，公式(1)为物理链路带宽能力约束条件，即虚拟链路不能超过所映射的物理链路的带宽能力；公式(2)至(4)为流量守恒定律约束条件；公式(5)至(8)为虚拟节点映射约束，即虚拟网络中的每一个虚拟节点都可以找到映射目标，且该映射目标唯一。

其中，在上述约束条件公式中，N^S'为扩展后的物理网络中的所有节点组成的集合，E^S'为扩展后的物理网络中的元链路集合，扩展原物理网络的方法是：将虚拟节点添加到原物理网络中，称之为元节点；并在元节点及满足其位置约束的设施节点间添加链路，称之为元链路；N^S'\N^S表示从集合N^S'中去掉集合N^S中的元素后，剩余元素组成的集合。

更进一步地，该基于该初始备份能力、该重要等级和预设映射表，对该虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，包括：

基于该初始备份能力、该重要等级、预设映射表和映射约束条件，利用预设的虚拟网映射最优化公式计算得到虚拟网络映射方案；

根据该虚拟网络映射方案，对该虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，其中，该虚拟网络映射方案中包括为该虚拟网络分配的工作物理节点和工作物理链路节点；

其中，该虚拟网映射最优化公式为：

$y=\min :\underset{(u,v)\∈E^s}{\Σ}\frac{{\Σ}_i{f}_{uv}^i}{{\mathrm{bw}}_a(u,v)+\mathrm{\δ}}-\mathrm{\γ}\underset{v\∈N^S}{\Σ}B\left(v\right)\underset{v^{\′}\∈M_c^V}{\Σ}{x}_{v^{\′}v}$

其中，该表示虚拟网络中第i条虚拟链路映射在物理链路(u,v)上所占的总带宽，该bw_a(u,v)表示物理链路(u,v)上可用的总带宽，该γ表示第一预设常数，该δ为第二预设常数，该B(v)表示物理节点v的备份能力，该x_v'v表示虚拟节点v'与物理节点v的映射关系，其中，x_v'v＝1表示虚拟节点v'映射到物理节点v上，x_v'v＝0表示虚拟节点v'未映射到物理节点v上，该E^s表示物理链路集合，该N^S表示物理节点集合，该表示重要虚拟节点集合。

可以理解的是，在该种实现方式中，通过预设的虚拟网映射最优化公式可知，该最优化公式随着物理节点的备份能力增大，该虚拟网映射最优化公式所对应的取值越小，即当备份能力取值为1时，减数取得最大值。其中，该备份能力可能为初始备份能力，也可能为新的备份能力，具体应根据具体的虚拟网映射进行判断。其中，在第一次对虚拟网络映射时，当初始备份能力为1时，减数取得最大值。

具体地，可基于物理节点的备份能力选择备份能力为1的物理节点，并将该虚拟节点映射在备份能力为1的物理节点上，同时使得x_v'v＝1；另外，与bw_a(u,v)的比值越小，虚拟网映射最优化公式所对应的取值越小，因此，当所要映射的物理节点的备份能力最大，且与bw_a(u,v)比值取得最小值时，该虚拟网映射最优化公式所对应的取值最小，即得到最优解。此时，可以将重要虚拟节点映射在备份能力强的物理节点上，增强了物理节点发生故障时对故障的处理能力，使得虚拟网络能够正常工作，从而提高服务提供商的长期运营利润。

此外，映射约束条件包括：该应小于所映射的物理链路的可用总带宽，虚拟节点v'所需的CPU能力应小于所映射的物理节点的可用CPU能力，当然，映射约束条件并不局限于此，本领域技术人员可根据具体情况进行设定。

更进一步地，在该基于该初始备份能力、该重要等级和预设映射表，对该虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射后，该方法还包括：

基于预设备份能力更新计算公式，重新计算该网络拓扑中所涵盖的物理节点的新的备份能力，并根据该新的备份能力更新该网络拓扑中所涵盖的物理节点的备份能力，其中，该预设备份能力更新计算公式为：

$B\left(x\right)=1-\underset{r\∈C(x,h)}{\Π}(1-P(r\left)\right)$

其中，该B(x)表示在物理节点x发生故障时，至少存在一个备份节点能够完成故障恢复的概率,该P(r)表示在物理节点x发生故障时，可以使用物理节点r替代物理节点x恢复故障的概率，该C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合；其中，

$P\left(r\right)=(1-e^{-\frac{C_a\left(r\right)}{C_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})(1-e^{-\frac{{\mathrm{bw}}_a\left(r\right)}{{\mathrm{bw}}_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})$

其中，该C_a(r)表示物理节点r上可用的CPU资源，该C_u(x)表示物理节点x上已用的CPU资源，该δ表示第二预设常数，该bw_a(r)表示与物理节点r相连的物理链路的可用带宽总和，该bw_u(x)表示与物理节点x相连的物理链路的已用带宽总和。

可以理解的是，在该种实现方式中，在将虚拟网络进行映射后，需要重新计算各个物理节点的备份能力，以获得新的备份能力。

下面，结合表1、表2和图3对本发明实施提供的虚拟网络映射方法的优点进行进一步说明。

首先，利用拓扑图生成软件随机生成关于目标物理网络的物理网络拓扑图，以及虚拟网络请求所对应的虚拟网络拓扑图。例如，利用拓扑图生成软件随机生成的物理网络拓扑图中有100个物理节点，且物理节点之间的连接率为50％；所有的物理节点随机分布在50*50的网格内，物理节点的转发能力和物理链路的带宽能力都服从50-100的均匀分布。利用拓扑图生成软件随机生成的虚拟网络拓扑图中虚拟节点数目服从3-10的均匀分布，虚拟节点间的连接率为50％，虚拟节点请求的转发能力服从0-10的均匀分布，虚拟链路请求的带宽能力服从0-50的均匀分布。

其次，假设虚拟网络映射请求的到来服从每100个单位时间内到达率为5的泊松分布，且生命周期服从相同参数的负指数分布；实验共运行40000个时间单位，共有200个虚拟网络映射请求到达，物理节点发生故障的概率服从每100个单位时间内到达率为P的泊松分布。

下面，将背景技术部分所提到的虚拟网络映射方案所对应的算法记为算法一，本发明所提供的虚拟网络映射方案所对应算法的记为算法二，并将P的设置为3进行计算。在分别执行两种算法后，分别得到的正常完成生命周期的虚拟网络的个数、因故障失效的虚拟网络的个数、被拒绝的虚拟网络的个数、虚拟网络的接收率和失效率，具体如表1所示，其中，表1为：

因此，由表1可知，可以看到算法一中因受到故障影响而失效的虚拟网络个数为0，这是由于算法一是为每个虚拟网络映射请求1:1的分配备份资源而得到的效果，但同时降低了虚拟网络的接收率，其虚拟网络的接收率仅为48.9％。并可以看到算法二中因受到故障影响而失效的虚拟网络个数为34，该结果较算法一增长较多，但是算法二大幅度提高了虚拟网络的接收率，即接收率为64.55％，同时造成了2.63％的虚拟网络映射请求在受到故障影响后无法恢复而失效，但是，所产生的运营利润并未因此降低。其中，虚拟网络接收率＝(完成生命周期的虚拟网络的个数+因故障失效的虚拟网络的个数)/(正常完成生命周期的虚拟网络的个数+因故障失效的虚拟网络的个数+被拒绝的虚拟网络的个数)。

下面，用v来表示完成一个虚拟网络映射请求的平均收益，用f(v)来表示虚拟网络映射失效后的赔偿金额，当f(v)和v满足某一个函数关系时，算法一和算法二的运营利润相同，即：

978*v＝(1257+34)*v-34*f(v)

由计算可得：f(v)＝9.2*v，也就是说f(v)＝9.2*v等式成立时，即赔偿金额等于9.2倍的平均收益时，算法一和算法二的运营利润一致，此时P的取值为3。因此，此时可将9.2定义为赔偿力度临界系数；当赔偿力度大于赔偿力度临界系数时，赔偿金额大于9.2*v，此时算法一所获取的运营利润较算法二高；当赔偿力度小于赔偿力度临界系数时，赔偿金额小于9.2*v，此时算法二所获取的运营利润较算法一高。由于考虑到在实际的运营环境下，赔偿力度不可能达到9倍之多，故算法二更为有效，即通过算法二所获取的运营利润更高。

接下来，赋予P不同的值，即改变每100个时间单位物理节点发生故障的到达率，观察两种算法在不同故障到达率下的性能。

对于算法一来说，赋予P不同值时，实验结果不改变，因为算法一可保证任何一个受故障影响的虚拟网的恢复。对于算法二来说，表2给出了在P取不同值时，算法二的实验结果。表2如下所示：

由表2可知，随着P值的增大，接收率逐渐下降，失效率逐渐上升。

下面结合图3分析在P取不同值的情况下，临界赔偿系数的变化。

如图3所示，当P＝5时，计算得到临界赔偿系数为4.38，略高于实际情况下的赔偿力度，而P＝5是一个很高的物理节点故障概率，除物理设备处于特殊环境下之外，该情况一般很难发生。当P＝1时，计算得到临界赔偿系数为67.6，而实际运营中，赔偿力度大于67.6倍的可能性极小，即实际赔偿力度要远小于临界赔偿系数，此时赔偿金额远小于67.6*v，即故算法二所取得的运营利润较高。另外，在P＝2、P＝3和P＝4情况下，临界赔偿系数都较实际赔偿力度要高，因此，在这些情况下采用算法二所获取的运营利润较高。

第二方面，相应于上述方法实施例，本发明实施例还提供了一种虚拟网络映射系统，如图2所示，该系统可以包括：接收单元201、计算单元202和映射单元203；

该接收单元201，用于接收虚拟网络映射请求，并判断该虚拟网络映射请求的重要等级；

该计算单元202，用于基于该虚拟网络映射请求所请求映射的目标物理网络的网络拓扑，计算该网络拓扑中所涵盖的物理节点的初始备份能力；

该映射单元203，用于基于该初始备份能力、该重要等级和预设映射表，对该虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，以为该虚拟网络映射请求分配工作物理节点和工作物理链路，其中，该预设映射表记录了该虚拟网络和该网络拓扑中所涵盖的物理节点及物理链路的映射关系，其中，该工作物理节点为该网络拓扑中所涵盖的物理节点，该工作物理链路为该网络拓扑中所涵盖的物理链路。

在本发明实施例中，可以通过计算目标物理网络中各个物理节点的初始备份能力，将重要的虚拟节点映射在初始备份能力强的物理节点上，实现将可替代该初始备份能力强的物理节点的物理节点作为潜在的备份资源，降低了工作物理节点与备用物理节点的关联程度；另外，在将虚拟网络映射至该目标物理网络时，可基于虚拟网络的重要等级分配相应初始备份能力的物理节点，只需分配工作物理节点，并不需要预先分配备用物理节点，节省了物理节点资源，并保证了虚拟网络的可靠性和高效性，提高了物理节点对虚拟网络的接收率，从而提高了服务提供商的长期运营利润。

可选地，该计算单元202，可以包括：获取子单元和第一计算子单元；

该获取子单元，用于利用广度优先搜索算法和预设的备份节点候选集合计算公式，获得该网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，其中，该备份节点候选集合计算公式为：

$C(x,h)=\underset{s=1}{\overset{h}{\Σ}}{N}_s$

其中，该C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，该N表示在s跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，其中，1≤s≤h；

该第一计算子单元，用于根据该网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，计算该备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力。

可选地，该计算子单元，可以包括：判断子模块；

该判断子模块，用于判断目标备份节点候选集合是否为空集，当判断该目标备份节点候选集合不是空集时，确定该目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为1，否则，确定该目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为0。

可选地，该映射单元203，可以包括：第二计算子单元和映射子单元；

该第二计算子单元，用于基于该初始备份能力、该重要等级、预设映射表和映射约束条件，利用预设的虚拟网映射最优化公式计算得到虚拟网络映射方案；

该映射子单元，用于根据该虚拟网络映射方案，对该虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，其中，该虚拟网络映射方案中包括为该虚拟网络分配的工作物理节点和工作物理链路节点；

其中，该虚拟网映射最优化公式为：

$y=\min :\underset{(u,v)\∈E^s}{\Σ}\frac{{\Σ}_i{f}_{uv}^i}{{\mathrm{bw}}_a(u,v)+\mathrm{\δ}}-\mathrm{\γ}\underset{v\∈N^S}{\Σ}B\left(v\right)\underset{v^{\′}\∈M_c^V}{\Σ}{x}_{v^{\′}v}$

其中，该表示虚拟网络中第i条虚拟链路映射在物理链路(u,v)上所占的总带宽，该bw_a(u,v)表示物理链路(u,v)上可用的总带宽，该γ表示第一预设常数，该δ为第二预设常数，该B(v)表示物理节点v的备份能力，该x_v'v表示虚拟节点v'与物理节点v的映射关系，其中，x_v'v＝1表示虚拟节点v'映射到物理节点v上，x_v'v＝0表示虚拟节点v'未映射到物理节点v上，该E^s表示物理链路集合，该N^S表示物理节点集合，该表示重要虚拟节点集合。

可选地，该系统还可以包括：备份能力更新单元；

该备份能力更新单元，用于基于预设备份能力更新计算公式，重新计算该网络拓扑中所涵盖的物理节点的新的备份能力，并根据该新的备份能力更新该网络拓扑中所涵盖的物理节点的备份能力，其中，该预设备份能力更新计算公式为：

$B\left(x\right)=1-\underset{r\∈C(x,h)}{\Π}(1-P(r\left)\right)$

其中，该B(x)表示在物理节点x发生故障时，至少存在一个备份节点能够完成故障恢复的概率,该P(r)表示在物理节点x发生故障时，可以使用物理节点r替代物理节点x恢复故障的概率，该C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合；其中，

$P\left(r\right)=(1-e^{-\frac{C_a\left(r\right)}{C_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})(1-e^{-\frac{{\mathrm{bw}}_a\left(r\right)}{{\mathrm{bw}}_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})$

其中，该C_a(r)表示物理节点r上可用的CPU资源，该C_u(x)表示物理节点x上已用的CPU资源，该δ表示第二预设常数，该bw_a(r)表示与物理节点r相连的物理链路的可用带宽总和，该bw_u(x)表示与物理节点x相连的物理链路的已用带宽总和。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种虚拟网络映射方法，其特征在于，包括：

接收虚拟网络映射请求，并判断所述虚拟网络映射请求的重要等级；

基于所述虚拟网络映射请求所请求映射的目标物理网络的网络拓扑，计算所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的初始备份能力；

基于所述初始备份能力、所述重要等级和预设映射表，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，以为所述虚拟网络映射请求分配工作物理节点和工作物理链路，其中，所述预设映射表记录了所述虚拟网络和所述网络拓扑中所涵盖的物理节点及物理链路的映射关系，其中，所述工作物理节点为所述网络拓扑中所涵盖的物理节点，所述工作物理链路为所述网络拓扑中所涵盖的物理链路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的初始备份能力，包括：

利用广度优先搜索算法和预设的备份节点候选集合计算公式，获得所述网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，其中，所述备份节点候选集合计算公式为：

$C(x,h)=\underset{s=1}{\overset{h}{\Σ}}{N}_s$

其中，所述C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，所述N表示在s跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，其中，1≤s≤h；

根据所述网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，计算所述备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，计算所述备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力，包括：

判断目标备份节点候选集合是否为空集，当判断所述目标备份节点候选集合不是空集时，确定所述目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为1，否则，确定所述目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为0。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述初始备份能力、所述重要等级和预设映射表，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，包括：

基于所述初始备份能力、所述重要等级、预设映射表和映射约束条件，利用预设的虚拟网映射最优化公式计算得到虚拟网络映射方案；

根据所述虚拟网络映射方案，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，其中，所述虚拟网络映射方案中包括为所述虚拟网络分配的工作物理节点和工作物理链路节点；

其中，所述虚拟网映射最优化公式为：

$y=min:\underset{(u,v)\∈E^s}{\Σ}\frac{{\mathrm{\Σ}}_i{f}_{uv}^i}{{\mathrm{bw}}_a(u,v)+\mathrm{\δ}}-\mathrm{\γ}\underset{v\∈N^S}{\Σ}B\left(v\right)\underset{v^{\′}\∈M_c^V}{\Σ}{x}_{v^{\′}v}$

其中，所述表示虚拟网络中第i条虚拟链路映射在物理链路(u,v)上所占的总带宽，所述bw_a(u,v)表示物理链路(u,v)上可用的总带宽，所述γ表示第一预设常数，所述δ为第二预设常数，所述B(v)表示物理节点v的备份能力，所述x_v'v表示虚拟节点v'与物理节点v的映射关系，其中，x_v'v＝1表示虚拟节点v'映射到物理节点v上，x_v'v＝0表示虚拟节点v'未映射到物理节点v上，所述E^s表示物理链路集合，所述N^S表示物理节点集合，所述表示重要虚拟节点集合。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述基于所述初始备份能力、所述重要等级和预设映射表，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射后，所述方法还包括：

基于预设备份能力更新计算公式，重新计算所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的备份能力，以更新所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的备份能力，其中，所述预设备份能力更新计算公式为：

$B\left(x\right)=1-\underset{r\∈C(x,h)}{\Π}(1-P(r\left)\right)$

其中，所述B(x)表示在物理节点x发生故障时，至少存在一个备份节点能够完成故障恢复的概率,所述P(r)表示在物理节点x发生故障时，可以使用物理节点r替代物理节点x恢复故障的概率，所述C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，其中，

$P\left(r\right)=(1-e^{-\frac{C_a\left(r\right)}{C_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})(1-e^{-\frac{{\mathrm{bw}}_a\left(r\right)}{{\mathrm{bw}}_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})$

其中，所述C_a(r)表示物理节点r上可用的CPU资源，所述C_u(x)表示物理节点x上已用的CPU资源，所述δ表示第二预设常数，所述bw_a(r)表示与物理节点r相连的物理链路的可用带宽总和，所述bw_u(x)表示与物理节点x相连的物理链路的已用带宽总和。

6.一种虚拟网络映射系统，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收虚拟网络映射请求，并判断所述虚拟网络映射请求的重要等级；

计算单元，用于基于所述虚拟网络映射请求所请求映射的目标物理网络的网络拓扑，计算所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的初始备份能力；

映射单元，用于基于所述初始备份能力、所述重要等级和预设映射表，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，以为所述虚拟网络映射请求分配工作物理节点和工作物理链路，其中，所述预设映射表记录了所述虚拟网络和所述网络拓扑中所涵盖的物理节点及物理链路的映射关系，其中，所述工作物理节点为所述网络拓扑中所涵盖的物理节点，所述工作物理链路为所述网络拓扑中所涵盖的物理链路。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述计算单元，包括：

获取子单元，用于利用广度优先搜索算法和预设的备份节点候选集合计算公式，获得所述网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，其中，所述备份节点候选集合计算公式为：

$C(x,h)=\underset{s=1}{\overset{h}{\Σ}}{N}_s$

其中，所述C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，所述N表示在s跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合，其中，1≤s≤h；

第一计算子单元，用于根据所述网络拓扑中所涵盖的各个物理节点的备份节点候选集合，计算所述备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述计算子单元，包括：

判断子模块，用于判断目标备份节点候选集合是否为空集，当判断所述目标备份节点候选集合不是空集时，确定所述目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为1，否则，确定所述目标备份节点候选集合所对应的物理节点的初始备份能力为0。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述映射单元，包括：

第二计算子单元，用于基于所述初始备份能力、所述重要等级、预设映射表和映射约束条件，利用预设的虚拟网映射最优化公式计算得到虚拟网络映射方案；

映射子单元，用于根据所述虚拟网络映射方案，对所述虚拟网络映射请求所对应的虚拟网络进行映射，其中，所述虚拟网络映射方案中包括为所述虚拟网络分配的工作物理节点和工作物理链路节点；

其中，所述虚拟网映射最优化公式为：

$y=min:\underset{(u,v)\∈E^s}{\Σ}\frac{{\mathrm{\Σ}}_i{f}_{uv}^i}{{\mathrm{bw}}_a(u,v)+\mathrm{\δ}}-\mathrm{\γ}\underset{v\∈N^S}{\Σ}B\left(v\right)\underset{v^{\′}\∈M_c^V}{\Σ}{x}_{v^{\′}v}$

其中，所述表示虚拟网络中第i条虚拟链路映射在物理链路(u,v)上所占的总带宽，所述bw_a(u,v)表示物理链路(u,v)上可用的总带宽，所述γ表示第一预设常数，所述δ为第二预设常数，所述B(v)表示物理节点v的备份能力，所述x_v'v表示虚拟节点v'与物理节点v的映射关系，其中，x_v'v＝1表示虚拟节点v'映射到物理节点v上，x_v'v＝0表示虚拟节点v'未映射到物理节点v上，所述E^s表示物理链路集合，所述N^S表示物理节点集合，所述表示重要虚拟节点集合。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

备份能力更新单元，用于基于预设备份能力更新计算公式，重新计算所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的新的备份能力，并根据所述新的备份能力更新所述网络拓扑中所涵盖的物理节点的备份能力，其中，所述预设备份能力更新计算公式为：

$B\left(x\right)=1-\underset{r\∈C(x,h)}{\Π}(1-P(r\left)\right)$

其中，所述B(x)表示在物理节点x发生故障时，至少存在一个备份节点能够完成故障恢复的概率,所述P(r)表示在物理节点x发生故障时，可以使用物理节点r替代物理节点x恢复故障的概率，所述C(x,h)表示在h跳范围内物理节点x的备份节点所组成的集合；其中，

$P\left(r\right)=(1-e^{-\frac{C_a\left(r\right)}{C_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})(1-e^{-\frac{{\mathrm{bw}}_a\left(r\right)}{{\mathrm{bw}}_u\left(x\right)+\mathrm{\δ}}})$

其中，所述C_a(r)表示物理节点r上可用的CPU资源，所述C_u(x)表示物理节点x上已用的CPU资源，所述δ表示第二预设常数，所述bw_a(r)表示与物理节点r相连的物理链路的可用带宽总和，所述bw_u(x)表示与物理节点x相连的物理链路的已用带宽总和。