CN109889930A - 一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射方法及装置，属于电力通信与光通信技术领域。本发明所述的方法通过在数据虚拟请求的节点映射阶段，综合考虑物理节点相邻链路的长度、节点自身计算资源及其相邻链路带宽资源的差异，对物理节点进行权重排序，确定虚拟节点的映射物理节点；在虚拟链路映射阶段，综合考虑物理光路的频谱资源状态及其各链路上的负载，设计路径资源匹配度公式为虚拟链路选择K条候选映射光路，并在此基础上提出一种基于极大团的单路径映射策略，确定虚拟链路的映射光路；当单条物理光路上的可用频谱资源无法满足虚拟链路的带宽资源需求时，采取基于链路负载均值的多路径映射策略，在降低设备能耗的同时均衡网络负载。

Description

一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射方法及装置

技术领域

本发明属于电力通信与光通信技术领域，涉及一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射方法及装置。

背景技术

近年来，随着电网建设规模的逐步扩大，电力通信系统中的相关数据量急剧增加，输电量以及用电量也在持续递增，这就导致原有的电力信息通信技术已经无法满足时代发展的需求，智能电网逐渐成为了我国电网建设中的主要方向。智能电网通过将先进的信息技术、通信技术、计算机技术、电力电子技术、可再生能源发电技术和原有的输配电基础设施高度集成，被世界各国视为推动经济发展和产业革命，实现可持续发展的新基础和新动力。智能电网中存在大量的数据需要进行快速地传输，这需要高速、集成的通信系统来支撑。众所周知，光纤通信技术的最大特点就是带宽容量大、传输距离远、抗干扰能力强，因此，将光纤通信技术应用于电力通信系统中，可为及时可靠的数据通信提供保障。

当前的骨干光网络是基于波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing,WDM)技术而构建，其波长分配粒度粗糙、调制等级单一，无法满足用户对日益多样化业务带宽的需求，而基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术的弹性光网络(ElasticOpticalNetworks,EONs)频谱分配方式灵活、传输容量大，被广泛地认为是极具发展潜力的下一代光传输网之一。

与此同时，通信网规模的大幅度扩张导致通信行业用电需求急速增长，并逐渐成为限制通信网发展和网络服务能力提升的主要因素。尽管网络虚拟化技术通过整合网络基础设施资源，允许多个异构的虚拟网络共享相同的底层物理网络资源，可为节能的虚拟网络映射提供技术支持，但由于大部分虚拟网络映射算法主要目标是提高网络的资源利用率以获得更大的映射收益，即尽可能多的将虚拟网络映射到底层物理网络上，这种为虚拟网络超量供给资源的方式会在底层网络的节点和链路上引起大量不必要的资源浪费和能量消耗，增加网络中通信设备的能耗成本。因此，为了迎合未来智能电网大带宽、低能耗的发展需求，研究如何在提高底层弹性光网络资源利用率的同时，减少虚拟网络映射时在底层通信网络上产生的能耗具有一定的现实意义。

此外，当前电力通信系统是为业务的高峰负荷所设计，底层网络资源的超量供给可以确保网络的正常运行，提高虚拟网络映射的成功率，与此同时也会导致极大部分资源浪费，底层网络中的用电设备耗能过高。相反，在考虑节能的虚拟网络映射中，则尽量将虚拟节点/链路整合映射到处于已激活状态的物理节点/链路上，使用较少的网络资源和设备实现虚拟网络映射，以此达到降低网络能耗的目的。但盲目追求节能会导致底层网络中部分节点或链路处于重负载状态，进而产生瓶颈节点或链路，一定程度上降低了虚拟光网络请求的接收率。

由于弹性光网络环境下耗能设备复杂多样(主要包括IP路由器、转发器、光交叉连接器以及光放大器)，且虚拟网络映射在弹性光网络中需要遵循相应的频谱约束条件，因此在2/3层网络和WDM网络场景下考虑节能的虚拟网络映射算法无法直接应用于弹性光网络中，迫切需要寻找到一种弹性光网络环境下高效节能的虚拟网络映射方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弹性光网络中高效节能的虚拟网络映射方法，用于均衡底层网络负载，减小网络能耗。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射方法，该方法包括以下步骤：

S1：根据虚拟节点及物理节点权重计算公式，确定虚拟节点的映射顺序并进行映射；

S2：当虚拟节点成功映射时，为每一条虚拟链路寻找K条候选映射光路，K值的大小为物理网络中节点的平均度数，并根据所有候选映射光路信息构建分层辅助图；

S3：计算分层辅助图中节点、链路及极大团的权重值，确定虚拟链路的物理映射路径并进行映射；

S4：若虚拟链路的单路径映射策略失败，则将虚拟链路的带宽资源需求分割映射在多条物理路径上。

进一步，所述S1具体方法为：

S101：通过公式分别计算虚拟节点以及物理节点的权重值，并根据该值对虚拟节点及物理节点按从大到小的顺序降序排列；

S102：采用最大对最大的方式依次映射每一个虚拟节点；

S103：若物理节点的可用计算资源满足虚拟节点的计算资源需求，则能成功将虚拟节点映射在该物理节点上。

进一步，所述S2具体方法为：

S201：根据路径资源匹配度公式，为每一条虚拟链路选择K条具有较高资源匹配度的候选映射光路；

S202：将S201中所得到的每一种候选映射光路方案抽象成为分层辅助图中的一个节点；

S203：若两条虚拟链路的候选映射光路中没有相交链路，则将分层辅助图中的两节点相连，分层辅助图构建完毕。

进一步，所述S3具体方法为：

S301：计算分层辅助图中各节点的权重值，设置分层辅助图中的节点权重为候选映射光路的跳数与光路上放大器的个数之和；

S302：计算分层辅助图中各链路的权重值，将分层辅助图中的链路权重设置为两候选映射光路上链路平均负载差值的绝对值；

S303：采用深度优先搜索算法寻找分层辅助图中的极大团，计算极大团的权重值，该值为团中所有节点权重与链路权重之和；

S304：将S303所得权重值最小的极大团中包含的候选映射路径信息作为虚拟链路的映射光路；

S305：对虚拟链路根据其带宽需求大小按降序排列，并将其依次映射在由S304步骤确定的映射光路上。

进一步，所述S4具体方法为：

S401：当单条物理光路的可用资源无法满足虚拟链路的带宽资源需求时，将该虚拟链路的带宽资源需求进行分割；

S402：为该虚拟链路确定两条映射路径，其中一条为S304中确定的映射光路，另一条为剩余候选映射光路中具有最高路径资源匹配度值的光路；

S403：通过公式计算分别分配在两条映射路径上的子带宽大小，并根据子带宽大小将该虚拟链路分割映射至两条物理光路上；

子带宽分配计算式：

在该式中，和分别为光路P_em和P'_em上的平均链路负载，与分别表示在光路P_em和P'_em上分配的子带宽大小，bw^v _j为虚拟链路j上的带宽资源需求。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射装置，该装置包括：

确定模块，用于根据虚拟节点及物理节点权重计算公式，确定虚拟节点的映射顺序并进行映射；

构建模块，用于当虚拟节点成功映射时，为每一条虚拟链路寻找K条候选映射光路，K值的大小为物理网络中节点的平均度数，并根据所有候选映射光路信息构建分层辅助图；

计算模块，用于计算分层辅助图中节点、链路及极大团的权重值，确定虚拟链路的物理映射路径并进行映射；

分割映射模块，用于若虚拟链路的单路径映射策略失败，则将虚拟链路的带宽资源需求分割映射在多条物理路径上。

进一步，所述确定模块，用于通过公式分别计算虚拟节点以及物理节点的权重值，并根据该值对虚拟节点及物理节点按从大到小的顺序降序排列；采用最大对最大的方式依次映射每一个虚拟节点；若物理节点的可用计算资源满足虚拟节点的计算资源需求，则能成功将虚拟节点映射在该物理节点上。

进一步，所述构建模块，用于根据路径资源匹配度公式，为每一条虚拟链路选择K条具有较高资源匹配度的候选映射光路；将每一种候选映射光路方案抽象成为分层辅助图中的一个节点；若两条虚拟链路的候选映射光路中没有相交链路，则将分层辅助图中的两节点相连，分层辅助图构建完毕。

进一步，所述计算模块，用于计算分层辅助图中各节点的权重值，设置分层辅助图中的节点权重为候选映射光路的跳数与光路上放大器的个数之和；计算分层辅助图中各链路的权重值，将分层辅助图中的链路权重设置为两候选映射光路上链路平均负载差值的绝对值；采用深度优先搜索算法寻找分层辅助图中的极大团，计算极大团的权重值，该值为团中所有节点权重与链路权重之和；将权重值最小的极大团中包含的候选映射路径信息作为虚拟链路的映射光路；对虚拟链路根据其带宽需求大小按降序排列，并将其依次映射在映射光路上。

进一步，所述分割映射模块，用于当单条物理光路的可用资源无法满足虚拟链路的带宽资源需求时，将该虚拟链路的带宽资源需求进行分割；为该虚拟链路确定两条映射路径，其中一条为确定的映射光路，另一条为剩余候选映射光路中具有最高路径资源匹配度值的光路；通过公式计算分别分配在两条映射路径上的子带宽大小，并根据子带宽大小将该虚拟链路分割映射至两条物理光路上；

子带宽分配计算式：

在该式中，和分别为光路P_em和P'_em上的平均链路负载，与分别表示在光路P_em和P'_em上分配的子带宽大小，bw^v _j为虚拟链路j上的带宽资源需求。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种弹性光网络中高效节能的虚拟网络映射策略，在节点映射时设计了动态的物理节点权重公式，将虚拟节点映射至自身计算资源与相邻链路带宽资源差异小、相邻链路长度短的物理节点上，以此均衡网络的整体负载，降低底层光网络的能耗；在链路映射时提供一种基于极大团的单路径映射策略，通过构建分层辅助图为虚拟链路确定频谱资源丰富且各物理链路上负载较轻的映射光路，与此同时，当单条物理光路上的频谱资源无法满足虚拟链路的带宽资源需求时，采用基于链路负载均值的多路径映射策略，进一步提高虚拟光网络请求成功映射的概率。本发明提供一种弹性光网络中高效节能的虚拟光网络映射方法，能够有效降低虚拟光网络请求的阻塞率，均衡网络负载，减小底层弹性光网络的能耗。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为传统虚拟网络映射与节能虚拟网络映射对比图；

图2为弹性光网络下虚拟光网络映射示意图；

图3为虚拟光网络业务候选映射方案分层辅助图；

图4为分层辅助图中极大团示意图；

图5为联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射算法流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，为弹性光网络环境下传统虚拟网络映射与节能虚拟网络映射示意图。由于现有网络是为业务的高峰负荷所设计，在传统的虚拟网络映射中，底层网络资源的超量供给可以确保网络的正常运行，提高虚拟网络映射的成功率，与此同时也会导致极大部分资源浪费，底层网络能耗过高。相反，在节能的虚拟网络映射中，则尽量将虚拟节点/链路整合映射到处于已激活状态的物理节点/链路上，使用较少的网络资源和设备实现虚拟网络映射，以此达到降低网络能耗的目的。但盲目追求节能会导致底层网络中部分节点或链路处于重负载状态，进而产生瓶颈节点或链路，一定程度上降低了虚拟网络业务的接收率，因此，本发明提出一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射方法，在降低网络能耗的同时均衡底层网络的负载。

如图2所示，为弹性光网络环境下虚拟光网络的映射过程。假设当前网络中仅有虚拟光网络业务VONR1到达，该业务包括a、b、c三个虚拟节点以及将虚拟节点连接起来的三条虚拟链路a-b、b-c、a-c。虚拟光网络映射问题通常分为虚拟节点映射和虚拟链路映射两个子问题，当且仅当虚拟节点与虚拟链路均成功映射时，该虚拟光网络业务才能被成功传输。由于弹性光网络中物理资源有限，为了提高虚拟节点被成功映射的概率，采取公式(1)、(2)分别对虚拟节点及物理节点进行权重值计算，并按该值大小确定虚拟节点映射的先后顺序。

式(1)中，c_i ^v为虚拟节点i的计算资源需求，adj(i)表示与虚拟节点i相邻的虚拟链路集合，bw^v _j为虚拟链路j上的带宽资源需求；式(2)中，SNR_f(i)为均衡因子，c_i ^s和d_i ^s分别为物理节点i的可用计算资源及度数，adj(i)表示与物理节点i相邻的物理链路集合，bw^s _j和len_j分别为物理链路j上的可用频谱资源及链路长度，α为权重调节因子。

在虚拟光网络业务VONR1的节点映射过程中，首先根据公式(1)确定虚拟节点映射的先后顺序：b、a、c，同时根据公式(2)计算出三个拥有较高SNR值的物理节点：E、B、D，若物理节点的可用计算资源满足虚拟节点计算资源的需求，则按照一一对应的方式将三个虚拟节点分别映射至三个物理节点上。

虚拟节点映射完毕后进入虚拟链路映射阶段，为了减少频谱碎片的产生，避免因底层网络资源分配不均而导致的业务阻塞，本发明所述方法采用路径资源匹配度衡量公式(3)-(5)，并依据该公式为物理链路寻找K条候选映射光路。

式(3)中，SFB^P _Num表示物理光路P上所含频隙数高于虚拟链路带宽资源需求的空闲频谱块个数；fsⁱ表示为频隙i的占用状态，可由式(4)计算，FB^P _Num表示物理光路P上的空闲频谱块个数，该分式用于衡量物理光路P上的碎片化程度；TL^P _average表示为物理光路P中各链路上的平均负载，该值可由式(5)计算得出，Link^P _Num表示构成光路P的物理链路数。

以虚拟链路a-c为例进行说明，由于虚拟节点a、c分别映射在物理节点B、D上，因此通过公式(3)计算其中一条物理光路B-C-D的路径资源匹配度。物理链路B-C及C-D组成光路B-C-D后，光路上的空闲频隙数为7，即光路上的可用频谱块总数为2，即FB^P _Num＝2，所含空闲频隙数大于3(虚拟链路a-c的带宽资源需求为3)的空闲频谱块个数为1，即SFB^P _Num＝1；物理链路B-C及C-D上的被占用频隙均为2，因此光路上每条链路的平均负载为2，即TL^P _average＝2，将上述已求得值代入公式(3)即可得出物理光路B-C-D的路径资源匹配度，其值为(1+7/2)/(1+2)＝1.5。以此类推，通过计算为虚拟光网络业务VONR1中的每一条虚拟链路确定2条(这里K取2)拥有较高资源匹配度的候选映射光路，每条虚拟链路及其对应的候选映射光路信息如表1所示。

表1

其中，“O”为通路，“X”为断路。

为了联合考虑虚拟链路映射时在底层网络中产生的能耗与底层网络整体的负载状态，本发明所述方法提出了一种基于构造分层辅助图并寻找极大团的策略，以此为虚拟链路确定其映射路径。具体步骤如下：首先，根据路径资源匹配度公式(3)为虚拟光网络业务中的每条虚拟链路寻找K条候选映射光路；其次，将每一种候选映射光路方案抽象成为分层辅助图中的一个节点，即每一层节点对应于一条虚拟链路的候选映射光路；最后，若两条虚拟链路的候选映射光路中没有相交链路，则将分层辅助图中的两节点相连。分层辅助图中节点、链路及极大团的权重值计算公式分别如式(6)、(7)和(8):

在式(6)中，hop_Pi表示物理光路P_i的跳数，d_Pi表示该光路的长度。式(7)中，TL^P _average可由式(5)计算。

根据候选映射光路信息表，即表1可知，虚拟链路a-c的候选映射光路B-C-D(P3)跳数为2，光路总长度为180km，因此NR(P3)为而该光路与虚拟链路a-b的候选映射光路B-E(P1)、B-A-E(P2)以及虚拟链路b-c的候选映射光路E-F-D(P6)均无相交链路，因此在分层辅助图中存在链路P1-P3、P2-P3、P6-P3；由于光路B-E仅由一条链路组成，且该链路上的已使用频隙为3，因此TL^P1 _average＝3；同理可计算出光路B-C-D(P3)的TL^P3 _average＝2.5，故LR(P1-P3)＝0.5。以此类推，完成分层辅助图的构建，如图3所示。分层辅助图构建完毕后，根据深度优先搜索算法搜索辅助图中所有的极大团，如图4所示。并按公式(6)-(8)计算得到每个团的权重，以及极大团对应的虚拟链路候选映射光路信息，如表2所示。

表2

从表2中可得知，方案3中团的总权重最小，也即采用该方案映射虚拟链路时产生的能耗最少，底层网络上的负载最为均衡。因此，根据方案3得到的候选映射光路信息进行虚拟链路映射，即将虚拟链路a-b、a-c、b-c分别映射至物理光路B-E、B-F-D、E-C-D上，以此减少虚拟光网络业务映射时在底层弹性光网络上产生的能耗，均衡各物理链路上的负载。

当底层网络中的单条物理光路无法满足虚拟链路的映射时，将虚拟链路的带宽资源需求进行分割并分别映射在多条物理光路上进行传输，以此提高虚拟链路成功映射的概率。在多路径映射策略中主要包括两个阶段：路径选择阶段以及子带宽分配阶段。在路径选择阶段，除已确定的映射光路P_em外，该策略还将为虚拟链路选择剩余候选映射光路中具有最高路径资源匹配度ReM值的光路P'_em，尽量将虚拟链路映射在距离短、频谱资源丰富的物理光路上；在子带宽分配阶段，为尽量均衡物理链路上的资源分配，根据两条候选光路上各物理链路负载均值情况，确定路径P_em上分配的虚拟链路子带宽大小；同时将虚拟链路剩余带宽资源需求分配在光路P'_em上，子带宽分配计算公式如(9)：

式(9)中，与分别表示在光路P_em和P'_em上分配的子带宽大小，bw^v _j为虚拟链路j上的带宽资源需求。按上述方式为虚拟链路选择两条映射路径并分配频谱资源，尽量减少底层网络能耗，提高虚拟光网络业务的接收率。

下面将结合图5详细说明本方法的执行过程：

步骤1：虚拟光网络请求到达，分别记录其虚拟节点个数N、虚拟链路数L，初始已映射虚拟节点数n＝0，已映射虚拟链路数l＝0；

步骤2：根据公式(1)、(2)计算所得的权重值大小分别对所有虚拟节点和所有物理节点进行降序排列；

步骤3：采用一一对应(即权重值最大的虚拟节点映射至权重值最大的物理节点上)的方式依次映射每个虚拟节点，每成功映射一个虚拟节点则n＝n+1，否则阻塞该虚拟光网络请求，重复该步骤，直至n＝N则转入步骤4；

步骤4：根据附图2方法，依据带宽资源需求大小对虚拟链路进行降序排列，并根据公式(3)为每条虚拟链路确定K条具有较高ReM值的候选光路并；

步骤5：将每条虚拟链路的K条候选映射光路转化为分层辅助图中其中一层的K个节点，若两条虚拟链路的候选映射光路中无相交链路，则将这两个候选映射光路方案在分层辅助图中对应的节点相连，分层辅助图构造如附图3所示；

步骤6：寻找分层辅助图中所有的极大团(附图4所示)，根据公式(6)-(8)计算每一个极大团中节点、链路以及极大团的总权重值，得到最小权重值的极大团及虚拟链路的映射物理光路信息；

步骤7：按带宽需求从大到小的顺序依次映射每条虚拟链路，若映射物理光路的可用频谱资源满足虚拟链路的带宽资源需求，则将虚拟链路映射在该物理光路上，l＝l+1，并转至步骤11，否则转至步骤8；

步骤8：从虚拟链路的候选映射光路集合中寻找到两条具有较高路径资源匹配度的候选光路，并分别将其记为P_em和P'_em；

步骤9：通过公式(9)计算分配在两条物理光路P_em和P'_em上的虚拟链路子带宽资源大小与

步骤10：若两条物理光路P_em和P'_em上的可用频谱资源分别满足虚拟链路子带宽的资源需求，则将该虚拟链路的两份子带宽资源分别映射至光路P_em和P'_em，l＝l+1，并转至步骤11，否则阻塞该虚拟光网络请求；

步骤11：判断所有虚拟链路是否均已映射，若l＝L则转至步骤12，否则重复步骤7，完成下一条虚拟链路的映射；

步骤12：输出虚拟映射结果，算法结束。

一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射装置，该装置包括：

确定模块，用于根据虚拟节点及物理节点权重计算公式，确定虚拟节点的映射顺序并进行映射；

构建模块，用于当虚拟节点成功映射时，为每一条虚拟链路寻找K条候选映射光路，K值的大小为物理网络中节点的平均度数，并根据所有候选映射光路信息构建分层辅助图；

计算模块，用于计算分层辅助图中节点、链路及极大团的权重值，确定虚拟链路的物理映射路径并进行映射；

分割映射模块，用于若虚拟链路的单路径映射策略失败，则将虚拟链路的带宽资源需求分割映射在多条物理路径上。

所述确定模块，用于通过公式分别计算虚拟节点以及物理节点的权重值，并根据该值对虚拟节点及物理节点按从大到小的顺序降序排列；采用最大对最大的方式依次映射每一个虚拟节点；若物理节点的可用计算资源满足虚拟节点的计算资源需求，则能成功将虚拟节点映射在该物理节点上。

所述构建模块，用于根据路径资源匹配度公式，为每一条虚拟链路选择K条具有较高资源匹配度的候选映射光路；将每一种候选映射光路方案抽象成为分层辅助图中的一个节点；若两条虚拟链路的候选映射光路中没有相交链路，则将分层辅助图中的两节点相连，分层辅助图构建完毕。

所述计算模块，用于计算分层辅助图中各节点的权重值，设置分层辅助图中的节点权重为候选映射光路的跳数与光路上放大器的个数之和；计算分层辅助图中各链路的权重值，将分层辅助图中的链路权重设置为两候选映射光路上链路平均负载差值的绝对值；采用深度优先搜索算法寻找分层辅助图中的极大团，计算极大团的权重值，该值为团中所有节点权重与链路权重之和；将权重值最小的极大团中包含的候选映射路径信息作为虚拟链路的映射光路；对虚拟链路根据其带宽需求大小按降序排列，并将其依次映射在映射光路上。

所述分割映射模块，用于当单条物理光路的可用资源无法满足虚拟链路的带宽资源需求时，将该虚拟链路的带宽资源需求进行分割；为该虚拟链路确定两条映射路径，其中一条为确定的映射光路，另一条为剩余候选映射光路中具有最高路径资源匹配度值的光路；通过公式计算分别分配在两条映射路径上的子带宽大小，并根据子带宽大小将该虚拟链路分割映射至两条物理光路上；

子带宽分配计算式：

在该式中，和分别为光路P_em和P'_em上的平均链路负载，与分别表示在光路P_em和P'_em上分配的子带宽大小，bw^v _j为虚拟链路j上的带宽资源需求。

该装置能够有效降低虚拟光网络请求的阻塞率，均衡网络负载，减小底层弹性光网络的能耗。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：根据虚拟节点及物理节点权重计算公式，确定虚拟节点的映射顺序并进行映射；

S2：当虚拟节点成功映射时，为每一条虚拟链路寻找K条候选映射光路，K值的大小为物理网络中节点的平均度数，并根据所有候选映射光路信息构建分层辅助图；

S3：计算分层辅助图中节点、链路及极大团的权重值，确定虚拟链路的物理映射路径并进行映射；

S4：若虚拟链路的单路径映射策略失败，则将虚拟链路的带宽资源需求分割映射在多条物理路径上。

2.如权利要求1所述的一种联合能耗与负载均衡的虚拟网络映射方法，其特征在于：所述S1具体方法为：

S101：通过公式分别计算虚拟节点以及物理节点的权重值，并根据该值对虚拟节点及物理节点按从大到小的顺序降序排列；

S102：采用最大对最大的方式依次映射每一个虚拟节点；

S103：若物理节点的可用计算资源满足虚拟节点的计算资源需求，则能成功将虚拟节点映射在该物理节点上。

3.如权利要求1所述的一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射方法，其特征在于：所述S2具体方法为：

S201：根据路径资源匹配度公式，为每一条虚拟链路选择K条具有较高资源匹配度的候选映射光路；

S202：将S201中所得到的每一种候选映射光路方案抽象成为分层辅助图中的一个节点；

S203：若两条虚拟链路的候选映射光路中没有相交链路，则将分层辅助图中的两节点相连，分层辅助图构建完毕。

4.如权利要求1所述的一种联合能耗与负载均衡的虚拟网络映射方法，其特征在于：所述S3具体方法为：

S301：计算分层辅助图中各节点的权重值，设置分层辅助图中的节点权重为候选映射光路的跳数与光路上放大器的个数之和；

S302：计算分层辅助图中各链路的权重值，将分层辅助图中的链路权重设置为两候选映射光路上链路平均负载差值的绝对值；

S303：采用深度优先搜索算法寻找分层辅助图中的极大团，计算极大团的权重值，该值为团中所有节点权重与链路权重之和；

S304：将S303所得权重值最小的极大团中包含的候选映射路径信息作为虚拟链路的映射光路；

S305：对虚拟链路根据其带宽需求大小按降序排列，并将其依次映射在由S304步骤确定的映射光路上。

5.如权利要求4所述的一种联合能耗与负载均衡的虚拟网络映射方法，其特征在于：所述S4具体方法为：

S401：当单条物理光路的可用资源无法满足虚拟链路的带宽资源需求时，将该虚拟链路的带宽资源需求进行分割；

S402：为该虚拟链路确定两条映射路径，其中一条为S304中确定的映射光路，另一条为剩余候选映射光路中具有最高路径资源匹配度值的光路；

S403：通过公式计算分别分配在两条映射路径上的子带宽大小，并根据子带宽大小将该虚拟链路分割映射至两条物理光路上；

子带宽分配计算式：

在该式中，和分别为光路P_em和P'_em上的平均链路负载，与分别表示在光路P_em和P'_em上分配的子带宽大小，为虚拟链路j上的带宽资源需求。

6.一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射装置，其特征在于：该装置包括：

确定模块，用于语根据虚拟节点及物理节点权重计算公式，确定虚拟节点的映射顺序并进行映射；

构建模块，用于当虚拟节点成功映射时，为每一条虚拟链路寻找K条候选映射光路，K值的大小为物理网络中节点的平均度数，并根据所有候选映射光路信息构建分层辅助图；

计算模块，用于计算分层辅助图中节点、链路及极大团的权重值，确定虚拟链路的物理映射路径并进行映射；

分割映射模块，用于若虚拟链路的单路径映射策略失败，则将虚拟链路的带宽资源需求分割映射在多条物理路径上。

7.如权利要求6所述的一种联合能耗与负载均衡的虚拟网络映射装置，其特征在于：所述确定模块，用于通过公式分别计算虚拟节点以及物理节点的权重值，并根据该值对虚拟节点及物理节点按从大到小的顺序降序排列；采用最大对最大的方式依次映射每一个虚拟节点；若物理节点的可用计算资源满足虚拟节点的计算资源需求，则能成功将虚拟节点映射在该物理节点上。

8.如权利要求6所述的一种联合能耗与负载均衡的虚拟光网络映射装置，其特征在于：所述构建模块，用于根据路径资源匹配度公式，为每一条虚拟链路选择K条具有较高资源匹配度的候选映射光路；将每一种候选映射光路方案抽象成为分层辅助图中的一个节点；若两条虚拟链路的候选映射光路中没有相交链路，则将分层辅助图中的两节点相连，分层辅助图构建完毕。

9.如权利要求6所述的一种联合能耗与负载均衡的虚拟网络映射装置，其特征在于：所述计算模块，用于计算分层辅助图中各节点的权重值，设置分层辅助图中的节点权重为候选映射光路的跳数与光路上放大器的个数之和；计算分层辅助图中各链路的权重值，将分层辅助图中的链路权重设置为两候选映射光路上链路平均负载差值的绝对值；采用深度优先搜索算法寻找分层辅助图中的极大团，计算极大团的权重值，该值为团中所有节点权重与链路权重之和；将权重值最小的极大团中包含的候选映射路径信息作为虚拟链路的映射光路；对虚拟链路根据其带宽需求大小按降序排列，并将其依次映射在映射光路上。

10.如权利要求9所述的一种联合能耗与负载均衡的虚拟网络映射装置，其特征在于：所述分割映射模块，用于当单条物理光路的可用资源无法满足虚拟链路的带宽资源需求时，将该虚拟链路的带宽资源需求进行分割；为该虚拟链路确定两条映射路径，其中一条为确定的映射光路，另一条为剩余候选映射光路中具有最高路径资源匹配度值的光路；通过公式计算分别分配在两条映射路径上的子带宽大小，并根据子带宽大小将该虚拟链路分割映射至两条物理光路上；

子带宽分配计算式：

在该式中，和分别为光路P_em和P'_em上的平均链路负载，与分别表示在光路P_em和P'_em上分配的子带宽大小，为虚拟链路j上的带宽资源需求。