CN111327708B - 一种基于拓扑感知的光网络虚拟映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于拓扑感知的光网络虚拟映射方法，本方法在光网络控制器初始化时，采集获取全网络的节点与链路所构成的拓扑信息，并结合连通度因子计算每个节点和每条链路的相对均衡权重；在虚拟网络业务到达时，光网络根据虚拟网络业务的带宽需求进行节点映射和链路映射。本发明提供的光网络虚拟映射方法，基于全网络的拓扑感知来实现光网络虚拟映射，可以提高虚拟网络的映射成功率和均衡性，并避免光网络资源的局部过载。

Description

一种基于拓扑感知的光网络虚拟映射方法

技术领域

本发明涉及网络技术，具体涉及光网络虚拟映射技术。

背景技术

随着数据中心、云计算及物联网等技术的快速发展，传统网络架构僵化问题日益突出。运营商通过网络功能虚拟化技术将物理网络抽象为多个彼此独立的虚拟网络以共享其物理资源，并根据用户的多样化需求部署业务。由于网络功能动态加载和网络资源按需调配的实现，加速网络技术的创新与应用，网络虚拟化成为解决现有网络问题的一个有效途径。

然而虚拟环境下底层光网络存在着业务流量负载分布不均衡的问题，传统的负载均衡映射方法只考虑链路或节点的负载绝对均衡，未考虑网络关键节点和关键链路等方面的网络拓扑因素，造成光网络关键节点负载过重和虚拟网络请求接受率低的问题。

发明内容

针对现有拟环境下底层光网络存在着业务流量负载分布不均衡的问题，需要一种新的光网络技术。

由此，本发明的目的在于提供一种基于拓扑感知的光网络虚拟映射方法，本方案能够在底层光网络为虚拟网络业务提供差异化的负载均衡保证。

为了达到上述目的，本发明提供的基于拓扑感知的光网络虚拟映射方法，所述方法包括：

光网络控制器在初始化时，采集获取全网络的节点与链路所构成的拓扑信息，并结合连通度因子计算每个节点和每条链路的相对均衡权重，所述连通度因子对应于光网络中节点或链路的重要程度；

在虚拟网络业务到达时，光网络根据虚拟网络业务的带宽需求进行节点映射和链路映射。

进一步地，所述连通度因子至少包括节点连通度因子和链路连通度因子，所述节点连通度因子对应于光网络中各节点的重要程度；所述链路连通度因子对应于光网络中各链路的重要程度。

进一步地，所述节点连通度因子以阈值大小评估光网络中节点的重要程度。

进一步地，所述链路连通度因子以阈值大小评估光网络中链路的重要程度。

进一步地，所述方法在光网络根据虚拟网络业务的带宽需求进行节点映射时，包括：

将所有物理节点根据相对均衡权重大小进行排序，形成对应的物理节点集合；

依次判断物理节点的容量是否大于虚拟网络业务的带宽需求，若大于则将来自虚拟网络业务带宽需求的虚拟节点映射到该物理节点，并从虚拟节点集合和物理节点集合中删除已映射的节点；若所有物理节点容量都不满足虚拟网络业务带宽需求，则阻塞拒绝该虚拟网络业务请求；

在所有虚拟节点映射完成，结束节点映射。

进一步地，所述方法在光网络根据虚拟网络业务的带宽需求进行链路映射时，包括：

将链路相对均衡权重作为依据，采用路由算法计算虚拟链路的物理路径，实现虚拟链路的映射，并从相应的虚拟链路集合和物理链路集合中删除已映射的链路；

在所有虚拟链路映射完成，结束链路映射。

本发明提供的光网络虚拟映射方法，基于全网络的拓扑感知来实现光网络虚拟映射，可以提高虚拟网络的映射成功率和均衡性，并避免光网络资源的局部过载。

本发明提供的方案在应用时，能够可靠且稳定的实现光网络虚拟化，提高软件定义光网络技术对多业务的支持能力。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实例，进一步阐述本发明。

本方案给出的基于拓扑感知的光网络虚拟映射方法，通过在软件定义光网络的控制器在初始化时，采集获取全网络的节点与链路所构成的拓扑信息，并结合连通度因子计算每个节点和每条链路的相对均衡权重；

据此，在虚拟网络业务到达时，使光网络根据虚拟网络业务的带宽需求进行节点映射和链路映射。

这里的连通度因子用于评估光网络中节点或链路的重要程度，即在完整的网络拓扑中去掉某个节点或某条链路，所造成的网络“自然连通度”降低。

作为举例，若某个节点的直接相邻节点越多，则对“自然连通度”影响越大，其重要性就越高。同理适用于链路连通度因子。

由此来实现光网络虚拟映射时，可以提高虚拟网络的映射成功率和均衡性，并避免光网络资源的局部过载。

针对上述方案，以下说明一下基于拓扑感知进行光网络虚拟映射的实施方式。

本方案在实施时，软件定义光网络在初始化过程中完成全局性(即全网络)的拓扑感知。其通过在软件定义光网络的虚拟网络映射过程中确定“连通度因子”及其计算方式；在此基础上，通过计算每个节点和每条链路的连通度因子，实现全局性的拓扑感知。通过该拓扑感知能够清楚的获知整个光网络中所有节点、链路之间的连接关系，以及节点、链路各自的相对重要性。

基于全局性(即全网络)的拓扑感知，本方案对虚拟网络业务进行映射时，至少包括节点感知阶段和链路感知阶段。

在具体实现时，本实施方案在光网络的拓扑感知计算方案中确定节点连通度因子和链路连通度因子。

这里的节点连通度因子作为评估光网络中各个节点的重要程度的参数因子。作为举例，在具体实现时这里的节点连通度因子可以以阈值大小评估光网络中各个节点的重要程度，但并不限于此。这里的链路连通度因子作为评估光网络中各个链路的重要程度的参数因子。

作为举例，在具体实现时这里的链路连通度因子可以以阈值大小评估光网络中各个链路的重要程度，但并不限于此。

据此，本实施方案设定网络拓扑集合为G(N,L),网络中节点集合为N＝(node_1,node_2,…,node_N)，网络中链路集合为L(link_1,link_2,…,link_M),

则设定邻接矩阵A(G):

A(G)＝[a_{node_i,node_j}] (1)；

α_{node_i}表示节点node_i的可靠率。

在基础上，节点连通度因子的计算如下：

其中，λ_j(G)为邻接矩阵A(G)的特征根；而λ_j(G-node_i)为邻接矩阵A(G-node_i)的特征根，G-node_i为节点node_i失效时的网络拓扑集合；e为自然常数，即欧拉常数。

在基础上，链路连通度因子的计算如下：

同理，λ_k(G-link_k)表示链路link_k失效时的邻接矩阵特征根；M表示网络中所有链路的总数。

进一步地，根据公式(2)和(3)，即可计算出网络中每个节点、每条链路所对应的连通度因子，从而感知每个节点与链路的重要性和风险度，即连通度因子越高则重要性和风险度越高，由此实现全局性(即全网络)的拓扑感知。

本实施方案在进行光网络虚拟映射时，根据上述的全网络拓扑感知结果，通过节点映射和链路映射两个阶段实现对虚拟网络业务的映射。同时针对不同的虚拟网络业务对生存性的差异化，采取业务区分的风险节点和风险链路的保护路由策略。

本实施方案进行虚拟网络业务的映射过程具体如下：

(1)节点映射阶段

步骤1：根据公式(4)计算物理节点node_i的相对均衡权重w_{node_i}；

其中，α_{node_i}表示节点node_i的可靠率，其可通过统计该节点的故障率ρ_{node_i}获得，α_{node_i}＝1-ρ_{node_i}；b_{node_i}为节点node_i的可用带宽；B_{node_i}表示节点node_i的总带宽；F_{node_i}为节点node_i的连通度因子。

步骤2：新到虚拟网络业务请求，这里的虚拟网络业务请求包括但不限于：虚拟节点的个数、虚拟链路条数、虚拟业务带宽；

步骤3：将所有物理节点根据相对均衡权重大小进行排序，排序后的物理节点集合为S_node{s_{node_1},s_{node_2},…,s_{node_N}}；

步骤4：判断物理节点s_{node_i}的容量是否大于虚拟网络业务的带宽需求Bv，若大于，则将虚拟网络业务的带宽需求中的虚拟节点v_{node_j}映射到物理节点s_{node_i}，并转到步骤5；否则i＝i+1，重复步骤4；若所有物理节点容量都不满足虚拟网络业务带宽需求，则阻塞拒绝该虚拟网络业务请求；

步骤5：更新b_{node_i}，该b_{node_i}为节点node_i的可用带宽，并从虚拟节点集合和物理节点集合中删除已映射的节点；

步骤6：设置i＝i+1，若所有虚拟节点映射完成，转至步骤7；否则转至步骤3；

步骤7：节点映射结束。

由此方式所形成的节点映射，其基于节点的重要度、可靠性、可用带宽等因素计算出“相对均衡权重”，由此能够获得虚拟网络映射的负载均衡和风险均衡的效果。

(2)链路映射阶段

步骤1：根据公式(5)计算物理链路link_i的链路相对均衡权重w_{link_i}；

其中，β_{link_i}为链路link_i的可靠度，其可通过统计该链路的故障率ρ_{link_i}获得，β_{link_i}＝1-ρ_{link_i}；b_{link_i}为链路link_i的可用带宽；B_{link_i}表示链路link_i的总带宽；F_{link_i}为链路link_i的连通度因子。

步骤2：将链路相对均衡权重作为依据，采用路由算法计算虚拟链路V_{link_k}的物理路径，实现虚拟链路V_{link_k}的映射；这里用到的路由算法具体可根据实际需求而定，作为举例，如D算法等；

步骤3：更新b_{link_k}，该b_{link_k}为链路link_k的可用带宽，并从虚拟链路集合和物理链路集合中删除已映射的链路；这里的虚拟链路集合为虚拟网络业务请求中相应的虚拟链路按照一定的方式排序所形成的集合；物理链路集合为虚拟网络业务请求中相应的物理链路按照一定的方式排序所形成的集合；步骤4：设置k＝k+1，若所有虚拟链路映射完成，转至步骤5；否则转至步骤1；

步骤5：链路映射结束。

据此方式形成的链路映射，其基于链路的重要度、可靠性、可用带宽等因素计算出“相对均衡权重”，能够获得虚拟网络映射的负载均衡和风险均衡的效果。

由上实例方案可知，本方案创新地采用光网络中基于节点连通因子与链路连通因子确定的相对均衡权重，作为虚拟网络映射的依据。同时本方案还创新地采用相对均衡权重的动态排序，进行节点映射和链路映射的计算。

据此，本方案实现建立与拓扑连通度相对应的虚拟网络均衡映射关系，进一步优化了虚拟网络业务映射的负载均衡性，并避免光网络资源的局部过载；在具体应用时能够在底层光网络为虚拟网络业务提供差异化的负载均衡保证。

最后需要说明的，上述本发明的方法为纯软件架构，可以透过程序代码布设于实体媒体，如硬盘、光盘片、或是任何电子装置(如智能型手机、计算机可读取的储存媒体)，当机器加载程序代码且执行(如智能型手机加载且执行)，机器成为用以实行本发明的装置。上述本发明的方法与装置亦可以程序代码型态透过一些传送媒体，如电缆、光纤、或是任何传输型态进行传送，当程序代码被机器(如智能型手机)接收、加载且执行，机器成为用以实行本发明的装置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.基于拓扑感知的光网络虚拟映射方法，其特征在于，所述方法包括：

光网络控制器在初始化时，采集获取全网络的节点与链路所构成的拓扑信息，在光网络的拓扑感知过程中确定节点连通度因子和链路连通度因子 ，节点连通度因子作为评估光网络中各个节点的重要程度的参数因子，所述链路连通度因子作为评估光网络中各个链路的重要程度的参数因子；并结合节点连通度因子和链路连通度因子计算每个节点和每条链路的相对均衡权重；

在虚拟网络业务到达时，光网络根据虚拟网络业务的带宽需求进行节点映射和链路映射，通过节点映射和链路映射两个阶段实现对虚拟网络业务的映射；

所述方法在光网络根据虚拟网络业务的带宽需求进行节点映射时，包括：

将所有物理节点根据相对均衡权重大小进行排序，形成对应的物理节点集合；

依次判断物理节点的容量是否大于虚拟网络业务的带宽需求，若大于则将来自虚拟网络业务带宽需求的虚拟节点映射到该物理节点，并从虚拟节点集合和物理节点集合中删除已映射的节点；若所有物理节点容量都不满足虚拟网络业务带宽需求，则阻塞拒绝该虚拟网络业务请求；

在所有虚拟节点映射完成，结束节点映射；

所述方法在光网络根据虚拟网络业务的带宽需求进行链路映射时，包括：

将链路相对均衡权重作为依据，采用路由算法计算虚拟链路的物理路径，实现虚拟链路的映射，并从相应的虚拟链路集合和物理链路集合中删除已映射的链路；

在所有虚拟链路映射完成，结束链路映射。

2.根据权利要求1所述的光网络虚拟映射方法，其特征在于，所述节点连通度因子以阈值大小评估光网络中各节点的重要程度。

3.根据权利要求1所述的光网络虚拟映射方法，其特征在于，所述链路连通度因子以阈值大小评估光网络中各链路的重要程度。