CN107454019B - 软件定义网络动态带宽分配方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种软件定义网络动态带宽分配方法、装置、设备及存储介质，其中，该方法包括：接收虚拟网络请求，虚拟网络请求由多个虚拟链路请求组成；针对虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息，其中，资源分配信息数据库中保存多个历史虚拟链路请求分别与资源分配信息的对应关系，资源分配信息包括已分配路径、以及已分配带宽；如果查找到，将查找到的资源分配信息作为该虚拟链路请求对应的资源分配信息。通过本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配方法、装置、设备及存储介质，能够降低资源分配过程的复杂度。

Description

软件定义网络动态带宽分配方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种软件定义网络动态带宽分配方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
NV(Network Virtualization,网络虚拟化)允许多个虚拟网络在同一物理网络上共存，通过共享同一物理资源的多个虚拟网络向不同的用户提供服务。但是传统的网络虚拟化配置和操作比较复杂。为了简化对多个虚拟网络的配置和操作，进一步便于管理，将SDN(Software Defined Networking，软件定义网络)应用到网络虚拟化中。SDN将控制平面与数据平面分离开，通过控制器对所有的网络资源进行集中管理，如此使得对网络的管理变得灵活和高效。
通过将SDN与NV相结合，形成一种VSDN架构，该VSDN架构包括：物理层、虚拟网络层、控制层。物理层是基础物理设施层，可以由多个SDN交换机组成，负责实际的数据转发等。虚拟网络层，决策资源分配，即虚拟网络拓扑到物理拓扑的映射，例如，具体路径分配的计算等。控制层集中控制、管理网络资源，根据虚拟网络层决策的路径分配等资源分配信息，进行实际的资源分配，例如，下发转发路径流表等。
可以看出，虚拟网络层对资源分配的决策有着非常重要的作用。现有的分配方法中，虚拟网络层接收到虚拟网络请求，根据网络中所有物理节点的拓扑结构，确定与该虚拟网络请求匹配的资源分配信息，例如，确定与该虚拟网络请求中源节点与目的节点形成的虚拟链路对应的物理链路等。可以看出，现有的分配方法中，每接收到一个虚拟网络请求都需要遍历网络中所有物理节点的拓扑结构，进而确定最短路径等资源分配信息，如此使得，资源分配过程的复杂度过高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种软件定义网络动态带宽分配方法、装置、设备及存储介质，以降低资源分配过程的复杂度。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种软件定义网络动态带宽分配方法，包括：
接收虚拟网络请求，所述虚拟网络请求由多个虚拟链路请求组成；
针对所述虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息，其中，所述资源分配信息数据库中保存多个历史虚拟链路请求分别与资源分配信息的对应关系，所述资源分配信息包括已分配路径、以及已分配带宽；
如果查找到，将查找到的所述资源分配信息作为该虚拟链路请求对应的资源分配信息。
可选的，所述虚拟链路请求包括虚拟链路源节点、虚拟链路目的节点、以及从所述虚拟链路源节点到所述虚拟链路目的节点的虚拟链路的请求带宽；
所述从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息，包括：
从所述资源分配信息数据库中查找，是否存在该虚拟链路请求中所述虚拟链路对应的资源分配信息；
如果存在，判断所述请求带宽是否大于所述资源分配信息中的已分配带宽；
在所述请求带宽不大于所述已分配带宽时，将查找到的所述资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
可选的，在判断所述请求带宽是否大于所述资源分配信息中的已分配带宽之后，还包括：
在所述请求带宽大于所述已分配带宽时，将所述资源分配信息中的已分配路径作为所述虚拟链路请求对应的满载路径；
根据网络物理节点的拓扑结构中、除所述满载路径之外的剩余拓扑，确定与该虚拟链路请求匹配的最短路径，并将所述最短路径作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
可选的，在所述确定与该虚拟链路请求匹配的最短路径，并将所述最短路径作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息之后，还包括：
将确定出的该资源分配信息与该虚拟链路请求的对应关系，添加至所述资源分配信息数据库中。
可选的，所述虚拟网络请求还包括所述虚拟网络请求能够等待的最长时间；
在所述接收虚拟网络请求之后，还包括：
根据所述虚拟网络请求的类型，将所述虚拟网络请求划分到所述类型对应的队列中；
按照不同虚拟网络请求对应的所述最长时间从小到大的顺序，对所述队列中的不同虚拟网络请求进行排序。
第二方面，本发明实施例提供了一种软件定义网络动态带宽分配装置，包括：
接收模块，用于接收虚拟网络请求，所述虚拟网络请求由多个虚拟链路请求组成；
查找模块，用于针对所述虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息，其中，所述资源分配信息数据库中保存多个历史虚拟链路请求分别与资源分配信息的对应关系，所述资源分配信息包括已分配路径、以及已分配带宽；
第一确定模块，用于如果查找到，将查找到的所述资源分配信息作为该虚拟链路请求对应的资源分配信息。
可选的，所述虚拟链路请求包括虚拟链路源节点、虚拟链路目的节点、以及从所述虚拟链路源节点到所述虚拟链路目的节点的虚拟链路的请求带宽；
所述查找模块，包括：
查找子模块，用于从所述资源分配信息数据库中查找，是否存在该虚拟链路请求中所述虚拟链路对应的资源分配信息；
判断子模块，用于如果存在，判断所述请求带宽是否大于所述资源分配信息中的已分配带宽；
确定子模块，用于在所述请求带宽不大于所述已分配带宽时，将查找到的所述资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
可选的，所述装置还包括：
第二确定模块，用于在所述请求带宽大于所述已分配带宽时，将所述资源分配信息中的已分配路径作为所述虚拟链路请求对应的满载路径；
第三确定模块，用于根据网络物理节点的拓扑结构中、除所述满载路径之外的剩余拓扑，确定与该虚拟链路请求匹配的最短路径，并将所述最短路径作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面所述的方法步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法步骤。
本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配方法、装置、设备及存储介质，可以针对虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息，在查找到时，将查找到的资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息。如此使得，资源分配信息数据库中保存有与该虚拟链路请求对应的资源分配信息时，不需要再遍历网络中所有物理节点的拓扑结构，重新为该虚拟链路请求确定匹配的资源分配信息，降低了资源分配过程的复杂度，能够更加高效地满足请求。当然，实施本发明的任一产品或方法必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为本发明实施例中VSDN架构的框架图；
图2为本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配方法的一种流程图；
图3为本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配方法的另一种流程图；
图4为本发明实施例中虚拟网络请求的示意图；
图5为本发明实施例中链路使用率的对比结果示意图；
图6为本发明实施例中请求满足率的结果对比结果示意图；
图7为本发明实施例中归一化后的综合性能QoA对比结果示意图；
图8为本发明实施例中平均路由次数的对比结果示意图；
图9为本发明实施例中平均等待时间的对比结果示意图；
图10为本发明实施例中综合性能QoA对比结果示意图；
图11为本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配装置的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
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。
首先，对本发明实施例的软件定义网络动态带宽分配方法基于的VSDN架构进行详细说明。如图1所示，该VSDN架构包括：物理层、虚拟网络层、控制层。
物理层是基础物理设施层，可以由多个SDN交换机组成，负责实际的数据转发等。虚拟网络层，部署在基础实施层上，为物理层网络组件提供抽象层，决策资源分配，即虚拟网络拓扑到物理拓扑的映射，例如，具体路径分配的计算等。虚拟网络层使得多个虚拟网络能够由控制层协同管理，允许同时组建多个可交叉的虚拟网络。控制层集中控制、管理网络资源，根据虚拟网络层决策的路径分配等资源分配信息，进行实际的资源分配，例如，下发转发路径流表等。
具体地，虚拟网络层接收用户通过终端发送的虚拟网络请求，根据虚拟网络请求，决策资源分配，然后将决策得到的虚拟网络请求的资源分配信息发送给控制层。控制层根据接收到的资源分配信息进行实际的资源分配，例如，下发控制指令、路径流表等。如此，物理层根据控制层下发的路径流表、控制指令等进行配置，进而使得虚拟网络请求能够得到所需的资源。
物理网络模型可以表示为有向图G＝{V,E}，V表示所有物理节点的集合，具体地可以为交换机，E表示所有物理链路的集合，其中，eij可以表示物理链路，具体表示一条由物理源节点i到物理目的节点j的物理链路。相关物理接口是物理网络模型的连接矩阵C和带宽矩阵B,B＝{B12,B13,...,Bij,...}，Bij表示物理链路eij的带宽。另外，物理链路是有向链路，如果物理链路两个方向上具有相同的带宽，则Bij＝Bji。
本发明实施例提供了一种软件定义网络动态带宽分配方法，如图2所示，包括：
S201，接收虚拟网络请求，虚拟网络请求由多个虚拟链路请求组成。
本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配方法可以应用于VSDN的虚拟网络层，具体地可以应用于虚拟网络层中的功能模块，如资源管理模块等。
虚拟网络请求可以是用户通过终端向ISP(Internet Service Provider，互联网服务提供商)发送的请求等。
S202，针对虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息，其中，资源分配信息数据库中保存多个历史虚拟链路请求分别与资源分配信息的对应关系，资源分配信息包括已分配路径、以及已分配带宽。
预先将多个历史虚拟链路请求与其对应的资源分配信息保存至资源分配信息数据库中。具体地，可以通过表格的形式保存虚拟链路请求与资源分配信息的对应关系，如表1所示。
表1
Figure BDA0001422860360000071
虚拟链路请求包括虚拟链路和请求带宽。从资源分配信息数据库中查找与虚拟链路请求匹配的资源分配信息时，可以通过查找表1所示的对应关系进行查找。例如，从资源分配信息数据库中查找与虚拟链路请求1匹配的目标资源分配信息的过程可以包括：首先查找是否存在与虚拟链路请求1中的虚拟链路对应的资源分配信息，如此可以查找到与虚拟链路请求1中的虚拟链路对应的资源分配信息1；然后判断虚拟链路请求1中的请求带宽是否大于资源分配信息1中的已分配带宽，如果该请求带宽不大于该已分配带宽，则说明查找到与虚拟链路请求1匹配的目标资源分配信息。
S203，如果查找到，将查找到的资源分配信息作为该虚拟链路请求对应的资源分配信息。
如果从预先保存的资源分配信息数据库中能够查找到，与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息，则不需要再遍历网络中所有物理节点的拓扑结构，重新为该虚拟链路请求确定匹配的资源分配信息，直接将查找到的该目标资源分配信息作为该虚拟链路请求对应的资源分配信息。
本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配方法，针对虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息，在查找到时，将查找到的资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息。如此使得，资源分配信息数据库中保存有与该虚拟链路请求对应的资源分配信息时，不需要再遍历网络中所有物理节点的拓扑结构，重新为该虚拟链路请求确定匹配的资源分配信息，降低了资源分配过程的复杂度。
本发明实施例还提供了一种软件定义网络动态带宽分配方法，如图3所示，包括：
S301，接收虚拟网络请求。
虚拟链路请求可以包括虚拟链路源节点、虚拟链路目的节点、以及从虚拟链路源节点到虚拟链路目的节点的虚拟链路的请求带宽。
具体地，虚拟网络请求由多个有向虚拟网络的多个虚拟网络请求构成，如G/＝{Gv1,Gv2,...,Gv}，其中，G/表示虚拟网络请求的集合，Gv1、Gv2、Gv分别表示虚拟网络请求。虚拟网络请求可以表示为：Gv＝{Nv,Ev,Ts,Tw-max}，其中，Nv表示该虚拟网络请求的虚拟节点集合，即该虚拟网络请求的所有虚拟链路的虚拟链路源节点和虚拟链路目的节点的集合，Ev表示所有虚拟链路请求的集合，Ts表示虚拟网络请求所需的服务时间，Tw-max表示虚拟网络请求能够等待的最长时间。
虚拟链路请求可以表示为：
Figure BDA0001422860360000081
vsi表示虚拟链路源节点，vdi表示虚拟链路目的节点，
Figure BDA0001422860360000082
表示虚拟链路请求所需的带宽。
需要说明的是，对于任意虚拟网络请求，其可能得到的服务的时间不能超过其能够等待的最长时间，否则该虚拟网络请求被直接丢弃。
Figure BDA0001422860360000083
alloc表示请求满足率，tarrive表示虚拟网络请求的到达时间，tw-max表示虚拟网络请求能够等待的最长时间。
任意时刻，对于任意一条物理链路，所有虚拟网络请求的带宽总和不能超过该物理链路的带宽。同时，因为物理链路是有向链路，需要考虑每条物理链路的带宽分配要承载的双向虚拟链路的分配。
Figure BDA0001422860360000091
g-alloc表示t时刻时正在享受服务的虚拟网络，
Figure BDA0001422860360000092
表示t时刻g-alloc虚拟网络的所有虚拟链路占用物理链路eij的带宽总和，
Figure BDA0001422860360000093
表示物理网络链路eij的带宽。
S302，从资源分配信息数据库中查找，是否存在该虚拟链路请求中虚拟链路对应的资源分配信息。
从资源分配信息数据库中依次查找，是否存在每个虚拟链路请求中虚拟链路对应的资源分配信息。具体地，接收到虚拟网络请求，针对虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求：
Figure BDA0001422860360000094
从资源分配信息数据库中查找，是否存在该虚拟链路请求中虚拟链路源节点vsi到虚拟链路目的节点vdi的虚拟链路对应的资源分配信息。如图1所示的虚拟网络请求中的虚拟链路请求1，节点a经过节点b到节点c的虚拟链路，其中，节点a为虚拟链路源节点，节点c为虚拟链路目的节点。具体地可以分成两条子链路：节点a到节点b的子链路、节点b到节点c的子链路，进行查找，查找是否存在节点a到节点b的子链路对应的资源分配信息，查找是否存在节点b到节点c的子链路对应的资源分配信息。
S303，如果存在，判断请求带宽是否大于资源分配信息中的已分配带宽；如果不大于，执行S304；如果大于，执行S305。
如果资源分配信息数据库中，存在虚拟链路请求中虚拟链路对应的资源分配信息，则判断该虚拟链路请求中的请求带宽是否大于资源分配信息中的已分配带宽。例如，虚拟链路请求为
Figure BDA0001422860360000101
则判断该虚拟网络请求中的虚拟链路请求所需的带宽
Figure BDA0001422860360000102
是否大于虚拟链路源节点vsi到虚拟链路目的节点vdi的虚拟链路对应的资源分配信息中的已分配带宽。
S304，将查找到的资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
如此，在资源分配信息数据库中存在该虚拟链路请求中虚拟链路对应的资源分配信息，且在该虚拟链路请求中请求带宽，也即虚拟链路请求所需的带宽不大于从资源分配信息数据库中查找到的该资源分配信息中的已分配带宽时，将查找到的该资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
S305，将查找到的该资源分配信息中的已分配路径作为该虚拟链路请求对应的满载路径。
资源分配信息数据库中不存在与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息时，需要重新为该虚拟网络请求计算资源分配信息。从资源分配信息数据库中未查找到与该虚拟链路请求中虚拟链路对应的资源分配信息时，或者即使查找到与该虚拟链路请求中虚拟链路对应的资源分配信息，但是请求带宽，也即虚拟链路请求所需的带宽大于从资源分配信息数据库中查找到的该资源分配信息中的已分配带宽时，都认为资源分配信息数据库中不存在与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
为该虚拟网络请求计算资源分配信息可以分为两种情况。一种是：如果从资源分配信息数据库中未查找到与该虚拟链路请求中虚拟链路对应的资源分配信息时，则需要根据网络物理节点的拓扑结构确定该虚拟链路请求的资源分配信息，例如，根据最短路径计算方法确定该虚拟链路请求对应的最短路径。另一种是：查找到与该虚拟链路请求中虚拟链路对应的资源分配信息，但是请求带宽，也即虚拟链路请求所需的带宽大于从资源分配信息数据库中查找到的该资源分配信息中的已分配带宽时，首先确定满载路径，本发明实施例中，将虚拟链路请求所需的带宽大于从资源分配信息数据库中查找到的该资源分配信息中的已分配带宽时，资源分配信息中该已分配带宽对应的已分配路径为满载路径。
S306，根据网络物理节点的拓扑结构中、除满载路径之外的剩余拓扑，确定与该虚拟链路请求匹配的最短路径，并将最短路径作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
确定满载路径之后，在计算该虚拟链路请求的资源分配信息时，可以先将满载路径从网络物理节点的拓扑结构中去除，根据网络物理节点的拓扑结构中、除满载路径之外的剩余拓扑，确定与该虚拟链路请求匹配的最短路径。如此，降低了资源分配过程的计算量，进而降低了资源分配过程的复杂度。需要说明的是，确定最短路径可以采用现有技术中任意一种确定最短路径的方法，本发明实施例不对其进行限制。
另外，在确定与该虚拟链路请求匹配的最短路径，并将最短路径作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息之后，还包括：将确定出的该资源分配信息与该虚拟链路请求的对应关系，添加至资源分配信息数据库中。
如此，每一次对虚拟网络请求的分配，也就是该虚拟链路请求与其对应的该资源分配信息都保存至该资源分配信息数据库中，使得资源分配信息数据库中的数据不断增多，在后续资源分配的过程中，更好地降低资源分配的复杂度。
本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配方法，通过记录历史虚拟网络请求的资源分配信息，并将这些信息保存在资源分配信息数据库中，使得在对虚拟网络请求进行资源分配时，能够对资源分配信息数据库的数据进行分析，实现对网络资源的智能预规划，如此能够更好地、更高效地满足用户需求和管理网络资源。
在一种具体的实施例中，本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配方法可以通过代码来实现。具体的代码如下：
Figure BDA0001422860360000111
Figure BDA0001422860360000121
本段代码实现的功能：输入：虚拟网络请求vnets；输出：具有带宽的路径。具体的过程：遍历虚拟网络请求vnets中的每个虚拟链路请求vlink，首先查找虚拟链路请求vlink的虚拟链路源节点sourceNode，虚拟链路目的节点destinationNode；然后从资源分配信息数据库中查找是否存在该虚拟链路请求匹配的资源分配信息PathData，如果存在，则继续查找虚拟网络请求中的下一个虚拟链路请求。如果不存在，确定不符合带宽需求的路径，也就是满载路径path_out_alloced，然后从网络物理节点的拓扑结构去除满载路径，再从剩余路径中查找与该虚拟链路请求匹配的路径，查找路径的过程在查询次数达到预设查询次数k或者查询到最短路径时结束。并在查找到满足要求的路径后，将该虚拟链路请求以及与其对应的路径等添加至资源分配信息数据库中。并且在计算该虚拟链路请求之后，将去除的满载路径添加回该网络物理节点的拓扑结构中，以便于下一个虚拟链路请求的计算。
具体地，如图4所示。某一时刻有两个虚拟网络请求，请求1和请求2。
可以看出，资源分配信息数据库中存在请求2中虚拟链路对应的资源分配信息，同时虚拟链路请求的带宽为0.02M，不大于资源分配信息数据库中请求2对应的资源分配信息中的已分配带宽0.02M，所以说明从资源分配信息数据库中可以查找到与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息，直接将从资源分配信息数据库中查找到的资源分配信息作为该虚拟链路请求的资源分配信息。如此，可以将从资源分配信息数据库中查找到的该资源分配信息发送至VSDN中的控制层，由控制层下发控制指令，进行实际的资源分配，使得请求2可以获得所需的物理资源。
而资源分配信息数据库中虽然存在请求1中虚拟链路对应的资源分配信息，但是由于存在满载路径，即请求1中虚拟链路请求的带宽1M大于资源分配信息数据库中资源分配信息中的已分配带宽0.5M，所以资源分配信息数据库中不存在与请求1中虚拟链路请求匹配的资源分配信息。此时，需要重新为该虚拟链路请求计算资源分配信息。具体地，先卸载满载路径，也就是从网络物理节点的拓扑结构中去除该满载路径，并在网络物理节点的拓扑结构中、去除该满载路径之后的剩余拓扑中，为该虚拟链路请求确定匹配的资源分配信息。
为了更好地满足用户的请求，本发明实施例一种可选的实施方式中，虚拟网络请求还包括虚拟网络请求能够等待的最长时间，也就是上述的虚拟网络请求中的Tw-max。
在接收虚拟网络请求之后，还包括：
第一步，根据虚拟网络请求的类型，将虚拟网络请求划分到虚拟网络请求的类型对应的队列中。
具体地，可以将虚拟网络请求划分到4个队列：1，正在服务的队列qs，表示正在占用资源的虚拟网络请求对应的对列；2，已完成服务的队列qgs，利用已分配资源完成服务的虚拟网络请求对应的队列；3，同一时刻到达的队列qt，表示同一时刻到达的虚拟网络请求对应的队列；4，等待队列qw，表示在能够等待的最长时间范围内还未得到资源分配的虚拟网络请求对应的队列。
本发明实施例主要针对同一时刻到达的虚拟网络请求和等待的虚拟网络请求。
第二步，按照不同虚拟网络请求对应的最长时间从小到大的顺序，对该队列中的不同虚拟网络请求进行排序。
对同一时间点到达或者等待的多个虚拟网络请求，可以根据虚拟网络请求的优先级进行排序。具体地，虚拟网络请求的优先级主要是指虚拟网络请求能够分配到物理网络资源的权限值。该权限值是由虚拟网络请求能够等待的最长时间决定的，虚拟网络请求能够等待的最长时间越小，则该虚拟网络请求的优先级越高，最终虚拟网络请求能够分配到物理网络资源的权限值越大。可以按照虚拟网络请求的优先级从高到低进行排序，使得优先级高的虚拟网络请求先获得资源。如此，可以根据虚拟网络请求的不同优先级分配资源，更好地满足需求。
另外，对于正在服务的队列中的多个虚拟网络请求，以服务结束时间大小进行排序。服务结束时间越早，则排列在队列位置越靠前。对于已完成服务的队列中的虚拟网络请求，释放相应的资源。
本发明一种具体的实施例中，可以通过代码实现对多个虚拟网络请求的排序，具体地代码如下包括：
Figure BDA0001422860360000141
Figure BDA0001422860360000151
为了对本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配方法的性能进行评价，本发明实施例还进行了仿真实验，对发明实施例提供的方法进行了验证，并与现有的方法进行了比较。
对仿真过程进行详细说明之前，首先对仿真实验中用到的实验参数进行说明。
针对每个虚拟网络请求，因为受到实际物理网络的带宽资源和路由算法等的限制，带宽分配将会涉及到以下5个评测指标。
1.网络平均链路使用率，是指在多个虚拟网络请求下，虚拟网络请求被分配使用的平均物理链路条数与整个网络物理链路总数之比。
Figure BDA0001422860360000152
linkused表示被分配的物理链路条数，Ggs表示得到满足的虚拟网络请求，CountG-e表示网络G中物理链路总数，CountGgs表示已分配带宽的虚拟网络请求的数量，Ggs表示正在服务的虚拟网络请求集合，也即正在占用网络资源的所有虚拟网络请求的集合。
2.虚拟网络请求满足率，是指已分配资源的虚拟网络请求数量与全部虚拟网络请求数量之比。
Figure BDA0001422860360000161
μnet表示虚拟网络请求满足率，CountGgs表示已分配带宽的虚拟网络请求的数量，CountG表示所有虚拟网络请求的数量。
3.源节点到目的节点的平均跳数，是指所有虚拟网络请求中对应同一源物理节点到同一目的物理节点的跳数的平均值。
Figure BDA0001422860360000162
avroutsn表示源节点到目的节点的平均跳数，routsn表示源节点到达目的节点的路由次数，countg表示节点之间跳数的总数。
4.请求平均等待时间，是指所有虚拟网络请求在得到资源之前的等待时间平均值。如果虚拟网络请求因为等待超时而被系统丢弃，则把该虚拟网络请求的等待时间设定为其能够等待的最长时间。
Figure BDA0001422860360000163
avtwait表示请求平均等待时间，twait表示虚拟网络请求的等待时间，countg表示虚拟网络请求的总数。
5.QoA表示综合性能评估，QoA主要与三个参数相关：1、是否满足虚拟网络请求，即请求满足率；2、为虚拟网络请求所分配的物理链路条数；3，虚拟网络请求得到服务前的等待时间。
Figure BDA0001422860360000171
bg表示虚拟网络请求g所请求的带宽，Count1表示为该虚拟网络请求所分配的链路条数，alloc的值表示该虚拟网络请求是否得到满足，twait表示该虚拟网络请求在得到服务前的等待时间，由于有些请求的等待时间为0，所以QoA的计算公式中采用
Figure BDA0001422860360000173
代替twait作除数。
很显然，请求满足率越高则QoA越高，为每个虚拟网络请求分配的链路条数越少则QoA越高，虚拟网络请求得到服务前的等待时间越短则QoA越高。
下面介绍仿真的过程。
本发明实施例中采用的拓扑结构总共具有37个节点，46条链路。设定每条物理链路的带宽为100G/10G。虚拟网络请求的到达时间是遵循泊松过程分布。每个虚拟网络请求是随机生成一个虚拟网络包含多个虚拟链路即随机生成多对源节点和目的节点，并且每个虚拟链路请求所需的带宽在100M-1G范围内随机生成。在进行虚拟网络请求与物理资源匹配时，设定查找最短路径次数最多为k，本发明实施例中分别比较k＝1,3,5情况下不同算法进行资源分配的对比结果。
首先对不同算法的名称进行说明，如表1所示。其中，HP-KSP即表示本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配方法。下述过程为了描述简便，使用算法对应的简称进行说明。
表1
Figure BDA0001422860360000172
Figure BDA0001422860360000181
图5所示为几种算法资源分配过程中链路使用率的对比结果示意图。
相同虚拟网络请求情况下，同一时刻的HP-KSP(K＝3)的链路使用率几乎均高于其他几种算法。因为HP-KSP(K＝3)算法比DPKSP(K＝3)算法路径计算机制更精准严谨，因为在计算路径前，HP-KSP(K＝3)算法可优先匹配之前的资源分配信息，若未匹配再去除满载路径在进行最短路径计算。而DPKSP(K＝3)算法直接通过去除计算所得源节点到目的节点的路径再进行最短路径计算，所以HP-KSP(K＝3)算法增加了满载路径的处理与路径计算机制。同时，HP-KSP(K＝3)与DPKSP(K＝3)两个算法的链路使用率都略高于对应3个KSP(K＝1)算法的链路使用率。在T＝2500时，HP-KSP(K＝3)的链路使用率大约为58％和DPKSP(K＝3)算法的链路使用率为47％.KSP(K＝5)算法因为无法匹配部分资源请求的路径使得虚拟网络请求满足数量逐渐下降，最终导致链路使用率在一定幅度下降，T＝2500时，链路使用率为46％，同理KSP(K＝3)算法与KSP(K＝1)算法的链路使用率也在不断下降，在T＝2500时，KSP(K＝3)算法与KSP(K＝1)算法链路使用率都大约为45％。又因为本发明实施例采用的拓扑结构链接密度较为稀疏，所有源节点到目的节点的前几条最短路径条数相对交叉的概率很大，所以KSP(K＝5)算法与KSP(K＝3)算法与KSP(K＝1)算法的链路使用率结果越来越接近。
图6所示为几种算法请求满足率的结果对比结果示意图。
HP-KSP(K＝3)算法的虚拟网络请求始终高于其他算法，请求满足率几乎稳定在95％以上，几乎满足所有到达的虚拟网络请求。DAKSP(K＝3)算法的请求满足率随着带宽请求数量的增加无法满足资源分配条件的带宽请求增多，请求队列处于拥塞状态，因为超时而丢弃的请求数量越来越多，所以其请求满足率由100％衰减到68％。同理可得，随着虚拟网络请求数量的增加，KSP(K＝5)算法也会由于部分网络中链路带宽满载导致无法满足部分虚拟网络请求的带宽请求，最终使得请求满足率由初始的100％下降到66％。KSP(K＝3)算法与KSP(K＝1)算法的请求满足率衰减速度最快，由初始的100％下降到64％。
图7所示几种算法归一化后的综合性能QoA对比结果示意图。
以HP-KSP算法所得的QoA值做分母，对所有算法的QoA值进行归一化处理。HP-KSP(K＝3)算法与DPKSP(K＝3)算法只需要在网络中寻找3次最短路径的QoA值高于比KSP(K＝5)算法在网络中寻找5次最短路径的所得到的QoA值，其中HP-KSP(K＝3)算法综合性能明显最好。随着时间增加，DPKSP(K＝3)算法的QoA值逐渐下降，在t＝2500时间的QoA值为84.3％，KSP(K＝5)算法在t＝2500单位时间的QoA值为82.3％。而KSP(K＝1)算法的平均QoA下降为80.6％，KSP(K＝3)算法的QoA值随着时间增加急速降低，在t＝2500单位时间时，QoA值为79.5％。因为KSP(K＝3)算法在寻找源节点到目的节点的前3条最短路径时的计算过程中，会有些虚拟网络请求因为计算时间的增加而导致超时被舍弃，所以KSP(K＝3)算法的QoA值有时比KSP(K＝1)算法的QoA值还要低。
图8所示为几种算法的平均路由次数的对比结果示意图。
在网络中选取8对源节点与目的节点，比较每个算法从同一源节点到同一目的节点的路由次数。显然，KSP算法的节点对之间的路由次数要明显低于HP-KSP算法与DPKSP算法。因为KSP算法每次取源节点到目的节点在整个网络中前K次最短路径中满足虚拟网络请求的最短路径，而HP-KSP算法与DPKSP算法则是在去除一些不符合带宽需求的路径的网络中计算前K次最短路径中满足用户请求的最短路径，对于同一源节点与目的节点，如果满足用户需求则KSP算法与HP-KSP算法与DPKSP算法的路由次数几乎相同；对于KSP算法无法满足的用户请求，HP-KSP算法和DPKSP算法所计算出满足用户需求的路径肯定不存在与前KSP算法所计算的前K条路径中，满足用户请求的路径肯定不小于这前K条路径，最终的平均路由次数结果要高于KSP算法。而HP-KSP算法由于更精准的定位到无法满足带宽需求的路径，使得节点对之间的平均路由次数要低于DPKSP算法。HP-KSP算法的平均路由次数为3.4，DPKSP算法的平均路由次数为2.5，KSP算法的平均路由次数分别为1.0(K＝1),1.48(K＝3),1.48(K＝5)。HP-KSP算法的平均路由次数最高。
图9所示为几种算法的平均等待时间的对比结果示意图。
t＝2500s时，KSP算法和DPKSP算法以及HP-KSP算法的每个虚拟网络请求的平均等待时间。HP-KSP算法的每个虚拟网络请求的等待时间为0.08s，几乎虚拟网络请求一到达即可满足请求所需，即高效完成路径分配。而DPKSP算法的每个虚拟网络请求的等待时间为0.264s，DPKSP算法计算机制中采用的不交叉路径消除了不符合带宽需求的路径的影响，虚拟网络请求的等待时间大约为KSP算法的一半，但同时也因过度避开不符合带宽需求的路径导致部分虚拟网络请求无法满足，虚拟网络请求的平均等待时间大约为HP-KSP算法的3倍。KSP算法为计算虚拟网络请求的路径时，包含不符合带宽需求的路径和部分因超时而直接被丢弃的虚拟网络请求，导致每个虚拟网络请求等待时间都在0.45s以上。
图10所示为不同算法的综合性能QoA对比结果示意图。
分别选用节点数为10、20、40、60、80、100的网络拓扑(拓扑均为连通图)上运行了几种算法，并对其运行所得的QoA值进行对比。显然，HP-KSP(K＝3)算法的QoA值一直最大，这说明该算法的综合性能表现最佳。而DPKSP(K＝3)算法的QoA值大约稳定在HP-KSP(K＝3)算法的QoA值的90％左右，KSP(K＝5)算法的QoA值大约稳定在HP-KSP(K＝3)算法的QoA值的59％左右，其他的KSP(K＝3)算法与KSP(K＝1)算法性能最差，QoA值均低于HP-KSP(K＝3)算法的一半。经过这几种网络拓扑的实验验证，HP-KSP(K＝3)算法的综合性能显然优于其他几种算法。
本发明实施例还提供了一种软件定义网络动态带宽分配装置，如图11所示，包括：
接收模块1101，用于接收虚拟网络请求，虚拟网络请求由多个虚拟链路请求组成；
查找模块1102，用于针对虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息，其中，资源分配信息数据库中保存多个历史虚拟链路请求分别与资源分配信息的对应关系，资源分配信息包括已分配路径、以及已分配带宽；
第一确定模块1103，用于如果查找到，将查找到的资源分配信息作为该虚拟链路请求对应的资源分配信息。
本发明实施例提供的软件定义网络动态带宽分配装置，针对虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息，在查找到时，将查找到的资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息。如此使得，资源分配信息数据库中保存有与该虚拟链路请求对应的资源分配信息时，不需要再遍历网络中所有物理节点的拓扑结构，重新为该虚拟链路请求确定匹配的资源分配信息，降低了资源分配过程的复杂度。
可选的，虚拟链路请求包括虚拟链路源节点、虚拟链路目的节点、以及从虚拟链路源节点到虚拟链路目的节点的虚拟链路的请求带宽；
查找模块1102，包括：
查找子模块，用于从资源分配信息数据库中查找，是否存在该虚拟链路请求中虚拟链路对应的资源分配信息；
判断子模块，用于如果存在，判断请求带宽是否大于资源分配信息中的已分配带宽；
确定子模块，用于在请求带宽不大于已分配带宽时，将查找到的资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
可选的，装置还包括：
第二确定模块，用于在请求带宽大于已分配带宽时，将资源分配信息中的已分配路径作为虚拟链路请求对应的满载路径；
第三确定模块，用于根据网络物理节点的拓扑结构中、除满载路径之外的剩余拓扑，确定与该虚拟链路请求匹配的最短路径，并将最短路径作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
可选的，该装置还用于将确定出的该资源分配信息与该虚拟链路请求的对应关系，添加至资源分配信息数据库中。
可选的，虚拟网络请求还包括虚拟网络请求能够等待的最长时间；
该装置还包括：
划分模块，用于根据虚拟网络请求的类型，将虚拟网络请求划分到类型对应的队列中；
排序模块，用于按照不同虚拟网络请求对应的最长时间从小到大的顺序，对队列中的不同虚拟网络请求进行排序。
需要说明的是，本发明实施例的软件定义网络动态带宽分配装置是应用上述软件定义网络动态带宽分配方法的装置，则上述软件定义网络动态带宽分配方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图12所示，包括处理器1201、通信接口1202、存储器1203和通信总线1204，其中，处理器1201，通信接口1202，存储器1203通过通信总线1204完成相互间的通信，
存储器1203，用于存放计算机程序；
处理器1201，用于执行存储器1203上所存放的程序时，实现上述软件定义网络动态带宽分配方法的方法步骤。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明实施例提供的电子设备，针对虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息，在查找到时，将查找到的资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息。如此使得，资源分配信息数据库中保存有与该虚拟链路请求对应的资源分配信息时，不需要再遍历网络中所有物理节点的拓扑结构，重新为该虚拟链路请求确定匹配的资源分配信息，降低了资源分配过程的复杂度。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述软件定义网络动态带宽分配方法的方法步骤。
本发明实施例提供的算机可读存储介质，针对虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息，在查找到时，将查找到的资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的资源分配信息。如此使得，资源分配信息数据库中保存有与该虚拟链路请求对应的资源分配信息时，不需要再遍历网络中所有物理节点的拓扑结构，重新为该虚拟链路请求确定匹配的资源分配信息，降低了资源分配过程的复杂度。
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 (8)

1.一种软件定义网络动态带宽分配方法，其特征在于，包括：
接收虚拟网络请求，所述虚拟网络请求由多个虚拟链路请求组成；
针对所述虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息，其中，所述资源分配信息数据库中保存多个历史虚拟链路请求分别与资源分配信息的对应关系，所述资源分配信息包括已分配路径、以及已分配带宽；
如果查找到，将查找到的所述资源分配信息作为该虚拟链路请求对应的资源分配信息；
所述虚拟链路请求包括虚拟链路源节点、虚拟链路目的节点、以及从所述虚拟链路源节点到所述虚拟链路目的节点的虚拟链路的请求带宽；
所述从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息，包括：
从所述资源分配信息数据库中查找，是否存在该虚拟链路请求中所述虚拟链路对应的资源分配信息；
如果存在，判断所述请求带宽是否大于所述资源分配信息中的已分配带宽；
在所述请求带宽不大于所述已分配带宽时，将查找到的所述资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判断所述请求带宽是否大于所述资源分配信息中的已分配带宽之后，还包括：
在所述请求带宽大于所述已分配带宽时，将所述资源分配信息中的已分配路径作为所述虚拟链路请求对应的满载路径；
根据网络物理节点的拓扑结构中、除所述满载路径之外的剩余拓扑，确定与该虚拟链路请求匹配的最短路径，并将所述最短路径作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述确定与该虚拟链路请求匹配的最短路径，并将所述最短路径作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息之后，还包括：
将确定出的该资源分配信息与该虚拟链路请求的对应关系，添加至所述资源分配信息数据库中。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述虚拟网络请求还包括所述虚拟网络请求能够等待的最长时间；
在所述接收虚拟网络请求之后，还包括：
根据所述虚拟网络请求的类型，将所述虚拟网络请求划分到所述类型对应的队列中；
按照不同虚拟网络请求对应的所述最长时间从小到大的顺序，对所述队列中的不同虚拟网络请求进行排序。
5.一种软件定义网络动态带宽分配装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收虚拟网络请求，所述虚拟网络请求由多个虚拟链路请求组成；
查找模块，用于针对所述虚拟网络请求中的每个虚拟链路请求，从预先保存的资源分配信息数据库中查找与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息，其中，所述资源分配信息数据库中保存多个历史虚拟链路请求分别与资源分配信息的对应关系，所述资源分配信息包括已分配路径、以及已分配带宽；
第一确定模块，用于如果查找到，将查找到的所述资源分配信息作为该虚拟链路请求对应的资源分配信息；
所述虚拟链路请求包括虚拟链路源节点、虚拟链路目的节点、以及从所述虚拟链路源节点到所述虚拟链路目的节点的虚拟链路的请求带宽；
所述查找模块，包括：
查找子模块，用于从所述资源分配信息数据库中查找，是否存在该虚拟链路请求中所述虚拟链路对应的资源分配信息；
判断子模块，用于如果存在，判断所述请求带宽是否大于所述资源分配信息中的已分配带宽；
确定子模块，用于在所述请求带宽不大于所述已分配带宽时，将查找到的所述资源分配信息作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二确定模块，用于在所述请求带宽大于所述已分配带宽时，将所述资源分配信息中的已分配路径作为所述虚拟链路请求对应的满载路径；
第三确定模块，用于根据网络物理节点的拓扑结构中、除所述满载路径之外的剩余拓扑，确定与该虚拟链路请求匹配的最短路径，并将所述最短路径作为与该虚拟链路请求匹配的目标资源分配信息。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
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