CN108923979B - 软件定义网络虚拟网络映射方法 - Google Patents

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CN108923979B CN201810758720.2A CN201810758720A CN108923979B CN 108923979 B CN108923979 B CN 108923979B CN 201810758720 A CN201810758720 A CN 201810758720A CN 108923979 B CN108923979 B CN 108923979B
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Abstract

本发明涉及软件一种定义网络虚拟网络映射方法，属于通信网络技术领域。该方法包括以下步骤：S1：建模SDN底层网络特性；S2：建模底层节点及底层链路状态标识；S3：建模虚拟网络请求资源需求；S4：建模虚拟网络请求节点及链路映射标识；S5：建模虚拟网络请求联合开销函数；S6：建模虚拟网络请求映射成本；S7：建模虚拟网络请求映射功耗；S8：建模虚拟节点映射限制条件；S9：建模虚拟链路映射限制条件；S10：基于联合开销函数最小化确定虚拟网络请求映射策略。本发明综合考虑SDN底层网络特性、虚拟网络请求资源需求，基于联合开销函数最小化可实现虚拟网络请求优化映射。

Description

软件定义网络虚拟网络映射方法
技术领域
本发明属于通信网络技术领域，涉及一种软件定义网络虚拟网络映射方法。
背景技术
网络虚拟化(networkvirtualization,NV)是未来互联网、云计算的重要技术。其通过对底层网络资源抽象、聚合、隔离等机制允许多个异构的虚拟网络共享底层网络资源，可有效提高资源利用率，为用户提供灵活、多样化的服务，同时增强网络的可控性。软件定义网络(software definednetwork,SDN)所具有的控制平面与数据平面解耦、控制逻辑集中和网络可编程等特点，对于实现网络虚拟化具有典型优势。
SDN虚拟化技术结合了SDN及NV两种技术的优势，通过对SDN底层物理网络资源进行抽象，并映射为多个虚拟网络，可实现底层网络资源共享，提升网络灵活性及智能化。NV技术实现过程所涉及核心问题为虚拟网络映射(virtualnetworkembedding,VNE)问题，是指为带有节点和链路资源需求约束的虚拟网络请求分配底层物理网络资源。如何综合考虑SDN底层网络特性、虚拟网络请求资源需求、虚拟网络映射成本及网络整体能耗优化等问题，在保障网络服务质量的前提下，实现虚拟网络映射优化已成为当前研究亟待解决的问题。
文献[ZhangP,YaoH,LiuY.VirtualNetworkEmbeddingbasedonComputing,Networkand Storage Resource Constraints[J].IEEE Internet ofThings Journal,2017,PP(99):1-7.]提出一种基于计算、网络及存储三维资源约束的虚拟网络请求映射模型，并设计了两种启发式算法以实现虚拟网络映射，但所提算法并未考虑虚拟网络请求的映射功耗。文献[Zong Y,Ou Y,Hammad A,et al.Location-Aware Energy EfficientVirtual Network Embedding in Software-Defined Optical Data Center Networks[J].Journal of Optical Communications and Networking,2018,10(7):B58-B70.]提出一种基于总功耗最小化的混合整数线性规划模型，并设计了位置感知的节能VNE算法以减少激活的数据中心及网络组件的功率消耗，但所提算法未充分考虑虚拟网络请求的映射成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种软件定义网络虚拟网络请求映射方法，在该方法中，考虑由一个控制器和多个物理交换机组成的SDN底层物理网络，其中，底层物理网络模型中的底层节点及底层链路可处于激活或休眠两种状态，针对多个虚拟网络请求，在满足虚拟网络请求资源需求及底层物理网络设备性能等约束条件下，以虚拟网络请求联合开销函数最小化为优化目标，优化确定虚拟网络请求映射策略。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
软件定义网络虚拟网络映射方法，该方法包括以下步骤：
S1：建模软件定义网络(software-defined networking,SDN)底层网络特性；
S2：建模底层节点及底层链路状态标识；
S3：建模虚拟网络请求资源需求；
S4：建模虚拟网络请求节点及链路映射标识；
S5：建模虚拟网络请求联合开销函数；
S6：建模虚拟网络请求映射成本；
S7：建模虚拟网络请求映射功耗；
S8：建模虚拟节点映射限制条件；
S9：建模虚拟链路映射限制条件；
S10：基于联合开销函数最小化确定虚拟网络请求映射策略。
进一步，所述步骤S1具体为：基于图论理论建模SDN底层网络模型，以带权无向图
Figure BDA0001727371500000021
表示底层网络拓扑，其中，
Figure BDA0001727371500000022
表示底层网络中节点集合，
Figure BDA0001727371500000023
表示底层网络中第i个底层节点，M表示底层节点数量；
Figure BDA0001727371500000024
表示底层网络中链路集合，
Figure BDA0001727371500000025
表示连接
Figure BDA0001727371500000026
和
Figure BDA0001727371500000027
的底层链路；
Figure BDA0001727371500000028
表示底层节点属性集合，其中，
Figure BDA0001727371500000029
和
Figure BDA00017273715000000210
分别表示
Figure BDA00017273715000000211
的CPU计算资源和TCAM流表处理资源，1≤i≤M；
Figure BDA00017273715000000212
表示底层链路属性集合，其中，
Figure BDA00017273715000000213
和
Figure BDA00017273715000000214
分别表示
Figure BDA00017273715000000215
的带宽资源和链路传播时延，1≤i,j≤M,i≠j；令
Figure BDA00017273715000000216
表示与
Figure BDA00017273715000000217
相邻的底层节点集合，
Figure BDA00017273715000000218
表示底层网络最大度数，|x|表示集合x中元素数目。
进一步，所述步骤S2具体为：该底层网络模型中的底层节点和底层链路可处于激活或休眠两种状态；令xi,t∈{0,1}表示t时刻
Figure BDA00017273715000000219
激活标识，xi,t＝1表示
Figure BDA00017273715000000220
在t时刻处于激活状态，否则，xi,t＝0；令xi,j,t∈{0,1}表示t时刻
Figure BDA00017273715000000221
激活标识，xi,j,t＝1表示
Figure BDA00017273715000000222
在t时刻处于激活状态，否则，xi,j,t＝0。
进一步，所述步骤S3具体为：令
Figure BDA00017273715000000223
表示第k个到达的虚拟网络请求，其中，
Figure BDA0001727371500000031
表示第k个虚拟网络拓扑，
Figure BDA0001727371500000032
表示第k个虚拟网络请求到达时刻，
Figure BDA0001727371500000033
表示第k个虚拟网络请求结束时刻，即若
Figure BDA0001727371500000034
则VNRk失效；令
Figure BDA0001727371500000035
表示VNRk到达标识，若
Figure BDA0001727371500000036
Figure BDA0001727371500000037
否则，
Figure BDA0001727371500000038
令
Figure BDA0001727371500000039
表示VNRk失效标识，若
Figure BDA00017273715000000310
否则，
Figure BDA00017273715000000311
以带权无向图
Figure BDA00017273715000000312
表示VNRk的虚拟网络拓扑，其中，
Figure BDA00017273715000000313
表示VNRk中虚拟节点集合，
Figure BDA00017273715000000314
表示VNRk中第u个虚拟节点，Mk表示VNRk中虚拟节点数量；
Figure BDA00017273715000000315
表示VNRk中虚拟链路集合，
Figure BDA00017273715000000316
表示连接
Figure BDA00017273715000000317
和
Figure BDA00017273715000000318
的虚拟链路；
Figure BDA00017273715000000319
表示虚拟节点属性集合，
Figure BDA00017273715000000320
和
Figure BDA00017273715000000321
分别表示
Figure BDA00017273715000000322
的CPU资源需求和TCAM流表处理资源需求；
Figure BDA00017273715000000323
表示虚拟链路属性集合，
Figure BDA00017273715000000324
及
Figure BDA00017273715000000325
分别表示
Figure BDA00017273715000000326
的带宽需求和最大可容忍链路传播时延，1≤k≤K，K表示虚拟网络请求数目。
进一步，所述步骤S4具体为：令αk,u,i∈{0,1}表示VNRk节点映射标识，αk,u,i＝1表示VNRk中
Figure BDA00017273715000000327
映射至
Figure BDA00017273715000000328
否则，αk,u,i＝0；令βk,u,r,i,j∈{0,1}表示VNRk链路映射标识，βk,u,r,i,j＝1表示VNRk中
Figure BDA00017273715000000329
映射至
Figure BDA00017273715000000330
否则，βk,u,r,i,j＝0。
进一步，在步骤S5中，根据公式
Figure BDA00017273715000000331
建模时间T内虚拟网络请求联合开销函数，其中，Θk,t表示VNRk在t时刻的联合开销，
Figure BDA00017273715000000332
所述Θk,t建模为Θk,t＝μQQk,t+μPPk,t，其中，Qk,t表示VNRk在t时刻的映射成本，Pk,t表示VNRk在t时刻的映射功耗，μQ和μP分别表示映射成本及映射功耗的加权系数。
进一步，在步骤S6中，所述Qk,t建模为
Figure BDA00017273715000000333
其中，
Figure BDA00017273715000000334
表示VNRk在t时刻的节点映射成本，建模为
Figure BDA00017273715000000335
ηi,t表示t时刻
Figure BDA00017273715000000336
的节点资源利用率，ΓN(ηi,t)表示ηi,t的单位节点资源映射成本函数；
Figure BDA00017273715000000337
表示VNRk在t时刻的链路映射成本，建模为
Figure BDA00017273715000000338
ηi,j,t表示t时刻
Figure BDA00017273715000000339
的链路资源利用率，ΓL(ηi,j,t)表示ηi,j,t的单位链路资源映射成本函数；
所述ηi,t建模为
Figure BDA00017273715000000340
其中，
Figure BDA00017273715000000341
和
Figure BDA00017273715000000342
分别表示t时刻
Figure BDA00017273715000000343
已占用CPU资源及TCAM资源，δC和δT分别表示CPU资源利用率及TCAM资源利用率的加权系数，δC+δT＝1；所述ΓN(ηi,t)建模为
Figure BDA0001727371500000041
所述ηi,j,t建模为
Figure BDA0001727371500000042
其中，
Figure BDA0001727371500000043
表示t时刻
Figure BDA0001727371500000044
已占用带宽资源；所述ΓL(ηi,j,t)建模为
Figure BDA0001727371500000045
所述
Figure BDA0001727371500000046
建模为
Figure BDA0001727371500000047
所述
Figure BDA0001727371500000048
建模为
Figure BDA0001727371500000049
所述
Figure BDA00017273715000000410
建模为
Figure BDA00017273715000000411
进一步，在步骤S7中，所述Pk,t建模为
Figure BDA00017273715000000412
其中，
Figure BDA00017273715000000413
表示VNRk在t时刻的节点功耗，建模为
Figure BDA00017273715000000414
其中，Pi ON表示
Figure BDA00017273715000000415
由休眠状态切换至激活状态对应的功耗，Pi MAX表示
Figure BDA00017273715000000416
的满载功耗，r表示校正参数；
Figure BDA00017273715000000417
表示VNRk在t时刻的链路功耗，建模为
Figure BDA00017273715000000418
其中，
Figure BDA00017273715000000419
表示
Figure BDA00017273715000000420
由休眠状态切换至激活状态对应的功耗，
Figure BDA00017273715000000421
表示
Figure BDA00017273715000000422
的满载功耗。
进一步，在步骤S8中，建模虚拟节点映射约束条件：1)同一个虚拟网络请求中每个虚拟节点只能映射到一个底层节点上：
Figure BDA00017273715000000423
2)同一个虚拟网络请求中不同的虚拟节点不能同时映射到相同的物理节点上：
Figure BDA00017273715000000424
3)底层节点CPU计算资源约束条件：
Figure BDA00017273715000000425
4)底层节点TCAM流表处理资源约束条件：
Figure BDA00017273715000000426
5)节点映射标识域约束条件：αk,u,i∈{0,1}；6)底层节点激活状态约束条件：
Figure BDA0001727371500000051
Figure BDA0001727371500000052
进一步，在步骤S9中，建模虚拟链路映射约束条件为：1)流守恒约束条件：
Figure BDA0001727371500000053
2)底层链路带宽资源约束条件：
Figure BDA0001727371500000054
3)虚拟链路时延约束条件：
Figure BDA0001727371500000055
4)链路映射标识域约束条件：βk,u,r,i,j∈{0,1}；5)底层链路激活状态约束条件：
Figure BDA0001727371500000056
步骤S10中，在满足虚拟网络请求节点映射和链路映射约束条件下，以虚拟网络请求联合开销函数最小化为目标，优化确定虚拟网络请求映射策略，即
Figure BDA0001727371500000057
其中，
Figure BDA0001727371500000058
和
Figure BDA0001727371500000059
分别表示VNRk中
Figure BDA00017273715000000510
和
Figure BDA00017273715000000511
的最优映射策略，Θ(·)表示虚拟网络请求联合开销函数。
本发明的有益效果在于：本发明可以在保障服务质量的前提下，实现在SDN底层物理网络中执行虚拟网络请求映射时策略最优，使得虚拟网络请求联合开销最小。
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SDN虚拟网络映射示意图；
图2为本发明所述方法的流程示意图。
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。
图1为SDN虚拟网络请求映射示意图，如图所示，考虑由一个控制器和多个物理交换机组成的SDN底层物理网络，其中，底层物理网络模型中的底层节点及底层链路可处于激活或休眠两种状态，针对多个虚拟网络请求，在满足虚拟网络请求需求及底层物理网络设备性能等约束条件下，以虚拟网络请求联合开销函数最小化为优化目标，优化确定虚拟网络请求映射策略。
图2为本发明所述方法的流程示意图，如图所示，本发明所述方法具体包括以下步骤：
1)建模SDN底层网络特性：
建模SDN底层网络特性，具体为：基于图论理论建模SDN底层网络模型，以带权无向图
Figure BDA0001727371500000061
表示底层网络拓扑，其中，
Figure BDA0001727371500000062
表示底层网络中节点集合，
Figure BDA0001727371500000063
表示底层网络中第i个底层节点，M表示底层节点数量；
Figure BDA0001727371500000064
表示底层网络中链路集合，
Figure BDA0001727371500000065
表示连接
Figure BDA0001727371500000066
和
Figure BDA0001727371500000067
的底层链路；
Figure BDA0001727371500000068
表示底层节点属性集合，其中，
Figure BDA0001727371500000069
和
Figure BDA00017273715000000610
分别表示
Figure BDA00017273715000000611
的CPU计算资源和TCAM流表处理资源，1≤i≤M；
Figure BDA00017273715000000612
表示底层链路属性集合，其中，
Figure BDA00017273715000000613
和
Figure BDA00017273715000000614
分别表示
Figure BDA00017273715000000615
的带宽资源和链路传播时延，1≤i,j≤M,i≠j。令
Figure BDA00017273715000000616
表示与
Figure BDA00017273715000000617
相邻的底层节点集合，
Figure BDA00017273715000000618
表示底层网络最大度数，|x|表示集合x中元素数目。
2)建模底层节点及底层链路状态标识：
建模底层节点及底层链路状态标识，具体为：该底层网络模型中的底层节点和底层链路可处于激活或休眠两种状态。令xi,t∈{0,1}表示t时刻
Figure BDA00017273715000000646
激活标识，xi,t＝1表示
Figure BDA00017273715000000619
在t时刻处于激活状态，否则，xi,t＝0；令xi,j,t∈{0,1}表示t时刻
Figure BDA00017273715000000620
激活标识，xi,j,t＝1表示
Figure BDA00017273715000000621
在t时刻处于激活状态，否则，xi,j,t＝0。
3)建模虚拟网络请求资源需求：
建模虚拟网络请求资源需求，具体为：令
Figure BDA00017273715000000622
表示第k个到达的虚拟网络请求，其中，
Figure BDA00017273715000000623
表示第k个虚拟网络拓扑，
Figure BDA00017273715000000624
表示第k个虚拟网络请求到达时刻，
Figure BDA00017273715000000625
表示第k个虚拟网络请求结束时刻，即若
Figure BDA00017273715000000626
则VNRk失效。令
Figure BDA00017273715000000627
表示VNRk到达标识，若
Figure BDA00017273715000000628
Figure BDA00017273715000000629
否则，
Figure BDA00017273715000000630
令
Figure BDA00017273715000000631
表示VNRk失效标识，若
Figure BDA00017273715000000632
否则，
Figure BDA00017273715000000633
以带权无向图
Figure BDA00017273715000000634
表示VNRk的虚拟网络拓扑，其中，
Figure BDA00017273715000000635
表示VNRk中虚拟节点集合，
Figure BDA00017273715000000636
表示VNRk中第u个虚拟节点，Mk表示VNRk中虚拟节点数量；
Figure BDA00017273715000000637
表示VNRk中虚拟链路集合，
Figure BDA00017273715000000638
表示连接
Figure BDA00017273715000000639
和
Figure BDA00017273715000000640
的虚拟链路；
Figure BDA00017273715000000641
表示虚拟节点属性集合，
Figure BDA00017273715000000642
和
Figure BDA00017273715000000643
分别表示
Figure BDA00017273715000000644
的CPU资源需求和TCAM流表处理资源需求；
Figure BDA00017273715000000645
表示虚拟链路属性集合，
Figure BDA0001727371500000071
及
Figure BDA0001727371500000072
分别表示
Figure BDA0001727371500000073
的带宽需求和最大可容忍链路传播时延，1≤k≤K，K表示虚拟网络请求数目。
4)建模虚拟网络请求节点及链路映射标识：
建模虚拟网络请求节点及链路映射标识，具体为：令αk,u,i∈{0,1}表示VNRk节点映射标识，αk,u,i＝1表示VNRk中
Figure BDA0001727371500000074
映射至
Figure BDA0001727371500000075
否则，αk,u,i＝0；令βk,u,r,i,j∈{0,1}表示VNRk链路映射标识，βk,u,r,i,j＝1表示VNRk中
Figure BDA0001727371500000076
映射至
Figure BDA0001727371500000077
否则，βk,u,r,i,j＝0。
5)建模虚拟网络请求联合开销函数：
建模虚拟网络请求联合开销函数，具体为：根据公式
Figure BDA0001727371500000078
建模时间T内虚拟网络请求联合开销函数，其中，Θk,t表示VNRk在t时刻的联合开销，
Figure BDA0001727371500000079
6)建模虚拟网络请求映射成本：
建模虚拟网络请求映射成本，具体为：所述Qk,t建模为
Figure BDA00017273715000000710
其中，
Figure BDA00017273715000000711
表示VNRk在t时刻的节点映射成本，建模为
Figure BDA00017273715000000712
ηi,t表示t时刻
Figure BDA00017273715000000713
的节点资源利用率，ΓN(ηi,t)表示ηi,t的单位节点资源映射成本函数；
Figure BDA00017273715000000714
表示VNRk在t时刻的链路映射成本，建模为
Figure BDA00017273715000000715
ηi,j,t表示t时刻
Figure BDA00017273715000000716
的链路资源利用率，ΓL(ηi,j,t)表示ηi,j,t的单位链路资源映射成本函数。所述ηi,t建模为
Figure BDA00017273715000000717
其中，
Figure BDA00017273715000000718
和
Figure BDA00017273715000000719
分别表示t时刻
Figure BDA00017273715000000720
已占用CPU资源及TCAM资源，δC和δT分别表示CPU资源利用率及TCAM资源利用率的加权系数，δC+δT＝1；所述ΓN(ηi,t)建模为
Figure BDA00017273715000000721
所述ηi,j,t建模为
Figure BDA00017273715000000722
其中，
Figure BDA00017273715000000723
表示t时刻
Figure BDA00017273715000000724
已占用带宽资源；所述ΓL(ηi,j,t)建模为
Figure BDA00017273715000000725
所述
Figure BDA00017273715000000726
建模为
Figure BDA00017273715000000727
所述
Figure BDA00017273715000000728
建模为
Figure BDA0001727371500000081
所述
Figure BDA0001727371500000082
建模为
Figure BDA0001727371500000083
7)建模虚拟网络请求映射功耗：
建模虚拟网络请求映射功耗，具体为：所述Pk,t建模为
Figure BDA0001727371500000084
其中，
Figure BDA0001727371500000085
表示VNRk在t时刻的节点功耗，建模为
Figure BDA0001727371500000086
其中，Pi ON表示
Figure BDA0001727371500000087
由休眠状态切换至激活状态对应的功耗，Pi MAX表示
Figure BDA0001727371500000088
的满载功耗，r表示校正参数；
Figure BDA0001727371500000089
表示VNRk在t时刻的链路功耗，建模为
Figure BDA00017273715000000810
其中，
Figure BDA00017273715000000811
表示
Figure BDA00017273715000000812
由休眠状态切换至激活状态对应的功耗，
Figure BDA00017273715000000813
表示
Figure BDA00017273715000000814
的满载功耗。
8)建模虚拟节点映射限制条件：
建模虚拟节点映射限制条件，具体为：1)同一个虚拟网络请求中每个虚拟节点只能映射到一个底层节点上：
Figure BDA00017273715000000815
2)同一个虚拟网络请求中不同的虚拟节点不能同时映射到相同的物理节点上：
Figure BDA00017273715000000816
3)底层节点CPU计算资源约束条件：
Figure BDA00017273715000000817
4)底层节点TCAM流表处理资源约束条件：
Figure BDA00017273715000000818
5)节点映射标识域约束条件：αk,u,i∈{0,1}；6)底层节点激活状态约束条件：
Figure BDA00017273715000000819
Figure BDA00017273715000000820
9)建模虚拟链路映射限制条件：
建模虚拟链路映射限制条件，具体为：1)流守恒约束条件：
Figure BDA0001727371500000091
2)底层链路带宽资源约束条件：
Figure BDA0001727371500000092
3)虚拟链路时延约束条件：
Figure BDA0001727371500000093
4)链路映射标识域约束条件：βk,u,r,i,j∈{0,1}；5)底层链路激活状态约束条件：
Figure BDA0001727371500000094
10)基于联合开销函数最小化确定虚拟网络请求映射策略：
在满足虚拟网络请求节点映射和链路映射约束条件下，以虚拟网络请求联合开销函数最小化为目标，优化确定虚拟网络请求映射策略，即
Figure BDA0001727371500000095
其中，
Figure BDA0001727371500000096
和
Figure BDA0001727371500000097
分别表示VNRk中
Figure BDA0001727371500000098
和
Figure BDA0001727371500000099
的最优映射策略，Θ(·)表示虚拟网络请求联合开销函数。
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 (1)

1.软件定义网络虚拟网络映射方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：建模软件定义网络SDN底层网络特性；
S2：建模底层节点及底层链路状态标识；
S3：建模虚拟网络请求资源需求；
S4：建模虚拟网络请求节点及链路映射标识；
S5：建模虚拟网络请求联合开销函数；
S6：建模虚拟网络请求映射成本；
S7：建模虚拟网络请求映射功耗；
S8：建模虚拟节点映射限制条件；
S9：建模虚拟链路映射限制条件；
S10：基于联合开销函数最小化确定虚拟网络请求映射策略；
所述步骤S1具体为：基于图论理论建模SDN底层网络模型，以带权无向图
Figure FDA0002936067780000011
表示底层网络拓扑，其中，
Figure FDA0002936067780000012
表示底层网络中节点集合，
Figure FDA0002936067780000013
表示底层网络中第i个底层节点，M表示底层节点数量；
Figure FDA0002936067780000014
表示底层网络中链路集合，
Figure FDA0002936067780000015
表示连接
Figure FDA0002936067780000016
和
Figure FDA0002936067780000017
的底层链路；
Figure FDA0002936067780000018
表示底层节点属性集合，其中，
Figure FDA0002936067780000019
和
Figure FDA00029360677800000110
分别表示
Figure FDA00029360677800000111
的CPU计算资源和TCAM流表处理资源，1≤i≤M；
Figure FDA00029360677800000112
表示底层链路属性集合，其中，
Figure FDA00029360677800000113
和
Figure FDA00029360677800000114
分别表示
Figure FDA00029360677800000115
的带宽资源和链路传播时延，1≤i,j≤M,i≠j；令
Figure FDA00029360677800000116
表示与
Figure FDA00029360677800000117
相邻的底层节点集合，
Figure FDA00029360677800000118
表示底层网络最大度数，|x|表示集合x中元素数目；
所述步骤S2具体为：该底层网络模型中的底层节点和底层链路可处于激活或休眠两种状态；令xi,t∈{0,1}表示t时刻
Figure FDA00029360677800000119
激活标识，xi,t＝1表示
Figure FDA00029360677800000120
在t时刻处于激活状态，否则，xi,t＝0；令xi,j,t∈{0,1}表示t时刻
Figure FDA00029360677800000121
激活标识，xi,j,t＝1表示
Figure FDA00029360677800000122
在t时刻处于激活状态，否则，xi,j,t＝0；
所述步骤S3具体为：令
Figure FDA00029360677800000123
表示第k个到达的虚拟网络请求，其中，
Figure FDA00029360677800000124
表示第k个虚拟网络拓扑，
Figure FDA00029360677800000125
表示第k个虚拟网络请求到达时刻，
Figure FDA00029360677800000126
表示第k个虚拟网络请求结束时刻，即若
Figure FDA00029360677800000127
则VNRk失效；令
Figure FDA00029360677800000128
表示VNRk到达标识，若
Figure FDA00029360677800000129
否则，
Figure FDA00029360677800000130
令
Figure FDA00029360677800000131
表示VNRk失效标识，若
Figure FDA00029360677800000132
否则，
Figure FDA00029360677800000133
以带权无向图
Figure FDA00029360677800000134
表示VNRk的虚拟网络拓扑，其中，
Figure FDA00029360677800000135
表示VNRk中虚拟节点集合，
Figure FDA0002936067780000021
表示VNRk中第u个虚拟节点，Mk表示VNRk中虚拟节点数量；
Figure FDA0002936067780000022
表示VNRk中虚拟链路集合，
Figure FDA0002936067780000023
表示连接
Figure FDA0002936067780000024
和
Figure FDA0002936067780000025
的虚拟链路；
Figure FDA0002936067780000026
表示虚拟节点属性集合，
Figure FDA0002936067780000027
和
Figure FDA0002936067780000028
分别表示
Figure FDA0002936067780000029
的CPU资源需求和TCAM流表处理资源需求；
Figure FDA00029360677800000210
表示虚拟链路属性集合，
Figure FDA00029360677800000211
及
Figure FDA00029360677800000212
分别表示
Figure FDA00029360677800000213
的带宽需求和最大可容忍链路传播时延，1≤k≤K，K表示虚拟网络请求数目；
所述步骤S4具体为：令αk,u,i∈{0,1}表示VNRk节点映射标识，αk,u,i＝1表示VNRk中
Figure FDA00029360677800000214
映射至
Figure FDA00029360677800000215
否则，αk,u,i＝0；令βk,u,r,i,j∈{0,1}表示VNRk链路映射标识，βk,u,r,i,j＝1表示VNRk中
Figure FDA00029360677800000216
映射至
Figure FDA00029360677800000217
否则，βk,u,r,i,j＝0；
在步骤S5中，根据公式
Figure FDA00029360677800000218
建模时间T内虚拟网络请求联合开销函数，其中，Θk,t表示VNRk在t时刻的联合开销，
Figure FDA00029360677800000219
所述Θk,t建模为Θk,t＝μQQk,t+μPPk,t，其中，Qk,t表示VNRk在t时刻的映射成本，Pk,t表示VNRk在t时刻的映射功耗，μQ和μP分别表示映射成本及映射功耗的加权系数；
在步骤S6中，所述Qk,t建模为
Figure FDA00029360677800000220
其中，
Figure FDA00029360677800000221
表示VNRk在t时刻的节点映射成本，建模为
Figure FDA00029360677800000222
ηi,t表示t时刻
Figure FDA00029360677800000223
的节点资源利用率，ΓN(ηi,t)表示ηi,t的单位节点资源映射成本函数；
Figure FDA00029360677800000224
表示VNRk在t时刻的链路映射成本，建模为
Figure FDA00029360677800000225
ηi,j,t表示t时刻
Figure FDA00029360677800000226
的链路资源利用率，ΓL(ηi,j,t)表示ηi,j,t的单位链路资源映射成本函数；
所述ηi,t建模为
Figure FDA00029360677800000227
其中，
Figure FDA00029360677800000228
和
Figure FDA00029360677800000229
分别表示t时刻
Figure FDA00029360677800000230
已占用CPU资源及TCAM资源，δC和δT分别表示CPU资源利用率及TCAM资源利用率的加权系数，δC+δT＝1；所述ΓN(ηi,t)建模为
Figure FDA00029360677800000231
所述ηi,j,t建模为
Figure FDA00029360677800000232
其中，
Figure FDA00029360677800000233
表示t时刻
Figure FDA00029360677800000234
已占用带宽资源；所述ΓL(ηi,j,t)建模为
Figure FDA0002936067780000031
所述
Figure FDA0002936067780000032
建模为
Figure FDA0002936067780000033
所述
Figure FDA0002936067780000034
建模为
Figure FDA0002936067780000035
所述
Figure FDA0002936067780000036
建模为
Figure FDA0002936067780000037
在步骤S7中，所述Pk,t建模为
Figure FDA0002936067780000038
其中，
Figure FDA0002936067780000039
表示VNRk在t时刻的节点功耗，建模为
Figure FDA00029360677800000310
其中，Pi ON表示
Figure FDA00029360677800000311
由休眠状态切换至激活状态对应的功耗，Pi MAX表示
Figure FDA00029360677800000312
的满载功耗，z表示校正参数；
Figure FDA00029360677800000313
表示VNRk在t时刻的链路功耗，建模为
Figure FDA00029360677800000314
其中，
Figure FDA00029360677800000315
表示
Figure FDA00029360677800000316
由休眠状态切换至激活状态对应的功耗，
Figure FDA00029360677800000317
表示
Figure FDA00029360677800000318
的满载功耗；
在步骤S8中，建模虚拟节点映射约束条件：1)同一个虚拟网络请求中每个虚拟节点只能映射到一个底层节点上：
Figure FDA00029360677800000319
2)同一个虚拟网络请求中不同的虚拟节点不能同时映射到相同的物理节点上：
Figure FDA00029360677800000320
3)底层节点CPU计算资源约束条件：
Figure FDA00029360677800000321
4)底层节点TCAM流表处理资源约束条件：
Figure FDA00029360677800000322
5)节点映射标识域约束条件：αk,u,i∈{0,1}；6)底层节点激活状态约束条件：
Figure FDA00029360677800000323
Figure FDA00029360677800000324
在步骤S9中，建模虚拟链路映射约束条件为：1)流守恒约束条件：
Figure FDA0002936067780000041
2)底层链路带宽资源约束条件：
Figure FDA0002936067780000042
3)虚拟链路时延约束条件：
Figure FDA0002936067780000043
4)链路映射标识域约束条件：βk,u,r,i,j∈{0,1}；5)底层链路激活状态约束条件：
Figure FDA0002936067780000044
步骤S10中，在满足虚拟网络请求节点映射和链路映射约束条件下，以虚拟网络请求联合开销函数最小化为目标，优化确定虚拟网络请求映射策略，即
Figure FDA0002936067780000045
其中，
Figure FDA0002936067780000046
和
Figure FDA0002936067780000047
分别表示VNRk中
Figure FDA0002936067780000048
和
Figure FDA0002936067780000049
的最优映射策略，Θ(·)表示虚拟网络请求联合开销函数。
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