CN109757128A - 虚拟化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于利用物理网络基础设施来组成用于实施的虚拟网络的虚拟化设备(300)。该虚拟化设备包括：节点功能和约束模块(380)，其被配置为识别物理网络基础设施的一个或多个节点的功能和约束；链路约束模块(390)，其被配置为识别物理网络基础设施的一个或多个链路的约束；网络建模器模块(370)，其被配置为基于节点的已识别功能和约束和基于链路的已识别约束，生成物理网络基础设施的模型；虚拟网络组成器模块(320)，其被配置为接收组成所需虚拟网络的请求和基于由网络建模模块(370)生成的模型将所需虚拟网络映射至物理网络基础设施；和一个或多个节点与链路映射模块(340、350)，其用于同时将所需虚拟网络的虚拟节点映射至物理网络基础设施的一个或多个物理节点或一个物理节点的一部分，和将与虚拟节点相关的虚拟链路映射至物理网络基础设施的一个或多个物理链路或一个物理链路的一部分。

Description

虚拟化设备
技术领域
本申请涉及一种虚拟化设备。
背景技术
互联网应用程序在网络要求和使用模式上，正变得越来越多样化。因此，对网络运营商而言所面临的关键挑战在于部署能够支持所有应用程序类型的动态网络基础设施，每种应用程序类型都有其自身的接入和网络资源使用模式。
网络虚拟化技术的目的在于应对该挑战。网络虚拟化技术能使基础设施供应商将其网络资源(例如，交换器、路由器、端口、链路和带宽)分割或聚合为虚拟资源并以任意所需或所要求的拓扑将其连接在一起。这样，网络虚拟化技术允许组成多个运行在共享的物理基础设施上的共存但隔离的虚拟网络。网络虚拟技术允许在相同物理基础设施上组成用于不同应用和服务的定制虚拟网络，并允许独立控制每个虚拟网络。利用虚拟化技术，网络基础设施供应商能建立和运营面向应用程序的虚拟网络，无需在底层的物理基础设施中投入巨大投资或做出重大改变。
网络虚拟化有许多优点。例如，每个虚拟网络可在共享同一物理基础设施的同时，具有不同的网络架构，并可在不同的网络协议下运行。因此，由于同一物理网络基础设施用于不同虚拟网络，所以减少了购买用于单独网络架构部署的物理网络元件的成本。
此外，服务供应商和运营商可使用专门的虚拟网络来测试新技术、协议、网络架构和应用程序。因此，网络虚拟化使服务创新更容易、更低廉。
网络虚拟化可用于通过为每个服务类别或应用程序类型指定独立的虚拟网络来增强网络上的服务质量(QoS)、应用程序隔离和安全性。
图1为示出网络虚拟化概念的示意图。通常采用以下两种方法中的一种来实现网络虚拟化：(1)聚合或(2)切分。在图1中，虚拟基础设施包括两种类型的虚拟节点，由聚合的物理节点构成的虚拟节点(虚拟节点A和B)和由物理节点的切片构成的虚拟节点(虚拟节点C和D)。
如图1的右手边所示，虚拟化机制可作为中间件，所述中间件可由设置在物理网络基础设施与网络控制面之间的独立实体来执行。可替换地，该网络机制可整合至控制面中。
虚拟网络是一组通过虚拟链路互连的虚拟网络节点。网络基础设施虚拟化过程分为两个子过程：链路虚拟化和节点虚拟化。虚拟化过程包括通过分割和/或聚合物理网络资源，如交换机/路由器和链路容量，来虚拟化网络节点和链路。
用于分组交换网络(例如，层3(IP)和层2(以太网))的网络虚拟化是一个相对简单且容易理解的概念。而且，还存在若干可用的由网络运营商广泛部署的商业解决方案。诸如虚拟私人网络(VPN)和虚拟LAN(VLAN)的现有分组交换网络虚拟化解决方案，利用了分组交换网络设备和传输格式的数字特性。
然而，光网络和无线网络虚拟化是一个比分组交换网络技术复杂得多的过程。这是由于其必须要考虑到物理传输介质的独特模拟参数和特征，如波长和光谱连续性和电力约束以及随时间变化的线性与非线性信道损伤和约束。这些物理层特征会影响共存的虚拟光或无线网络的组成和隔离。因而，当虚拟化光或无线网络基础设施时，需要考虑这些内在的物理层特性。
此外，现有的虚拟化机制一般只能离线运行；它们不支持基础设施的按需或实时虚拟化。而且，现有的虚拟化机制可在两个连续的阶段组成虚拟网络，例如，先进行节点虚拟化，再进行链路虚拟化。这种方法生成了次优的解决方案。
综上所述，现有的网络虚拟化机制有以下缺点：
它们是基于切分或聚合进行虚拟化。不存在两种方案都支持的虚拟化机制。
它们仅支持一种类型的网络元件，例如，光或分组或无线。在整体上不存在所有这些技术都支持的虚拟化机制。
现有的光学和无线虚拟化技术是针对具体的光学或无线传输格式，例如WDM光或Wi-Fi。
现有的光学和无线虚拟化技术没有考虑传输介质的独特模拟特征，如波长和光谱连续性与电力约束以及随时间改变的线性与非线性信道损伤和约束。
现有的虚拟化机制可进行离线虚拟化(“提前”虚拟化)，且缺少按需虚拟化的能力。
现有的虚拟化机制是次优的。它们在两个不同的阶段进行虚拟化，例如，先进行节点虚拟化，再进行链路虚拟化。
现有的虚拟化机制不允许对现有的虚拟基础设施进行修改，例如，不允许对虚拟网络拓扑进行修改或对虚拟网络内的各个虚拟节点或链路的能力或容量进行修改。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于利用物理网络基础设施来组成用于实施的虚拟网络的虚拟化设备，所述虚拟化设备包括：节点功能和约束模块，其被配置为识别所述物理网络基础设施的一个或多个节点的功能和约束；链路约束模块，其被配置为识别所述物理网络基础设施的一个或多个链路的约束；网络建模器模块，其被配置为基于节点的已识别功能和约束和基于链路的已识别约束生成所述物理网络基础设施的模型；虚拟网络组成器模块，其被配置为接收组成所需虚拟网络的请求和基于由所述网络建模模块生成的模型将所需虚拟网络映射至所述物理网络基础设施；和一个或多个节点与链路映射模块，其用于同时将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理节点或一个物理节点的一部分，和将与所述虚拟节点相关的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理链路或一个物理链路的一部分。
所述一个或多个节点与链路映射模块包括分割器模块，其被配置为将一个虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的单个物理节点或单个物理节点的一部分，和/或将一个虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的单个物理链路或单个物理链路的一部分。
所述一个或多个节点与链路映射模块还包括聚合器模块，其被配置为将单个虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的多个物理节点，和/或将单个虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的多个物理链路。
所述虚拟化设备可被配置为在分割器模块的映射发生部分失败或完全失败的情况下，运行聚合器模块。
所述虚拟化设备还可包括信道感知路径计算元件，其被配置为对将两个相邻虚拟节点连接在一起的虚拟链路进行映射。
所述虚拟化设备还可包括传输质量检查模块，其被配置为对已由所述虚拟化设备组成的虚拟网络以满足所要求的传输质量进行检查。
所述虚拟化设备还可包括虚拟网络控制与监控模块，其被配置为接收并将从所述物理网络基础设施接收的虚拟网络控制与监控消息映射至软件定义网络(SDN)协议，以及将SDN协议消息映射至所述物理网络基础设施的虚拟网络控制与监控消息。
所述虚拟网络控制与监控模块还可被配置为接收来自外部控制器的控制与监控消息并将那些消息传送至所述物理网络基础设施。
所述虚拟网络与监控模块还可被配置为接收来自所述物理网络基础设施的虚拟网络控制与监控消息并将其映射至软件定义网络(SDN)协议以及将其传送至外部控制器。
所述虚拟网络控制与监控模块可被配置为通过停止使用需要修改的现有虚拟网络的一部分或某些部分以及对具有新属性的被修改的那部分或那些部分进行重新映射，来修改现有的虚拟网络。
所述虚拟化设备还可包括第一接口，其用于连接所述虚拟化设备与一个或多个外部网络控制器。
所述虚拟化设备还可包括第二接口，其用于连接所述虚拟化设备与所述物理网络基础设施。
所述第二接口可支持以下接口和协议中的一个或多个：以太网、安全壳(SSH)、Telnet、事务处理语言1(TL1)、简单网络管理协议(SNMP)、无线接入点的控制与配置(CAPWAP)、因特网控制报文协议(ICMP)和1.0版增编0.3、1.3版、1.4版或更高。
所述物理网络基础设施包括以下设备中的一个或多个：光纤交换机、光波分复用(WDM)交换机、光学柔性WDM交换机、光学固定栅格波长选择切换(WSS)设备、光学柔性栅格WSS设备、无线接入点控制器(包括控制器或长期演进(LTE)或LTE-A(LTE升级版)网络的eNodeB(增强节点B))、无线接入点和分组交换机。
所述节点功能和约束模块可被配置为收集以下关于所述物理网络基础设施的节点的信息：节点规模、节点交换能力、交换约束、端口特征、对等信息、节点监控能力。
所述链路约束模块可被配置为收集以下关于物理网络基础设施的链路的信息：链路的固有(constant)特性和链路的时间、频率或空间依赖特性。
所述虚拟网络组成器模块可被配置为基于所接收的虚拟网络组成请求生成虚拟网络映射最优化目标。
所述虚拟网络最优化目标基于以下中的一个或多个：在所述物理网络基础设施中的资源可用性、共存的虚拟网络的数目和服务质量(QoS)要求。
根据本发明的第二方面，提供了一种网络控制器，包括根据第一方面所述的虚拟化设备。
根据本发明的第三方面，提供了一种软件模块，在用于利用物理网络基础设施来组成用于实施的虚拟网络的虚拟化设备使用，所述软件模块包括：节点功能和约束模块，其被配置为识别所述物理网络基础设施的一个或多个节点的功能和约束；链路约束模块，其被配置为识别所述物理网络基础设施的一个或多个链路的约束；网络建模器模块，其配置为基于节点的已识别功能和约束和基于链路的已识别约束生成所述物理网络基础设施的模型；虚拟网络组成器模块，其配置为接收组成所需虚拟网络的请求和基于由所述网络建模模块生成的模型将所需虚拟网络映射至所述物理网络基础设施；和一个或多个节点与链路映射模块，其用于同时将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理节点或一个物理节点的一部分，和将与虚拟节点相关的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理链路或一个物理链路的一部分。
根据本发明的第四方面，提供了一种软件模块，在用于利用物理网络基础设施来组成用于实施的虚拟网络的网络操作系统中使用，所述软件模块包括：节点功能和约束模块，其被配置为标识所述物理网络基础设施的一个或多个节点的功能和约束；链路约束模块，其被配置为标识所述物理网络基础设施的一个或多个链路的约束；网络建模器模块，其配置为基于节点的已识别功能和约束和基于链路的已识别约束生成所述物理网络基础设施的模型；虚拟网络组成器模块，其被配置为接收组成所需虚拟网络的请求和基于由所述网络建模模块生成的模型将所需虚拟网络映射至所述物理网络基础设施；和一个或多个节点与链路映射模块，其用于同时将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理节点或一个物理节点的一部分，和将与虚拟节点相关的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理链路或一个物理链路的一部分。
本发明第三和第四方面的软件模块可实现上文中引用的与第一方面的虚拟化设备有关的任意特征。
具体地，所述软件模块可包括虚拟网络控制与监控模块，其被配置为接收并将从所述物理网络基础设施接收的虚拟网络控制与监控消息映射至软件定义的网络(SDN)协议，以及将SDN协议消息映射至所述物理网络基础设施的虚拟网络控制与监控消息。所述虚拟网络控制与监控模块还可被配置为接收来自外部控制器的控制与监控消息并将那些消息传送至所述物理网络基础设施，所述虚拟网络控制与监控模块还可被配置为接收来自所述物理网络基础设施的虚拟网络控制与监控消息并将其映射至软件定义网络(SDN)协议并将其传送至外部控制器。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于利用物理网络基础设施来组成用于实施的虚拟网络的方法，所述方法包括：识别所述物理网络基础设施的一个或多个节点的功能和约束；识别所述物理网络基础设施的一个或多个链路的约束；基于所节点的已识别功能和约束和基于链路的已识别约束生成所述物理网络基础设施的模型；接收组成所需虚拟网络的请求并基于所生成的模型将所需虚拟网络映射至所述物理网络基础设施；和执行映射程序以同时：将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理节点或一个物理节点的一部分；和将与所述虚拟节点相关的虚拟链路映射所述物理网络基础设施的一个或多个物理链路或一个物理链路的一部分。
执行所述映射程序包括执行切分过程，其中，所述切分过程是用于将所需虚拟网络的虚拟节点或虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一整个物理节点的全部或一部分或者一整个物理链路的全部或一部分。
如果所述切分过程只是部分成功，则所述方法包括执行切分过程与聚合过程的组合，其中，所述切分过程是用于将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的一整个物理节点的全部或一部分或者将所需虚拟网络的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一整个物理链路的全部或一部分，并且其中，所述聚合过程是用于将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的多个物理节点或将所需虚拟网络的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的多个物理链路。
如果所述切分过程不成功，则所述方法包括执行聚合过程，其中，所述聚合过程是用于将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的多个物理节点或将所需虚拟网络的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的多个物理链路。
如果所述切分过程或所述聚合过程不成功，则所述方法包括解除虚拟网络的所有已完成的映射，选择所述虚拟网络基础设施的不同的虚拟节点作为起始点，并再次执行映射过程。
所述方法还可包括：一旦所需虚拟网络的所有虚拟节点和链路已被成功映射，则执行传输质量检查过程。
如果所述传输质量检查过程不成功，则所述方法包括解映射使所述传输质量检查过程失败的所需虚拟网络的节点和链路，以及尝试将所需虚拟网络的失败的节点和链路映射至不同物理网络资源。
附图说明
现将参照附图，仅以例证的方式，对本发明的具体实施方案进行描述，其中：
图1为示出网络虚拟化概念的示意图；
图2为示出采用虚拟化设备进行网络基础设施虚拟化的示意图；
图3为示出虚拟化设备及其主要构件块的示意图；和
图4a和4b为示出图3中虚拟化设备的运行的流程图。
具体实施方式
为了将虚拟化的益处扩展至包括光学和无线网络元件的网络，以及解决上文认定的缺点，申请人已经设计了一种虚拟化设备(有时称为“虚拟化中盒”)，该虚拟化设备作为网络虚拟器，执行组成或修改虚拟网络所需的过程。
图2为示出采用虚拟化设备进行网络基础设施虚拟化的示意图。如图2所示，虚拟化设备300位于网络控制面(如图2中所示作为网络控制器200)与物理网络基础设施(在图2的示意图中，其被图示为传统分组元件(legacy packet element)210、光学元件220和无线元件230，尽管本领域技术人员可以理解物理网络基础设施可以是包括这些设备的任意组合的网络)之间。
虚拟化设备300是执行网络设备与链路(其可基于无线、光学或传统分组(legacypacket)技术)虚拟化的即插即用装置。虚拟化设备300被配置(安装之前的预配置或安装后的后配置)为与来自特定供应商的设备一起运行和/或采用特定技术运行。
虚拟化设备300可基于诸如协议的国际标准通过供应商特定的接口或软件定义网络(SDN)接口与物理网络基础设施的网络元件进行通信。虚拟化设备300通过RESTful应用编程接口(API)或支持SDN协议如协议的API与控制面和网络控制器200进行通信。
物理网络基础设施的网络元件包括以下设备中的一个或多个：光纤交换机、光学波分复用(WDM)交换机、光学柔性WDM交换机、光学固定栅格波长选择切换(WSS)设备、光学柔性栅格WSS设备、无线接入点控制器(包括控制器或长期演进(LTE)或LTE-A(LTE升级版)网络的eNodeB(增强节点B))、无线接入点和分组交换机。
图3为虚拟化设备300的示意图。虚拟化设备300包括硬件平台，所述硬件平台可以是，例如，现场可编程门阵列(FPGA)平台、基于由ARM提供的半导体IP的平台、基于专有的专用集成电路(ASIC)的平台或包括使用通用处理器的服务器和嵌入式平台(例如，来自IntelCorporation或AMD的服务器或平台)在内的平台。
如图3所示，虚拟化装置300包括虚拟网络控制与监控模块310、虚拟网络组成模块320、传输质量检查模块330、聚合器模块340、分割器模块350、信道感知路径计算元件(PCE)模块360、网络建模模块370、节点功能与约束数据库模块380和链路约束数据库模块390。模块310-390可作为在硬件平台上执行的软件模块或作为单独的硬件模块来实现。
虚拟化设备300还包括将虚拟化设备300与一个或多个网络控制器连接的一个向北的接口305和将虚拟化设备300具有光学、分组或无线流量或带宽切换和/或路由能力的网络设备通过这些设备的控制与管理接口连接的又一个向南的接口395。
北向接口305与支持以下接口和协议的任意组合的一个或多个网络控制器连接：RESTful API或支持协议1.0版增编0.3、1.3版、1.4版或更高的API。通过以太网套接字(socket)层来支持该接口。
北向接口305可同时与多个外部网络控制器连接，并能使任意外部网络控制器控制、监控和运行由虚拟化设备300组成的虚拟网络。进一步，北向接口305能使任意外部网络控制器在任何时间请求新的虚拟网络，或者请求修改现有的虚拟网络。
南向接口395能够将虚拟化设备与以下任意(或所有)设备连接：光纤交换机、光学波分复用(WDM)交换机、光学柔性WDM交换机、光学固定栅格波长选择切换(WSS)设备、光学柔性栅格WSS设备、无线接入点控制器(包括控制器或LTE(长期演进)或LTE-A(LTE升级版)网络的eNodeB(增强节点B))、无线接入点和分组交换机。
南向接口395支持以下接口和协议的任意组合：以太网、安全壳(SSH)、Telnet、事务处理语言1(TL1)、简单网络管理协议(SNMP)、无线接入点的控制与配置(CAPWAP)、因特网控制报文协议(ICMP)和1.0版增编0.3、1.3版、1.4版或更高。
如下文将更详细说明的，模块310-390被配置为通过聚合和/或切分来虚拟化潜在的网络基础设施并执行对多个共存虚拟网络的组成和维护。模块310-390进一步被配置为维修和保障单个虚拟网络的QoS，维持单个虚拟网络之间的隔离，以及使各个虚拟网络能够独立控制和运行。
现将更详细地说明各个模块310-390的运行。
虚拟网络控制与监控模块310被配置为执行与虚拟网络的控制与监控有关的功能。因此，虚拟网络控制与监控模块310通过北向接口305能使外部控制器控制、监控和运行虚拟网络(一旦虚拟网络已被成功组成)。
虚拟网络控制与监控模块310将网络控制与监控消息映射至基于SDN的协议，如(但不限于)1.0版增编0.3、1.3版、1.4版或更高，或者RESTful API。通过物理基础设施(节点和链路)的用于映射虚拟网络的那些部件中的南向接口395来接收这些虚拟网络控制与监控消息。
虚拟网络控制与监控模块310经由北向接口305通过基于SDN的协议如(但不限于)1.0版增编0.3、1.3版、1.4版或更高，或者RESTful API来从虚拟化设备300外的控制器接收控制与监控消息，并通过南向接口395将这些消息传送至物理基础设施(节点和链路)的用于映射虚拟网络的那些部件上。
进一步，虚拟网络控制与监控模块310允许外部网络控制器请求对现有(已组成的)的虚拟网络进行修改。虚拟网络控制与监控模块310可改变现有的虚拟网络的拓扑、链路容量和节点大小和特征。为了做到这点，对虚拟网络中需要修改的那些部分进行“解映射”(例如，解除)，并对修改的部分启动映射过程(下文所述)。
虚拟网络组成器模块320被配置为经由虚拟化设备300的北向接口305来接收来自外部控制器的用于组成虚拟网络的请求。虚拟网络组成器模块320使用传输质量检查器模块330、聚合器模块340、分割器模块350和信道感知路径计算元件(PCE)模块360以便基于从网络建模器模块370接收的信息将任意虚拟网络映射至可用的物理网络基础设施。下面参考图4a和4b更详细地说明由虚拟网络组成器320执行的过程。
网络建模器模块370使用由节点功能与约束数据库模块380和链路约束数据库模块390收集的信息来生成可用物理网络基础设施的精确模型，包括其拓扑、通信链路的特性、功能和可操作范围以及时间域、频率域和空间域中网络节点的约束。所生成的模型由网络建模器模块370传递至虚拟网络组成器模块320。
节点功能与约束数据库模块380通过南向接口395与物理基础设施内的各个网络节点(例如，具有流量或带宽切换/路由能力的网络设备)进行通信以收集以下信息：
·节点规模，在端口数目方面；
·节点的交换能力。这包括交换技术、可操作范围、吞吐量和在时间域、频率域和空间域上节点的处理功率(现代全光交换设备和无线设备采用模拟带宽上的交换和传输来运行。这意味着它们可在无线或光学带宽的传输和交换中以时间域、频率域或空间域或时间域、频率域和空间域的任意组合运行)。
·交换约束，例如，交换速度或端口对端口延迟；
·端口特征，包括约束和可操作范围，例如，最小与最大功率和用于在时间域、频率域或空间域上运行(传输和接收数据)的端口能力；
·对等信息。对于每个节点，该信息包括其紧邻的节点的收件方(addressee)和/或识别码。其还包括将两相邻节点的互相连接在一起的端口的细节；和
·节点监控能力。包括节点监控其交换性能和传输质量的能力。
链路约束数据库模块390收集关于网络(例如，光或无线信道)中链路或信道的传输特性的信息。包括两种类型的信息：
·固有(constant)特性，如光纤类型(例如，单一模式或多模式)或无线信道类型(例如，室内或室外)；和
·时间和/或频率和/或比特率依赖特性，如光纤衰减和光纤偏振模式离散或无线信道衰落。由于传输链路为被动网络元件，所以它们无法直接与虚拟化设备300进行通信。因而，可用链路参数需要手动输入或通过网络节点的监控能力收集。
当虚拟化设备300从北向接口305接收到来自外部控制器的组成新的虚拟网络的请求时，虚拟网络组成器模块320启动虚拟网络映射过程，现将参考图4a和4b中的流程图400说明该过程。
组成新的虚拟网络的请求包括关于所需虚拟网络的拓扑、其虚拟节点和其连通性的详细信息。该请求还可包括虚拟节点位置、功能和能力以及期望的QoS。
在接收到组成新的虚拟网络(图4a中的步骤410)的请求后，在步骤420通过虚拟网络组成器模块320来分析所接收到的请求以确定所要求的物理节点和传输技术以及满足请求的QoS要求所需的传输质量。该分析还确定了虚拟网络映射最优化目标。对于每个请求，这可基于物理网络基础设施中的资源可用性、共存虚拟网络的数目和QoS要求来确定。例如，最优化目标可以是生成用最少物理节点的映射以便最小化成本，或者可以是生成负载均衡的映射以在跨物理层资源上均匀地分配虚拟网络。最优化目标还可以被固定并预配置在虚拟化设备300中，或者可替换地，针对每个虚拟网络请求，可以由一个网络控制器或由多个网络控制器确定。
在分析步骤420后，在步骤430选择任意虚拟节点作为第一个虚拟节点来映射。重要的是，所选虚拟节点不应为先前已选择作为第一个虚拟节点来映射的虚拟节点。然后，在步骤440，使用由网络建模器模块370收集的信息将选择的第一个虚拟节点映射至物理层。可以通过分割器模块350来实现该映射或如果不能进行切分则通过聚合器模块340来实现该映射。如果在步骤440执行的映射过程不成功，则在步骤450拒绝组成虚拟网络的请求。
在步骤440成功映射了该第一个虚拟节点后，在步骤460选择与先前映射的虚拟节点相邻的任意未映射虚拟节点。使用网络建模器模块370收集的信息，将选择的虚拟节点及其互连虚拟链路映射至物理层(这些为将选择的虚拟节点与其先前映射的相邻虚拟节点连接的链路)。为了做到这点，在步骤470搜索候选物理节点。如果该搜索成功，则在步骤480、490、500和510，分割器模块350和/或聚合器模块340以及信道感知PCE模块360将选择的虚拟节点及其虚拟链路映射至物理层。
与执行链路和节点的两步映射的传统网络虚拟化技术不同，可在虚拟化设备300中同时进行节点和链路映射。
首先(在步骤480)，映射过程的目的在于使用分割器模块350同时映射虚拟节点及其链路。这意味着虚拟节点被直接映射至物理节点或一个物理节点的一部分，每个虚拟链路被直接映射至物理链路或一个物理链路的一部分(注意：物理链路可由穿越(traversing)若干节点的多个相连的链路(concatenated links)构成)。
分割器模块350和在步骤480中进行的切分过程的目的在于将虚拟节点或虚拟链路映射至一整个物理资源(节点或链路)或一个物理资源(节点或链路)的一部分。根据虚拟节点和链路在时间域、空间域和频率域上的要求进行切分。切分过程要考虑对虚拟节点和链路的要求、传输质量和步骤420中定义的最优化目标以及现有虚拟网络与新映射的节点和链路之间的隔离情况。
对于映射将两相邻的虚拟节点互连在一起的虚拟链路，信道感知PCE模块被使用360。这考虑了链路的时间、频率和比特率依赖模拟特征以及链路的固有(例如，时间、频率和比特率独立)特征。
如果基于切分的映射过程只部分成功，例如，虚拟节点或其互连虚拟链路中的一个无法采用切分来映射，那么，在步骤490和510，将基于聚合与切分的组合来进行映射。在步骤490中，采用切分(通过分割器模块350)来执行节点映射，同时，采用聚合(通过聚合器模块340)来执行链路映射。在步骤510中，采用聚合(通过聚合器模块340)来执行节点映射，同时，采用切分(通过分割器模块350)来执行链路映射。
如果基于切分的映射过程完全不成功，那么，在步骤500，将使用聚合器模块340来执行映射过程以同时映射虚拟节点及其虚拟链路。
在步骤500和510中执行的聚合过程和聚合器模块340的目的在于将一个虚拟节点映射至多个物理节点上。在步骤490和500中执行的聚合过程和聚合器模块340的目的还在于将一个虚拟链路映射至多个物理链路。根据虚拟节点及其链路在时间、空间和频率域上的要求来进行聚合。聚合过程要考虑对虚拟节点及其互连链路的要求、传输质量和在步骤420中定义的最优化目标以及现有虚拟网络与新映射的节点和链路之间的隔离情况。聚合为虚拟节点的物理节点将与由信道感知PCE模块360计算的网络链路互连。这考虑了节点的时间、频率和比特率依赖模拟特征以及节点的固有(例如，时间、频率和比特率独立)模拟特征。聚合为虚拟链路的物理链路也可由信道感知PCE模块360计算。再者，还考虑了链路的固有与时间、频率和比特率依赖模拟特征。
如果映射过程无法成功地用切分、聚合或二者的组合执行，那么所执行的所有虚拟网络映射过程都将在步骤520被取消，该过程返回至步骤430以通过选择不同的虚拟节点作为映射过程的起点来重新启动。
如果映射步骤无法成功地用切分、聚合或二者的组合执行，而且已尝试过用虚拟网络请求中的所有虚拟节点作为映射过程的起点，那么，在步骤450，虚拟网络请求将被拒绝。
成功映射所有虚拟节点和链路后，在步骤530执行最终的传输质量检查过程。使用传输质量检查器模块330的该过程，检查新组成(映射)的虚拟网络内的所有可能的端对端路径组合以确保它们满足由步骤420的请求分析过程确定的所要求的传输质量。该传输质量检查过程还检查隔离在新组成的虚拟网络与现有的虚拟网路之间是否得到保障。该过程考虑了链路和节点的固有与时间、频率和比特率依赖模拟特征，以使传输质量和现有虚拟链路与新映射的节点和链路之间的隔离得到保障。
如果传输质量检查过程被成功执行，那么，虚拟网络已被成功组成；将虚拟网络请求映射至可用物理基础设施已被成功完成(步骤540)。
另一方面，如果传输质量检查过程失败，那么，在步骤550将解映射失败的节点和链路，而对于失败的节点和链路，在步骤460之初选择不同的虚拟节点作为起点来重复映射过程，以尝试将虚拟网络的失败的节点和链路映射至不同的物理网络资源中，直到使用完所有可能的映射解决方案。
当成功组成虚拟网络时，为了实现虚拟网络的虚拟节点和链路，虚拟网络组成器310可经南向接口305通过配置物理节点来实现映射过程的结果。
上文已将虚拟化设备300描述为位于控制面(例如，一个或多个网络控制器)和物理网络基础设施之间的物理设备。然而，将理解的是，虚拟化设备硬件可以同样的包括在诸如网络控制器的控制面设备中。可替换地，虚拟化设备300可作为一个或多个软件模块来实现以在适当配置的独立硬件平台上执行，或可作为包含于监控和协调网络中网络设备之间的数据流的网络操作系统的一部分。
本发明的虚拟化设备300能够使用切分和聚合对包括基于光学、无线和分组的网络元件的任意组合的物理网络基础设施执行按需网络虚拟化。可随着要求的演变和变化动态地组成和修改虚拟网络。因此，网络虚拟化设备300允许使用同一物理网络基础设施对稳健高效的共存虚拟网络进行快速灵活的部署和修改。

Claims (28)

1.一种用于利用物理网络基础设施来组成用于实施的虚拟网络的虚拟化设备，其特征在于，所述虚拟化设备包括：
节点功能和约束模块，其被配置为识别所述物理网络基础设施的一个或多个节点的功能和约束；
链路约束模块，其被配置为识别所述物理网络基础设施的一个或多个链路的约束；
网络建模器模块，其被配置为基于节点的已识别功能和约束和基于链路的已识别约束生成所述物理网络基础设施的模型；
虚拟网络组成器模块，其被配置为接收组成所需虚拟网络的请求和基于由所述网络建模模块生成的模型将所需虚拟网络映射至所述物理网络基础设施；和
一个或多个节点与链路映射模块，其被用于同时将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理节点或一个物理节点的一部分，和将与所述虚拟节点相关的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理链路或一个物理链路的一部分。
2.根据权利要求1所述的虚拟化设备，其特征在于，所述一个或多个节点与链路映射模块包括分割器模块，其被配置为将一个虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的单个物理节点或单个物理节点的一部分，和/或将一个虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的单个物理链路或单个物理链路的一部分。
3.根据权利要求2所述的虚拟化设备，其特征在于，所述一个或多个节点与链路映射模块还包括聚合器模块，其被配置为将单个虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的多个物理节点，和/或将单个虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的多个物理链路。
4.根据权利要求3所述的虚拟化设备，其特征在于，所述虚拟化设备被配置为在所述分割器模块的映射发生部分失败或完全失败的情况下，运行所述聚合器模块。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的虚拟化设备，其特征在于，所述虚拟化设备还包括信道感知路径计算元件，其被配置为对将两个相邻的虚拟节点连接起来的虚拟链路进行映射。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的虚拟化设备，其特征在于，还包括传输质量检查模块，其被配置为对已由所述虚拟化设备组成的虚拟网络已满足所要求的传输质量进行检查。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的虚拟化设备，其特征在于，还包括虚拟网络控制与监控模块，其被配置为接收并将从所述物理网络基础设施接收的虚拟网络控制与监控消息映射至软件定义网络(SDN)协议，以及将SDN协议消息映射至所述物理网络基础设施的虚拟网络控制与监控消息。
8.根据权利要求7所述的虚拟化设备，其特征在于，所述虚拟网络控制与监控模块还被配置为接收来自外部控制器的控制与监控消息并将那些消息传送至所述物理网络基础设施。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的虚拟化设备，其特征在于，所述虚拟网络控制与监控模块被配置为通过停止使用需要修改的现有虚拟网络的一部分或某些部分以及对具有新属性的被修改的那部分或那些部分进行重新映射，来修改现有的虚拟网络。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的虚拟化设备，其特征在于，还包括第一接口，其用于连接所述虚拟化设备与一个或多个外部网络控制器。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的虚拟化设备，其特征在于，还包括第二接口，其用于连接所述虚拟化设备与所述物理网络基础设施。
12.根据权利要求11所述的虚拟化设备，其特征在于，所述第二接口支持以下接口和协议中的一个或多个：以太网(Ethernet)、安全壳(SSH)、Telnet、事务处理语言1(TL1)、简单网络管理协议(SNMP)、无线接入点的控制与配置(CAPWAP)、因特网控制报文协议(ICMP)和1.0版增编0.3、1.3版、1.4版或更高。
13.根据前述权利要求中任意一项所述的虚拟化设备，其特征在于，所述物理网络基础设施包括以下设备中的一个或多个：光纤交换机、光波分复用(WDM)交换机、光学柔性WDM交换机、光学固定栅格波长选择切换(WSS)设备、光学柔性栅格WSS设备、无线接入点控制器(包括控制器或长期演进(LTE)或LTE-A(LTE升级版)网络的eNodeB(增强节点B))、无线接入点和分组交换机。
14.根据前述权利要求中任意一项所述的虚拟化设备，其特征在于，所述功能和约束模块被配置为收集以下关于所述物理网络基础设施的节点的信息：节点规模、节点交换能力、交换约束、端口特征、对等信息、节点监控能力。
15.根据前述权利要求中任意一项所述的虚拟化设备，其特征在于，所述链路约束模块被配置为收集以下关于所述物理网络基础设施的链路的信息：链路的固有特性和链路的时间、频率或空间依赖特性。
16.根据前述权利要求中任意一项所述的虚拟化设备，其特征在于，所述虚拟网络组成器模块被配置为基于所接收的虚拟网络组成请求生成虚拟网络映射最优化目标。
17.根据权利要求16所述的虚拟化设备，其特征在于，所述虚拟网络最优化目标基于以下中的一个或多个：在所述物理网络基础设施中的资源可用性、共存虚拟网络的数目和服务质量(QoS)要求。
18.一种网络控制器，其特征在于，包括根据前述权利要求中任意一项所述的虚拟化设备。
19.一种软件模块，在用于利用物理网络基础设施来组成用于实施的虚拟网络的虚拟化设备中使用，其特征在于，所述软件模块包括：
节点功能和约束模块，其被配置为识别所述物理网络基础设施的一个或多个节点的功能和约束；
链路约束模块，其被配置为识别所述物理网络基础设施的一个或多个链路的约束；
网络建模器模块，其被配置为基于节点的已识别功能和约束和基于链路的已识别约束生成所述物理网络基础设施的模型；
虚拟网络组成器模块，其被配置为接收组成所需虚拟网络的请求和基于由所述网络建模模块生成的模型将所需虚拟网络映射至所述物理网络基础设施；和
一个或多个节点与链路映射模块，其用于同时将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理节点或一个物理节点的一部分，和将与所述虚拟节点相关的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理链路或一个物理链路的一部分。
20.一种软件模块，在用于利用物理网络基础设施来组成用于实施的虚拟网络的网络操作系统中使用，其特征在于，所述软件模块包括：
节点功能和约束模块，其被配置为识别所述物理网络基础设施的一个或多个节点的功能和约束；
链路约束模块，其被配置为识别所述物理网络基础设施的一个或多个链路的约束；
网络建模器模块，其被配置为基于节点的已识别功能和约束和基于链路的已识别约束生成所述物理网络基础设施的模型；
虚拟网络组成模块，其被配置为接收组成所需虚拟网络的请求和基于由所述网络建模模块生成的模型将所需虚拟网络映射至所述物理网络基础设施；和
一个或多个节点与链路映射模块，其用于同时将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理节点或一个物理节点的一部分，和将与所述虚拟节点相关的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理链路或一个物理链路的一部分。
21.根据权利要求19或权利要求20所述的软件模块，其特征在于，所述软件模块被配置为实现权利要求2-18中任意一项所述的特征。
22.一种用于利用物理网络基础设施来组成用于实施的虚拟网络的方法，其特征在于，所述方法包括：
识别所述物理网络基础设施的一个或多个节点的功能和约束；
识别所述物理网络基础设施的一个或多个链路的约束；
基于节点的已识别功能和约束和基于链路的已识别约束生成所述物理网络基础设施的模型；
接收组成所需虚拟网络的请求并基于所生成的模型将所需虚拟网络映射至所述物理网络基础设施；和
执行映射过程以同时：
将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理节点或一个物理节点的一部分；和
将与所述虚拟节点相关的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一个或多个物理链路或一个物理链路的一部分。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，执行所述映射过程包括执行切分过程，其中，所述切分过程是用于将所需虚拟网络的虚拟节点或虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一整个物理节点的全部或一部分或者一整个物理链路的全部或一部分。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，如果所述切分过程只是部分成功，则所述方法包括执行切分过程与聚合过程的组合，其中，所述切分过程是用于将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的一整个物理节点的全部或一部分，或者将所需虚拟网络的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的一整个物理链路的全部或一部分，并且其中，所述聚合过程是用于将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的多个物理节点，或将所需虚拟网络的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的多个物理链路。
25.根据权利要求23的方法，其特征在于，如果所述切分过程不成功，则所述方法包括执行聚合过程，其中，所述聚合过程是用于将所需虚拟网络的虚拟节点映射至所述物理网络基础设施的多个物理节点或将所需虚拟网络的虚拟链路映射至所述物理网络基础设施的多个物理链路。
26.根据权利要求25的方法，其特征在于，如果所述切分过程或所述聚合过程不成功，则所述方法包括解除所述虚拟网络的所有已完成的映射，选择所述虚拟网络基础设施的不同的虚拟节点作为起始点，再次执行映射过程。
27.根据权利要求21至26中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括一旦所需虚拟网络的所有虚拟节点和链路已被成功映射，则执行传输质量检查过程。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，如果所述传输质量检查过程不成功，则所述方法包括解映射使所述传输质量检查过程失败的所需虚拟网络的节点和链路，以及尝试将所需虚拟网络的失败的节点和链路映射至不同物理网络资源。
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