CN108923958B - 基于sdn的虚拟网络映射系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于SDN的虚拟网络映射系统及方法，用于解决现有技术中存在的信息收集不全面和灵活性差的技术问题。实现步骤为：1.云资源申请模块提交用户请求的网络资源；2.SDN控制模块对数据链路层进行虚拟化；3.Model模块基于SDN的虚拟网络映射方法计算用户请求的网络资源和虚拟化网络数据的映射关系；4.虚拟网络控制模块对数据链路层的网络设备进行配置；5.SDN控制模块对收到的消息进行处理；6.云资源申请模块显示SDN控制模块发送的消息；7.网络资源呈现模块显示虚拟化网络数据；8.交换机信息模块和流量监控模块实现对虚拟网络的监控。

Description

基于SDN的虚拟网络映射系统及方法

技术领域

本发明属于网络技术领域，涉及一种基于SDN的虚拟网络映射系统及方法。应用于基于SDN的网络中，通过网络虚拟化的方式，利用更加高效的系统和方法实现网络资源的高效利用与灵活调度。

背景技术

软件定义网络(SDN)是一种新型的网络架构，其核心是网络的控制平面与转发平面(即数据平面)相分离：在控制平面为用户提供标准的编程接口，便于集中部署网络管控应用；转发平面仍保留在硬件中，通过标准协议接口(如OpenFlow)接收并执行转发策略，从而实现网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供良好的平台。网络管理者能够通过动态的SDN应用程序来配置、管理和优化底层的网络资源,从而实现灵活、可控的网络。

虚拟网络映射，是根据带有节点和链路资源约束条件的虚拟网络请求，构建虚拟网络，完成底层网络资源分配。虚拟网络映射能够充分利用有限的底层网络资源，为尽可能多的虚拟网络请求提供服务，从而提高底层网络的运营收益。

网络虚拟化技术是一种新兴的网络技术。网络虚拟化能将一个物理网络分割为多个逻辑网络，按需进行配置，从而使得不同用户之间使用独立的网络资源切片，实现对网络功能的合理分配以及灵活调度。从而实现底层网络资源共享，提高资源利用率。但是，现有技术在进行虚拟网络构建时过程繁琐，对专业知识要求高，灵活性和有效性不足。

北京邮电大学在其申请的专利“一种基于软件定义网络的开放虚拟网络构建系统和方法”(申请号:CN201410724630.3申请日:2014.12.02)公开了一种基于软件定义网络的开放虚拟网络构建系统。该发明通过软件定义网络的控制器收集网络资源信息并直观展示给用户，用户提交服务请求后，接受系统提供的服务，根据自身需求对虚拟网络进行定制。但是，该发明的不足之处在于：系统对交换设备的流表信息收集不全面，不利于用户对交换机工作状况的获取，用户不能对已提交的请求进行修改，灵活性不足。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于SDN的虚拟网络映射系统和方法，用于解决现有技术中存在的信息收集不全面和灵活性差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于SDN的虚拟网络映射系统，包括数据链路层和View层，以及位于数据链路层和View层之间的核心层，所述核心层通过双向接口实现与View层和数据链路层的数据传递，其中：

所述数据链路层，用于信息数据的传输和承载核心层分配的用户业务；

所述核心层，包括网络控制模块和Model模块，其中：

所述网络控制模块，用于通过派发流表实现对数据链路层转发数据的控制，对数据链路层的网络资源进行虚拟化，并将虚拟化网络信息通过双向接口传递给View层中的虚拟化网络管理模块，感知数据链路层的网络拓扑，对Model模块所反馈的计算结果进行虚拟网络映射，与虚拟网络资源管理模块进行双向数据传递；

所述Model模块，用于计算由网络控制模块传递的用户请求的虚拟网络映射结果，并将计算结果反馈给网络控制模块；

所述View层，包括并列的网络资源请求模块和网络资源呈现模块，以及与网络资源呈现模块连接的虚拟网络资源管理模块，其中：

所述网络资源请求模块，包括云资源申请模块，用于将用户请求的网络资源提交给网络控制模块；

所述网络资源呈现模块，用于对用户请求的网络资源进行可视化显示；

所述虚拟网络资源管理模块，用于对网络控制模块发送的虚拟化网络信息进行存储、维护和管理；

所述网络控制模块，其功能是通过SDN控制模块和虚拟网络控制模块实现的；

所述Model模块，采用基于SDN的虚拟网络映射方法计算由网络控制模块传递的用户请求的虚拟网络映射结果；

所述View层，其中的虚拟网络资源管理模块连接有网络监控模块，其中的网络资源请求模块，还包括与云资源申请模块并列的带宽申请子模块和节点申请子模块，其中：

所述网络监控模块，包括流量监控子模块和交换机信息模块；所述流量监控子模块，用于通过动态获取虚拟网络资源管理模块的信息，实现对请求网络各条链路流量速率的监控；所述交换机信息模块，用于通过动态获取虚拟网络资源管理模块的信息，实现对用户所请求网络的交换机信息进行查询和管理；

所述带宽申请子模块，用于对已请求网络的链路带宽进行修改，并将修改后的数据传递给核心层中的网络控制模块；

所述节点申请子模块，用于对已请求网络节点的计算资源和存储资源进行修改，并将修改后的数据传递给核心层中的网络控制模块；

所述View层中的虚拟网络资源管理模块，其功能是由虚拟网络资源存储模块和虚拟网络资源处理模块实现的。

上述基于SDN的虚拟网络映射系统，所述数据链路层，包括多台SDN交换设备和多台服务器，其中：

所述SDN交换设备，用于通过连接链路实现SDN交换设备之间以及SDN交换设备与其挂载服务器之间的数据转发；

所述服务器，用于承载用户的计算和存储业务；

所述连接链路，用于实现SDN交换设备之间以及SDN交换设备与服务器之间的数据传输，并承载用户的数据传输业务。

一种基于SDN的虚拟网络映射系统，所述网络资源，是指包括网络节点信息和链路信息的虚拟网络拓扑。

一种基于SDN的虚拟网络映射系统，所述虚拟化网络，是指是指对底层物理网络进行虚拟化后得到的底层物理网络的逻辑网络。

一种基于SDN的虚拟网络映射方法，适用于基于SDN的虚拟网络映射系统，包括如下步骤：

(1)云资源申请模块提交用户请求的网络资源：

云资源申请模块将用户请求的网络资源提交给SDN控制模块；

(2)SDN控制模块对数据链路层进行虚拟化：

SDN控制模块对数据链路层进行虚拟化，得到包括SDN交换设备和服务器的计算能力和存储能力，以及链路的带宽和时延的虚拟化网络数据，并将虚拟化网络数据发送给虚拟网络资源存储模块进行存储，同时将该虚拟化网络数据和用户请求的网络资源提交给Model模块；

(3)Model模块基于SDN的虚拟网络映射方法计算用户请求的网络资源和虚拟化网络数据的映射关系：

(3a)Model模块获取用户节点集合和虚拟化网络节点集合：

Model模块从用户请求的网络资源中获取用户申请的所有节点，组成用户节点集合，同时判断c(n^S)≥c(n^V)是否成立，若是，从虚拟化网络数据中选取所有服务器或所有SDN交换设备对应的节点，组成虚拟化网络的节点集合，并执行步骤(3b)，否则，执行步骤(3h),其中c(n^s)为虚拟化网络数据中节点的剩余计算资源，c(n^V)为用户请求的网络资源中节点的计算资源；

(3b)Model模块计算用户请求的网络资源中每个节点的重要性ImV和虚拟化网络数据中的每个节点的重要性ImS；

(3c)Model模块计算更新后的用户节点集合中的节点与更新后的虚拟化网络中的节点的映射关系集合：

Model模块根据每个节点的ImV对用户节点集合中的所有节点进行降序排列，得到更新后的用户节点集合，同时根据每个节点的ImS对虚拟化网络的节点集合中的所有节点进行降序排列，得到更新后的虚拟化网络的节点集合，并将更新后的用户节点集合中的每个节点与更新后的虚拟化网络的节点集合中的节点进行匹配，组成更新后的用户节点集合中的节点与更新后的虚拟化网络中的节点的映射关系集合，即节点映射关系集合；

(3d)Model模块获取用户链路集合：

Model模块从用户请求的网络资源中获取连接用户所申请的所有节点的链路，组成用户链路集合；

(3e)Model模块获取虚拟化网络路径集合：

Model模块在用户链路集合中选取一条链路，按照该链路的连接关系，计算更新后的用户节点集合中的节点映射到更新后的虚拟化网络中的节点间的k条跳数最短的路径，再判断k条跳数最短的路径中的每一条路径是否满足条件

若是，将所有满足条件的路径组成虚拟化网络的路径集合，并执行步骤(3f)，否则执行步骤(3i)，其中

为用户请求的网络资源中的链路带宽，

为虚拟化网络中节点与节点之间路径的瓶颈链路的带宽；

(3f)Model模块计算虚拟化网络路径集合中每条路径的最佳匹配因子，并将最佳匹配因子最大值对应的路径与步骤(3e)中在用户链路集合中选取的链路组成链路-路径对，查看是否存在链路-路径对集合，若是，将链路-路径对添加到链路-路径对集合中，并从用户链路集合中将步骤(3e)中在用户链路集合中选取的链路删除，否则，建立链路-路径对集合，其中最佳匹配因子的计算公式为：

MaxB-Min[β·T+(1-β)·Hop]

其中，参量B表示备选虚拟化网络路径的最大可用带宽，参量T表示备选虚拟化网络路径的传输时延，参量Hop表示备选虚拟化网络路径的跳数，β为选择松弛变量；

(3g)Model模块判断用户链路集合是否为空，若是，执行步骤(3i)，否则执行步骤(3d)；

(3i)Model模块判断节点映射关系集合和链路-路径对集合是否存在，若是，则映射成功，并将节点映射关系集合和链路-路径对集合发送给虚拟网络控制模块，否则，向SDN控制模块发送映射失败消息；

(4)虚拟网络控制模块对数据链路层的网络设备进行配置：

虚拟网络控制模块根据节点映射关系集合和链路-路径对集合，将用户请求的网络资源映射到相对应的数据链路层的SDN交换设备、服务器以及链路中，并向SDN控制模块发送映射完毕消息；

(5)SDN控制模块对收到的消息进行处理：

SDN控制模块收到映射完毕消息后，重新获取虚拟化网络数据，并向云资源申请模块和网络资源呈现模块反馈请求成功的消息，收到映射失败消息后，向云资源申请模块反馈请求拒绝消息；

(6)云资源申请模块显示SDN控制模块发送的消息：

云资源申请模块显示SDN控制模块发送的请求拒绝消息或请求成功消息；

(7)网络资源呈现模块显示虚拟化网络数据：

网络资源呈现模块收到SDN控制模块返回的请求成功消息后，向虚拟网络资源处理模块申请虚拟化网络数据，并对虚拟网络资源处理模块返回的数据进行可视化显示；

(8)交换机信息模块和流量监控模块实现对虚拟网络的监控：

交换机信息模块和流量监控模块向虚拟网络资源处理模块申请虚拟化网络数据中的SDN交换设备的数据以及链路的带宽和时延，并对虚拟网络资源处理模块返回的数据进行格式转换后实现可视化显示，实现对虚拟网络的监控。

所述的基于SDN的虚拟网络映射方法，步骤(3b)中所述的Model模块计算用户请求的网络资源中每个节点的重要性ImV和虚拟化网络数据中的每个节点的重要性ImS，计算公式分别为：

其中，

为与该节点相连的每条链路上的带宽之和的归一化值，

为与该节点相连的每条链路上的带宽之和的归一化值，α为设定的用以衡量节点计算资源重要程度的选择因子；

为用户请求的网络资源中每个节点的计算资源的归一化值：

其中，

为用户节点集合中节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最小的节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最大的节点的计算资源，当

时，

为虚拟化网络数据中每个节点计算资源的归一化值：

其中，

为用户节点集合中的其中一个节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最小的节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最大的节点的计算资源，当

时，

所述的基于SDN的虚拟网络映射方法，步骤(3c)中所述的将更新后的用户节点集合中的每个节点与更新后的虚拟化网络的节点集合中的节点进行匹配，实现步骤为：

(3c1)Model模块通过更新后的用户节点集合中的所有节点构造完全二叉节点树，更新后的用户节点集合中ImV最大的节点作为节点树的根节点，根节点的标号Index记为1，将更新后的用户节点集合中的其它节点作为节点树的子节点，按照完全二叉树的结构要求添加到节点树上，第i个添加的子节点的标号Index记为i+1；

(3c2)按照节点标号Index的值从小到大的顺序，将节点树上的节点与更新后的虚拟化网络的节点集合中的相同位置的节点进行配对，组成节点映射关系集合。

所述的基于SDN的虚拟网络映射方法，步骤(3f)中所述的计算虚拟化网络路径集合中每条路径的最佳匹配因子，计算公式为：

MaxB_i-Min[β·T_i+(1-β)·Hop_i]

其中，β为选择松弛变量，B_i表示备选虚拟化网络路径的可用带宽归一化值：

其中，B'_i为备选虚拟化网络路径的可用带宽，B_max为可用带宽最大的备选虚拟化网络路径的可用带宽，B_min可用带宽最小的备选虚拟化网络路径的可用带宽；

T_i表示备选虚拟化网络路径的传输时延归一化值：

其中，T_i'为备选虚拟化网络路径的传输时延，T_max传输时延最大的备选虚拟化网络路径的传输时延，T_min表示传输时延最大的备选虚拟化网络路径的传输时延；

Hop_i表示备选虚拟化网络路径的跳数归一化值：

其中，Hop'_i为备选虚拟化网络路径的跳数，Hop_max跳数最大的备选虚拟化网络路径的跳数，Hop_min跳，数最小的备选虚拟化网络路径的跳数。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，本发明利用带宽申请子模块和节点申请子模块，使用户可以对已提交请求进行修改，避免了重新提交请求带来的繁琐过程，与现有技术相比，提高了虚拟网络映射的灵活性。

第二，本发明利用交换机信息模块，能够可视化地展现交换机的流表等信息，使信息的收集更加全面，与现有技术相比，便于用户直接查看交换机的工作状态。

附图说明

图1为本发明虚拟网络映射系统的结构示意图；

图2为本发明虚拟网络映射方法的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的详细描述：

参照图1：基于SDN的虚拟网络映射系统，包括数据链路层和View层，以及位于数据链路层和View层之间的核心层，所述核心层通过双向接口实现与View层和数据链路层的数据传递，其中：

所述数据链路层，包括多台SDN交换设备和多台服务器，用于信息数据的传输和承载核心层分配的用户业务，其中：

SDN交换设备用于通过连接链路实现SDN交换设备之间以及SDN交换设备与其挂载服务器之间的数据转发；

服务器用于承载用户的计算和存储业务；

连接链路用于实现SDN交换设备之间以及SDN交换设备与服务器之间的数据传输，并承载用户的数据传输业务。

所述核心层，包括网络控制模块和Model模块，其中：

所述网络控制模块，包括SDN控制模块和虚拟网络控制模块，用于通过派发流表实现对数据链路层转发数据的控制，对数据链路层的网络资源进行虚拟化，并将虚拟化网络信息通过双向接口传递给View层中的虚拟化网络管理模块，感知数据链路层的网络拓扑，对Model模块所反馈的计算结果进行虚拟网络映射，与虚拟网络资源管理模块进行双向数据传递；

所述网络资源，是指包括网络节点信息和链路信息的虚拟网络拓扑；

所述虚拟化网络，是指是指对底层物理网络进行虚拟化后得到的底层物理网络的逻辑网络。

所述Model模块，用于计算由网络控制模块传递的用户请求的虚拟网络映射结果，并将计算结果反馈给网络控制模块；

所述View层，包括并列的网络资源请求模块和网络资源呈现模块，以及与网络资源呈现模块连接的虚拟网络资源管理模块，网络资源请求模块包括云资源申请模块、带宽申请子模块和节点申请子模块，虚拟网络资源管理模块包括虚拟网络资源存储模块和虚拟网络资源处理模块并连接有网络监控模块，其中：

云资源申请模块用于将用户请求的网络资源提交给网络控制模块；

带宽申请子模块用于对已请求网络的链路带宽进行修改，并将修改后的数据传递给核心层中的网络控制模块；

节点申请子模块用于对已请求网络节点的计算资源和存储资源进行修改，并将修改后的数据传递给核心层中的网络控制模块；

网络资源呈现模块，用于对用户请求的网络资源进行可视化显示；

虚拟网络资源管理模块，用于对网络控制模块发送的虚拟化网络信息进行存储、维护和管理，其中：

网络监控模块，包括流量监控子模块和交换机信息模块；所述流量监控子模块，用于通过动态获取虚拟网络资源管理模块的信息，实现对请求网络各条链路流量速率的监控；所述交换机信息模块，用于通过动态获取虚拟网络资源管理模块的信息，实现对用户所请求网络的交换机信息进行查询和管理；

参照图2：基于SDN的虚拟网络映射方法，适用于基于SDN的虚拟网络映射系统，包括如下步骤：

(1)云资源申请模块提交用户请求的网络资源：

云资源申请模块将用户请求的网络资源提交给SDN控制模块；

(2)SDN控制模块对数据链路层进行虚拟化：

SDN控制模块对数据链路层进行虚拟化，得到包括SDN交换设备和服务器的计算能力和存储能力，以及链路的带宽和时延的虚拟化网络数据，并将虚拟化网络数据发送给虚拟网络资源存储模块进行存储，同时将该虚拟化网络数据和用户请求的网络资源提交给Model模块；

(3)Model模块基于SDN的虚拟网络映射方法计算用户请求的网络资源和虚拟化网络数据的映射关系：

(3a)Model模块获取用户节点集合和虚拟化网络节点集合：

Model模块从用户请求的网络资源中获取用户申请的所有节点，组成用户节点集合，同时判断c(n^S)≥c(n^V)是否成立，若是，从虚拟化网络数据中选取所有服务器或所有SDN交换设备对应的节点，组成虚拟化网络的节点集合，并执行步骤(3b)，否则，执行步骤(3h),其中c(n^s)为虚拟化网络数据中节点的剩余计算资源，c(n^V)为用户请求的网络资源中节点的计算资源；

(3b)Model模块计算用户请求的网络资源中每个节点的重要性ImV和虚拟化网络数据中的每个节点的重要性ImS，计算公式分别为：

其中，

为与用户请求的网络资源中每个节点相连的每条链路上的带宽之和的归一化值，

为与虚拟化网络数据中的每个节点相连的每条链路上的带宽之和的归一化值，α为设定的用以衡量节点计算资源重要程度的选择因子；

为用户请求的网络资源中每个节点的计算资源的归一化值：

其中，

为用户节点集合中节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最小的节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最大的节点的计算资源，当

时，

为虚拟化网络数据中每个节点计算资源的归一化值：

其中，

为用户节点集合中的其中一个节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最小的节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最大的节点的计算资源，当

时，

(3c)Model模块计算更新后的用户节点集合中的节点与更新后的虚拟化网络中的节点的映射关系集合：

Model模块根据每个节点的ImV对用户节点集合中的所有节点进行降序排列，得到更新后的用户节点集合，同时根据每个节点的ImS对虚拟化网络的节点集合中的所有节点进行降序排列，得到更新后的虚拟化网络的节点集合，并将更新后的用户节点集合中的每个节点与更新后的虚拟化网络的节点集合中的节点进行匹配，步骤如下：

(3c1)Model模块通过更新后的用户节点集合中的所有节点构造完全二叉节点树，更新后的用户节点集合中ImV最大的节点作为节点树的根节点，根节点的标号Index记为1，将更新后的用户节点集合中的其它节点作为节点树的子节点，按照完全二叉树的结构要求添加到节点树上，第i个添加的子节点的标号Index记为i+1；

(3c2)按照节点标号Index的值从小到大的顺序，将节点树上的节点与更新后的虚拟化网络的节点集合中的相同位置的节点进行配对，组成节点映射关系集合。

组成更新后的用户节点集合中的节点与更新后的虚拟化网络中的节点的映射关系集合，即节点映射关系集合；

(3d)Model模块获取用户链路集合：

Model模块从用户请求的网络资源中获取连接用户所申请的所有节点的链路，组成用户链路集合；

(3e)Model模块获取虚拟化网络路径集合：

Model模块在用户链路集合中选取一条链路，按照该链路的连接关系，计算更新后的用户节点集合中的节点映射到更新后的虚拟化网络中的节点间的k条跳数最短的路径，再判断k条跳数最短的路径中的每一条路径是否满足条件

若是，将所有满足条件的路径组成虚拟化网络的路径集合，并执行步骤(3f)，否则执行步骤(3i)，其中

为用户请求的网络资源中的链路带宽，

为虚拟化网络中节点与节点之间路径的瓶颈链路的带宽；

(3f)Model模块计算虚拟化网络路径集合中每条路径的最佳匹配因子，并将最佳匹配因子最大值对应的路径与步骤(3e)中在用户链路集合中选取的链路组成链路-路径对，查看是否存在链路-路径对集合，若是，将链路-路径对添加到链路-路径对集合中，并从用户链路集合中将步骤(3e)中在用户链路集合中选取的链路删除，否则，建立链路-路径对集合，其中最佳匹配因子的计算公式为：

MaxB_i-Min[β·T_i+(1-β)·Hop_i]

其中，β为选择松弛变量，B_i表示备选虚拟化网络路径的可用带宽归一化值：

其中，B'_i为备选虚拟化网络路径的可用带宽，B_max为可用带宽最大的备选虚拟化网络路径的可用带宽，B_min可用带宽最小的备选虚拟化网络路径的可用带宽；

T_i表示备选虚拟化网络路径的传输时延归一化值：

其中，T_i'为备选虚拟化网络路径的传输时延，T_max传输时延最大的备选虚拟化网络路径的传输时延，T_min表示传输时延最大的备选虚拟化网络路径的传输时延；

Hop_i表示备选虚拟化网络路径的跳数归一化值：

其中，Hop'_i为备选虚拟化网络路径的跳数，Hop_max跳数最大的备选虚拟化网络路径的跳数，Hop_min跳数最小的备选虚拟化网络路径的跳数。

(3g)Model模块判断用户链路集合是否为空，若是，执行步骤(3i)，否则执行步骤(3d)；

(3i)Model模块判断节点映射关系集合和链路-路径对集合是否存在，若是，则映射成功，并将节点映射关系集合和链路-路径对集合发送给虚拟网络控制模块，否则，向SDN控制模块发送映射失败消息；

(4)虚拟网络控制模块对数据链路层的网络设备进行配置：

虚拟网络控制模块根据节点映射关系集合和链路-路径对集合，将用户请求的网络资源映射到相对应的数据链路层的SDN交换设备、服务器以及链路中，并向SDN控制模块发送映射完毕消息；

(5)SDN控制模块对收到的消息进行处理：

SDN控制模块收到映射完毕消息后，重新获取虚拟化网络数据，并向云资源申请模块和网络资源呈现模块反馈请求成功的消息，收到映射失败消息后，向云资源申请模块反馈请求拒绝消息；

(6)云资源申请模块显示SDN控制模块发送的消息：

云资源申请模块显示SDN控制模块发送的请求拒绝消息或请求成功消息；

(7)网络资源呈现模块显示虚拟化网络数据：

网络资源呈现模块收到SDN控制模块返回的请求成功消息后，向虚拟网络资源处理模块申请虚拟化网络数据，并对虚拟网络资源处理模块返回的数据进行可视化显示；

(8)交换机信息模块和流量监控模块实现对虚拟网络的监控：

交换机信息模块和流量监控模块向虚拟网络资源处理模块申请虚拟化网络数据中的SDN交换设备的数据以及链路的带宽和时延，并对虚拟网络资源处理模块返回的数据进行格式转换后实现可视化显示，实现对虚拟网络的监控。

以上描述和实施例，仅为本发明的优选实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和设计原理后，都可能在基于本发明的原理和结构的情况下，进行形式上和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于SDN的虚拟网络映射系统，包括数据链路层和View层，以及位于数据链路层和View层之间的核心层，所述核心层通过双向接口实现与View层和数据链路层的数据传递，其中：

所述数据链路层，用于信息数据的传输和承载核心层分配的用户业务；

所述核心层，包括网络控制模块和Model模块，其中：

所述网络控制模块，用于通过派发流表实现对数据链路层转发数据的控制，对数据链路层的网络资源进行虚拟化，并将虚拟化网络信息通过双向接口传递给View层中的虚拟化网络管理模块，感知数据链路层的网络拓扑，对Model模块所反馈的计算结果进行虚拟网络映射，与虚拟网络资源管理模块进行双向数据传递；

所述Model模块，用于计算由网络控制模块传递的用户请求的虚拟网络映射结果，并将计算结果反馈给网络控制模块；

所述View层，包括并列的网络资源请求模块和网络资源呈现模块，以及与网络资源呈现模块连接的虚拟网络资源管理模块，其中：

所述网络资源请求模块，包括云资源申请模块，用于将用户请求的网络资源提交给网络控制模块，并判断提交是否成功；

所述网络资源呈现模块，用于对用户请求的网络资源进行可视化显示；

所述虚拟网络资源管理模块，用于对网络控制模块发送的虚拟化网络信息进行存储、维护和管理；

其特征在于：

所述网络控制模块，其功能是通过SDN控制模块和虚拟网络控制模块实现的；

所述Model模块，采用基于SDN的虚拟网络映射方法计算由网络控制模块传递的用户请求的虚拟网络映射结果；

所述View层，其中的虚拟网络资源管理模块连接有网络监控模块，其中的网络资源请求模块，还包括与云资源申请模块并列的带宽申请子模块和节点申请子模块，其中：

所述网络监控模块，包括流量监控子模块和交换机信息模块；所述流量监控子模块，用于通过动态获取虚拟网络资源管理模块的信息，实现对请求网络各条链路流量速率的监控；所述交换机信息模块，用于通过动态获取虚拟网络资源管理模块的信息，实现对用户所请求网络的交换机信息进行查询和管理；

所述带宽申请子模块，用于对已请求网络的链路带宽进行修改，并将修改后的数据传递给核心层中的网络控制模块；

所述节点申请子模块，用于对已请求网络节点的计算资源和存储资源进行修改，并将修改后的数据传递给核心层中的网络控制模块；

所述View层中的虚拟网络资源管理模块，其功能是由虚拟网络资源存储模块和虚拟网络资源处理模块实现的。

2.根据权利要求1所述的基于SDN的虚拟网络映射系统，其特征在于，所述数据链路层，包括多台SDN交换设备和多台服务器，其中：

所述SDN交换设备，用于通过连接链路实现SDN交换设备之间以及SDN交换设备与其挂载服务器之间的数据转发；

所述服务器，用于承载用户的计算和存储业务；

所述连接链路，用于实现SDN交换设备之间以及SDN交换设备与服务器之间的数据传输，并承载用户的数据传输业务。

3.根据权利要求1所述的基于SDN的虚拟网络映射系统，其特征在于，所述网络资源，是指包括网络节点信息和链路信息的虚拟网络拓扑。

4.根据权利要求1所述的基于SDN的虚拟网络映射系统，其特征在于，所述虚拟化网络，是指对底层物理网络进行虚拟化后得到的底层物理网络的逻辑网络。

5.一种基于SDN的虚拟网络映射方法，适用于基于SDN的虚拟网络映射系统，其特征在于，包括如下步骤：

(1)云资源申请模块提交用户请求的网络资源：

云资源申请模块将用户请求的网络资源提交给SDN控制模块；

(2)SDN控制模块对数据链路层进行虚拟化：

SDN控制模块对数据链路层进行虚拟化，得到包括SDN交换设备和服务器的计算能力和存储能力以及链路的带宽和时延，并将虚拟化网络数据发送给虚拟网络资源存储模块进行存储，同时将该虚拟化网络数据和用户请求的网络资源提交给Model模块；

(3)Model模块基于SDN的虚拟网络映射方法计算用户请求的网络资源和虚拟化网络数据的映射关系：

(3a)Model模块获取用户节点集合和虚拟化网络节点集合：

Model模块从用户请求的网络资源中获取用户申请的所有节点，组成用户节点集合，同时判断c(n^S)≥c(n^V)是否成立，若是，从虚拟化网络数据中选取所有服务器或所有SDN交换设备对应的节点，组成虚拟化网络的节点集合，并执行步骤(3b)，否则，执行步骤(3h),其中c(n^s)为虚拟化网络数据中节点的剩余计算资源，c(n^V)为用户请求的网络资源中节点的计算资源；

(3b)Model模块计算用户请求的网络资源中每个节点的重要性ImV和虚拟化网络数据中的每个节点的重要性ImS；

(3c)Model模块计算更新后的用户节点集合中的节点与更新后的虚拟化网络中的节点的映射关系集合：

Model模块根据每个节点的ImV对用户节点集合中的所有节点进行降序排列，得到更新后的用户节点集合，同时根据每个节点的ImS对虚拟化网络的节点集合中的所有节点进行降序排列，得到更新后的虚拟化网络的节点集合，并将更新后的用户节点集合中的每个节点与更新后的虚拟化网络的节点集合中的节点进行匹配，组成更新后的用户节点集合中的节点与更新后的虚拟化网络中的节点的映射关系集合，即节点映射关系集合；

(3d)Model模块获取用户链路集合：

Model模块从用户请求的网络资源中获取连接用户所申请的所有节点的链路，组成用户链路集合；

(3e)Model模块获取虚拟化网络路径集合：

Model模块在用户链路集合中选取一条链路，按照该链路的连接关系，计算更新后的用户节点集合中的节点映射到更新后的虚拟化网络中的节点间的k条跳数最短的路径，再判断k条跳数最短的路径中的每一条路径是否满足条件

若是，将所有满足条件的路径组成虚拟化网络的路径集合，并执行步骤(3f)，否则执行步骤(3i)，其中

为用户请求的网络资源中的链路带宽，

为虚拟化网络中节点与节点之间路径的瓶颈链路的带宽；

(3f)Model模块计算虚拟化网络路径集合中每条路径的匹配因子，并将匹配因子最大值对应的路径与步骤(3e)中在用户链路集合中选取的链路组成链路-路径对，查看是否存在链路-路径对集合，若是，将链路-路径对添加到链路-路径对集合中，并从用户链路集合中将步骤(3e)中在用户链路集合中选取的链路删除，否则，建立链路-路径对集合，其中匹配因子的计算公式为：

MaxB-Min[β·T+(1-β)·Hop]

其中，参量B表示备选虚拟化网络路径的最大可用带宽，参量T表示备选虚拟化网络路径的传输时延，参量Hop表示备选虚拟化网络路径的跳数，β为选择松弛变量；

(3g)Model模块判断用户链路集合是否为空，若是，执行步骤(3i)，否则执行步骤(3d)；

(3i)Model模块判断节点映射关系集合和链路-路径对集合是否存在，若是，则映射成功，并将节点映射关系集合和链路-路径对集合发送给虚拟网络控制模块，否则，向SDN控制模块发送映射失败消息；

(4)虚拟网络控制模块对数据链路层的网络设备进行配置：

虚拟网络控制模块根据节点映射关系集合和链路-路径对集合，将用户请求的网络资源映射到相对应的数据链路层的SDN交换设备、服务器以及链路中，并向SDN控制模块发送映射完毕消息；

(5)SDN控制模块对收到的消息进行处理：

SDN控制模块收到映射完毕消息后，重新获取虚拟化网络数据，并向云资源申请模块和网络资源呈现模块反馈请求成功的消息，收到映射失败消息后，向云资源申请模块反馈请求拒绝消息；

(6)云资源申请模块显示SDN控制模块发送的消息：

云资源申请模块显示SDN控制模块发送的请求拒绝消息或请求成功消息；

(7)网络资源呈现模块显示虚拟化网络数据：

网络资源呈现模块收到SDN控制模块返回的请求成功消息后，向虚拟网络资源处理模块申请虚拟化网络数据，并对虚拟网络资源处理模块返回的数据进行可视化显示；

(8)交换机信息模块和流量监控模块实现对虚拟网络的监控：

交换机信息模块和流量监控模块向虚拟网络资源处理模块申请虚拟化网络数据中的SDN交换设备的数据以及链路的带宽和时延，并对虚拟网络资源处理模块返回的数据进行格式转换后实现可视化显示，实现对虚拟网络的监控。

6.根据权利要求5所述的基于SDN的虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤(3b)中所述的Model模块计算用户请求的网络资源中每个节点的重要性ImV和虚拟化网络数据中的每个节点的重要性ImS，计算公式分别为：

其中，

为与用户请求的网络资源中每个节点相连的每条链路上的带宽之和的归一化值，

为与虚拟化网络数据中的每个节点相连的每条链路上的带宽之和的归一化值，α为设定的用以衡量节点计算资源重要程度的选择因子；

为用户请求的网络资源中每个节点的计算资源的归一化值：

其中，

为用户节点集合中节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最小的节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最大的节点的计算资源，当

时，

为虚拟化网络数据中每个节点计算资源的归一化值：

其中，

为用户节点集合中的其中一个节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最小的节点的计算资源，

为用户节点集合中计算资源最大的节点的计算资源，当

时，

7.根据权利要求5所述的基于SDN的虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤(3c)中所述的将更新后的用户节点集合中的每个节点与更新后的虚拟化网络的节点集合中的节点进行匹配，实现步骤为：

(3c1)Model模块通过更新后的用户节点集合中的所有节点构造完全二叉节点树，更新后的用户节点集合中ImV最大的节点作为节点树的根节点，根节点的标号Index记为1，将更新后的用户节点集合中的其它节点作为节点树的子节点，按照完全二叉树的结构要求添加到节点树上，第i个添加的子节点的标号Index记为i+1；

(3c2)按照节点标号Index的值从小到大的顺序，将节点树上的节点与更新后的虚拟化网络的节点集合中的相同位置的节点进行配对，组成节点映射关系集合。

8.根据权利要求5所述的基于SDN的虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤(3f)中所述的计算虚拟化网络路径集合中每条路径的匹配因子，计算公式为：

MaxB_i-Min[β·T_i+(1-β)·Hop_i]

其中，β为选择松弛变量，B_i表示备选虚拟化网络路径的可用带宽归一化值：

其中，B_i'为备选虚拟化网络路径的可用带宽，B_max为可用带宽最大的备选虚拟化网络路径的可用带宽，B_min可用带宽最小的备选虚拟化网络路径的可用带宽；

T_i表示备选虚拟化网络路径的传输时延归一化值：

其中，T_i'为备选虚拟化网络路径的传输时延，T_max传输时延最大的备选虚拟化网络路径的传输时延，T_min表示传输时延最大的备选虚拟化网络路径的传输时延；

Hop_i表示备选虚拟化网络路径的跳数归一化值：

其中，Hop′_i为备选虚拟化网络路径的跳数，Hop_max跳数最大的备选虚拟化网络路径的跳数，Hop_min跳数最小的备选虚拟化网络路径的跳数。

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