CN107277832A - 一种无线虚拟网络的映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线虚拟网络的映射方法，属于通信技术领域。该方法在服务提供商发送虚拟网络映射请求的情况下，在底层物理网络中选取合适的节点和路径满足请求的资源需求。该方法通过分析虚拟网络请求与底层物理网络中节点的局部和全局拓扑属性，结合网络本地可用资源对映射过程中节点的优先性进行排序，同时考虑无线链路的干扰时变性和链路负载压力分布，为虚拟链路选择干扰小且资源充足的承载路径，可以更好地利用底层网络资源，提高映射资源分配的均衡性，进而能够提高整体虚拟网络请求的构建成功率，网络收益开销比增大。

Description

一种无线虚拟网络的映射方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种无线网络环境下的虚拟网络映射的方法。

背景技术

近年来，随着互联网的快速发展，网络虚拟化受到了广泛的关注，在网络虚拟化环境中，基础设施提供商管理运营底层物理网络，服务提供商可以向基础设施提供商租赁网络资源并创建虚拟网络。然而为服务提供商的虚拟网络请求分配基础设施提供商的底层资源的问题，也即虚拟网络映射问题是网络虚拟化面临的主要挑战之一。

已有的虚拟网络映射方法大多围绕节点CPU资源、出口链路带宽资源等节点本地资源属性来进行讨论，忽略了对网络连接信息、节点间可用带宽资源等属性展开进一步的研究，客观上限制了虚拟网络映射算法映射效率的提高。

因此，合理的考量节点间的连接关系，实现虚拟网络的高效映射和网络物理资源的有效利用是目前计算机网络工程领域一个急需要解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无线网络环境下的虚拟网络映射的方法。结合网络的频谱资源和功率资源联合分配，对节点实时拓扑属性进行分析，定义节点映射优先级。在链路映射过程中，考虑无线链路之间的干扰，实现网络物理资源的有效利用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无线虚拟网络的映射方法，该方法包括以下步骤：

S1：构建无线网络虚拟化映射模型；

S2：根据无线网络虚拟化映射模型计算目前网络中可用的资源和本地资源，确定干扰模型，然后通过定义链路资源单价反映网络负载压力；

S3：首先实现虚拟节点的优化映射，然后基于部署好的虚拟节点，进行虚拟链路映射找到物理承载路径。

进一步，步骤S1中，所述无线网络虚拟化映射模型包括物理网络模型和无线网络虚拟请求模型；所述物理网络模型为：底层物理网络拓扑被标记为带权无向图其中N^S表示底层物理节点的集合，L^S表示底层物理链路的集合，与分别表示底层节点n^S(n^S∈N^S)与底层链路l^S(l^S∈L^S)所具有的属性；底层节点n^S具有的属性为该节点可用功率Pow(n^S)、物理位置loc(n^S)，底层链路l^S的属性为链路可用带宽资源Bw(l^S)；底层网络的无环路路径标记为P^S。

虚拟网络请求拓扑被标记为带权无向图其中N^V为虚拟节点的集合，L^V为虚拟链路的集合，与分别表示虚拟节点n^V(n^V∈N^V)与虚拟链路l^V(l^V∈L^V)的资源约束；虚拟节点的资源约束考虑该节点的功率需求Pow(n^V)和地理位置loc(n^V)，以及虚拟节点的可映射范围D(n^V)，虚拟链路的资源约束考虑该链路的带宽需求Bw(l^V)；对于一个虚拟网络请求，用三元组VNR^(k)(G^V,t_a,t_d)表示，其中t_a表示虚拟网络请求的到达时刻，t_d表示虚拟请求在底层网络中持续的时间。

进一步，步骤S3中，所述实现虚拟节点的优化映射包括以下步骤：

S301：计算虚拟节点的度值和中介中心度值，结合两类中心性度值计算出虚拟节点的聚合中心度值，从而可以计算出虚拟节点在节点映射过程中的映射优先级值；

S302：计算选出的虚拟节点的备用物理节点集合，对集合中的所有物理节点计算度值和紧密中心度值，结合两类中心度值计算出物理节点的聚合紧密中心度值，从而可以计算出物理节点在节点映射过程中的映射优先级值；

S303：选出映射优先级值最大的虚拟节点映射到映射优先级值最大的物理节点上。

步骤S3中，所述进行虚拟链路映射包括以下步骤：

S304：计算链路干扰系数和链路资源成本系数；

S305：综合链路干扰系数和链路资源成本系数作为权重，采用K最短路径算法找到两物理节点之间的k条最短路径，最短路径综合考虑了资源的大小和链路之间的干扰。

本发明的有益效果在于：本发明的虚拟网络映射方法，结合了网络的频谱资源和功率资源联合分配，对节点实时拓扑属性进行分析，定义节点映射优先级。在链路映射过程中，考虑了无线链路之间的干扰，实现了网络物理资源的有效利用，有效地提高了虚拟网络映射的长期平均成功率，给底层网络基础设施提供商带来了更多的长期平均收益。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的无线网络虚拟映射模型图；

图2为节点中心性示例图；

图3为本发明流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1、图2所示，构建无线网络虚拟化映射模型包括物理网络模型和无限虚拟网络请求模型，所述底层物理网络拓扑可被标记为带权无向图其中N^S表示底层我理解的的集合，L^S表四底层物理链路的集合，与分别表示底层节点n^S(n^S∈N^S)与底层链路l^S(l^S∈L^S)所具有的属性。底层节点n^S具有的属性可以是该节点可用功率Pow(n^S)、物理位置loc(n^S)等，而底层链路l^S的属性可以是链路可用带宽资源Bw(l^S)等。底层网络的无环路路径可标记为P^S。

所述虚拟网络请求拓扑被标记为带权无向图其中N^V为虚拟节点的集合，L^V为虚拟链路的集合，与分别表示虚拟节点n^V(n^V∈N^V)与虚拟链路l^V(l^V∈L^V)的资源约束。一般地，虚拟节点的资源约束主要考虑该节点的功率需求Pow(n^V)和地理位置loc(n^V)，以及虚拟节点的可映射范围D(n^V)，虚拟链路的资源约束主要考虑该链路的带宽需求Bw(l^V)。对于一个虚拟网络请求，可用三元组VNR^(k)(G^V,t_a,t_d)来表示，其中t_a表示虚拟网络请求的到达时刻，t_d表示虚拟请求在网络中的持续时间。

虚拟请求映射需要满足以下资源约束条件：

dis(loc(n^V),loc(n^S))≤D(n^V)

其中，dis(i,j)表示两个节点之间的距离。σ²为信道中的高斯白噪声大小，G(l^V)为映射链路的信道增益，为邻近链路对映射链路产生的干扰。

虚拟网络请求根据物理网络可用资源，选择合适的物理节点和路径进行映射，随着虚拟网络请求生命周期的结束释放资源。

对于每个底层节点n^S∈N^S，剩余可用资源为：

其中，为所有映射在n^S上的虚拟节点所消耗的功率资源，为虚拟节点释放的功率资源。

对于每条物理链路l^S∈L^S，剩余可用资源为：

其中为所有映射在l^S上的虚拟链路消耗的带宽资源，为虚拟链路释放的带宽资源。任意物理路径P^S的可用带宽表示为该路径中所有链路带宽的最小值，即

计算底层链路之间的干扰系数，建立链路干扰冲突矩阵。干扰系数的计算公式如下：

其中n^S(i)、n^S(j)为物理链路l^S的两个端点节点，d_i(l^S)、d_j(l^S)分别为与这两个节点相连的邻近链路数，γ和ω为常数。

为了反映物理链路的资源分配情况，定义物理链路的单位资源成本为剩余带宽资源大小的倒数，计算公式为：其中，η为调节权重系数，用来调节资源成本系数的取值。对于某一条物理链路，若链路负载压力大，其可用资源少，则该链路的单位资源成本高。

如图3所示，为本实施例流程图。

(1)节点映射过程

首先为两个虚拟节点寻找在各自范围内可以映射的物理节点集合，即满足dis(loc(n^V),loc(n^S))≤D(n^V)条件。

根据虚拟网络请求拓扑计算虚拟节点的度值和中介中心度值，然后结合节点资源需求计算虚拟节点的映射优先级值将所有虚拟节点按照映射优先级值降序排列，选择优先级值最大的虚拟节点进行映射。

根据物理网络拓扑计算备用物理节点集合中的所有物理节点的度值和紧密中心度值，然后结合节点可用资源计算物理节点的映射优先级值将所有物理节点按照映射优先级值降序排列，选择优先级值最大的物理节点进行部署。

(2)链路映射过程

将链路资源成本和干扰系数作为权重，使用k最短路径算法寻找两物理节点之间的k条最短路径，计算出k条路径的干扰值，并将这k条路径按照干扰值降序排列。选择干扰值最小的一条最短路径，如果该路径带宽满足虚拟链路资源需求，则映射成功，并更新可用资源大小；否则链路映射失败。

把需要进行网络映射的虚拟网络按照其映射收益的大小进行优先级排队，即映射收益越大的虚拟网络优先级越高，排在队列的前面，优先进行网络映射；

按照设定的映射周期，从上述队列中，依次提取出优先级最高的虚拟网络进行网络映射；如果一个虚拟网络在本映射周期内网络映射失败，则该虚拟网络被丢弃。

发明人对本发明所提的方法进行了大量仿真实验，实验结果证明本发明的方法是有效的，并能提高虚拟网络的平均映射成功率。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种无线虚拟网络的映射方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：构建无线网络虚拟化映射模型；

S2：根据无线网络虚拟化映射模型计算目前网络中可用的资源和本地资源，确定干扰模型，然后通过定义链路资源单价反映网络负载压力；

S3：首先实现虚拟节点的优化映射，然后基于部署好的虚拟节点，进行虚拟链路映射找到物理承载路径。

2.如权利要求1所述的一种无线虚拟网络的映射方法，其特征在于：

步骤S1中，所述无线网络虚拟化映射模型包括物理网络模型和无线网络虚拟请求模型；

所述物理网络模型为：底层物理网络拓扑被标记为带权无向图其中N^S表示底层物理节点的集合，L^S表示底层物理链路的集合，与分别表示底层节点n^S(n^S∈N^S)与底层链路l^S(l^S∈L^S)所具有的属性；底层节点n^S具有的属性为该节点可用功率Pow(n^S)、物理位置loc(n^S)，底层链路l^S的属性为链路可用带宽资源Bw(l^S)；底层网络的无环路路径标记为P^S。

3.如权利要求2所述的一种无线虚拟网络的映射方法，其特征在于：

所述无线网络虚拟请求模型为：虚拟网络请求拓扑被标记为带权无向图其中N^V为虚拟节点的集合，L^V为虚拟链路的集合，与分别表示虚拟节点n^V(n^V∈N^V)与虚拟链路l^V(l^V∈L^V)的资源约束；虚拟节点的资源约束考虑该节点的功率需求Pow(n^V)和地理位置loc(n^V)，以及虚拟节点的可映射范围D(n^V)，虚拟链路的资源约束考虑该链路的带宽需求Bw(l^V)；对于一个虚拟网络请求，用三元组VNR^(k)(G^V,t_a,t_d)表示，其中t_a表示虚拟网络请求的到达时刻，t_d表示虚拟请求在底层网络中持续的时间。

4.如权利要求1所述的一种无线虚拟网络的映射方法，其特征在于：

步骤S3中，所述实现虚拟节点的优化映射包括以下步骤：

S301：计算虚拟节点的度值和中介中心度值，结合两类中心性度值计算出虚拟节点的聚合中心度值，从而可以计算出虚拟节点在节点映射过程中的映射优先级值；

S302：计算选出的虚拟节点的备用物理节点集合，对集合中的所有物理节点计算度值和紧密中心度值，结合两类中心度值计算出物理节点的聚合紧密中心度值，从而可以计算出物理节点在节点映射过程中的映射优先级值；

S303：选出映射优先级值最大的虚拟节点映射到映射优先级值最大的物理节点上。

5.如权利要求1所述的一种无线虚拟网络的映射方法，其特征在于：

步骤S3中，所述进行虚拟链路映射包括以下步骤：

S304：计算链路干扰系数和链路资源成本系数；

S305：综合链路干扰系数和链路资源成本系数作为权重，采用K最短路径算法找到两物理节点之间的k条最短路径，最短路径综合考虑了资源的大小和链路之间的干扰。