CN116887079B - 层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法及系统，涉及光通信技术领域，该方法包括基于层次分析法设计合适的判断矩阵，并计算得到权重系数；输入一组虚拟数据中心光网络，计算虚拟链路资源请求；构造面向虚拟数据中心的空分复用弹性光网络映射辅助图，计算物理链路可用资源；确定映射顺序；根据优先映射虚拟链路最大频谱资源请求的原则，将其映射到辅助图上具有最大可用频谱资源的物理路径上；将所有虚拟链路都映射到物理链路上；根据虚拟链路映射情况完成虚拟节点映射，为虚拟节点分配所请求的计算资源和存储资源，最后统计网络性能。本发明能够在确保虚拟数据中心光网络成功映射数量的同时，提高网络资源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法及系统。
背景技术
为了满足不断增长的业务需求，需要在虚拟数据中心光网络映射过程中考虑多种因素，如计算资源、存储资源和频谱资源等，以实现网络资源的最大利用率。同时，需要采用均衡的映射方法，使得各种资源能够得到合理的配置和利用。这样，才能够有效地提高网络资源的利用效率，满足爆炸式增长的网络业务需求。但在现有的方案中，存在虚拟数据中心光网络映射的资源利用率低和虚拟数据中心光网络成功映射的数量少的问题。因此亟需一种新的资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法及系统。
发明内容
为此，本发明实施例提供了一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法及系统，用于解决现有技术中虚拟数据中心光网络映射的资源利用率低和虚拟数据中心光网络成功映射的数量少的问题。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，所述方法包括：
S1：读取网络拓扑信息和初始化网络参数，基于层次分析法设计合适的判断矩阵，并计算得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数；
S2：输入一组虚拟数据中心光网络，根据虚拟数据中心光网络的虚拟链路的带宽请求大小、虚拟节点的计算资源和存储资源大小，计算虚拟链路资源请求；
S3：基于最短路径算法和物理链路可用资源，构造面向虚拟数据中心的空分复用弹性光网络映射辅助图，并根据弹性光网络的物理链路的频谱资源占用情况、物理节点的可用计算资源和存储资源大小，计算物理链路可用资源；
S4：根据虚拟链路的资源请求和物理链路的可用资源确定映射顺序；
S5：以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，根据优先映射虚拟链路最大频谱资源请求的原则，将其映射到辅助图上具有最大可用频谱资源的物理路径上；
S6：根据Dijkstra算法计算已选物理链路上的K条最短路径；
S7：遍历每条路径上各个链路的频谱资源占用情况，查找满足频谱一致性、频谱连续性和纤芯间交叉串扰阈值约束的频谱资源，若找到，则为虚拟链路请求分配频谱资源，否则继续遍历下一条路径；
S8：根据虚拟链路映射情况完成虚拟节点映射，为虚拟节点分配所请求的计算资源和存储资源，最后统计网络性能。
优选地，所述基于层次分析法设计合适的判断矩阵，并计算得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数的方法为：
基于层次分析法设计合适的判断矩阵，对判断矩阵进行一致性检验；当判断矩阵通过一致性检验后，根据判断矩阵计算权重向量；最后得到权重矩阵，进而得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数。
优选地，对判断矩阵进行一致性检验的方法包括：
基于层次分析法设计合适的判断矩阵，对判断矩阵进行一致性检验；当判断矩阵通过一致性检验后，根据判断矩阵计算权重向量；最后得到权重矩阵，进而得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数。
优选地，对判断矩阵进行一致性检验的方法包括：
首先，计算判断矩阵的一致性指标CI：
其中，判断矩阵的最大特征值是λmax，阶数为n；当CI的值为0时，判断矩阵完全一致；当CI接近0时，判断矩阵具有令人满意的一致性；CI越大，矩阵的一致性越低；
接着，为了量化CI的大小，引入了随机一致性指标RCI：
其中，RCI与判断矩阵的阶数有关，一般情况下，RCI随矩阵阶数的增加而增加；
最后，考虑CI的影响，然后引入了检验因子CF：
其中，当CF<0.1时，判断矩阵通过一致性检验，否则判断矩阵不能满足一致性要求。
优选地，根据判断矩阵计算权重向量的方法包括：算术平均法、几何平均法和特征值法。
优选地，根据虚拟数据中心光网络的虚拟链路的带宽请求大小、虚拟节点的计算资源和存储资源大小，计算虚拟链路资源请求的方法为：
其中，表示第n个虚拟数据中心光网络的虚拟链路集合，表示虚拟链路的两端虚拟节点计算资源请求之和，表示虚拟链路的两端虚拟节点存储资源请求之和，表示虚拟链路频谱资源请求，α表示计算资源的权重系数，β表示存储资源的权重系数，γ表示频谱资源的权重系数，α+β+γ＝1。
优选地，根据弹性光网络的物理链路的频谱资源占用情况、物理节点的可用计算资源和存储资源大小，计算物理链路可用资源的方法为：
其中，表示第n个虚拟数据中心光网络的虚拟链路集合，表示物理链路的两端节点的可用计算资源之和，表示物理链路的两端节点的可用存储资源之和，表示物理链路的可用频谱资源，α表示计算资源的权重系数，β表示存储资源的权重系数，γ表示频谱资源的权重系数，α+β+γ＝1。
优选地，根据虚拟链路的资源请求和物理链路的可用资源确定映射顺序的方法为：
采用虚拟链路资源请求大小作为评估指标，对所有虚拟链路资源请求进行降序排序；采用物理链路可用资源大小作为评估指标，对所有物理链路可用资源进行降序排序。
优选地，以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，根据优先映射虚拟链路最大频谱资源请求的原则，将其映射到辅助图上具有最大可用频谱资源的物理路径上的方法为：
以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，通过判断虚拟链路的频谱资源请求是否大于物理链路的可用频谱资源，如果是，则继续遍历下一个物理链路，若未能找到可用的频谱资源，则标记虚拟链路映射阻塞；如果否，则虚拟链路映射分为以下三种情况：
(1)虚拟链路上的两端节点都没有映射，该情况下将具有高资源请求的虚拟节点映射到具有更多可用资源的物理节点；
(2)已映射一个虚拟节点，该情况从已映射虚拟节点所映射的物理节点开始，找到一个未映射的物理节点，确保两节点对之间的可用频谱资源最多；
(3)虚拟链路上的两端节点都完成映射，在这种情况下，如果物理链路提供的频谱资源能够满足虚拟链路的频谱资源请求，则选择这个选定的物理链路作为该虚拟链路在辅助图上的映射物理链路；否则标记虚拟链路映射阻塞。
本发明实施例还提供了一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射系统，所述系统包括：
初始化模块，用于读取网络拓扑信息和初始化网络参数，基于层次分析法设计合适的判断矩阵，并计算得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数；
虚拟链路资源请求计算模块，用于输入一组虚拟数据中心光网络，根据虚拟数据中心光网络的虚拟链路的带宽请求大小、虚拟节点的计算资源和存储资源大小，计算虚拟链路资源请求；
物理链路可用资源计算模块，用于基于最短路径算法和物理链路可用资源，构造面向虚拟数据中心的空分复用弹性光网络映射辅助图，并根据弹性光网络的物理链路的频谱资源占用情况、物理节点的可用计算资源和存储资源大小，计算物理链路可用资源；
排序模块，用于根据虚拟链路的资源请求和物理链路的可用资源确定映射顺序；
映射模块，用于以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，根据优先映射虚拟链路最大频谱资源请求的原则，将其映射到辅助图上具有最大可用频谱资源的物理路径上；
最短路径计算模块，用于根据Dijkstra算法计算已选物理链路上的K条最短路径；
频谱资源分配模块，用于遍历每条路径上各个链路的频谱资源占用情况，查找满足频谱一致性、频谱连续性和纤芯间交叉串扰阈值约束的频谱资源，若找到，则为虚拟链路请求分配频谱资源，否则继续遍历下一条路径；
网络性能评价模块，用于根据虚拟链路映射情况完成虚拟节点映射，为虚拟节点分配所请求的计算资源和存储资源，最后统计网络性能。
本发明实施例还提供了一种电子装置，所述电子装置包括处理器、存储器和总线系统，所述处理器和存储器通过该总线系统相连，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行存储器存储的指令，以实现上述所述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法。
从以上技术方案可以看出，本发明申请具有以下优点：
本发明提供一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法及系统，本发明在弹性光网络的虚拟数据中心光网络映射中，采用层次分析法解决虚拟数据中心光网络映射资源优化问题，可以均衡考虑网络资源；通过层次分析法，根据判断矩阵确定网络中各个资源的权重系数，进而确定虚拟链路映射优先级。本发明结合层次分析法与传统的映射方法，优化了虚拟数据中心光网络的映射过程。一方面，综合分析弹性光网络中的可用计算资源、可用存储资源和可用频谱资源的使用状态；另一方面，采用层次分析法计算权重系数，有效提高了网络的资源利用率。本发明提出了一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法及系统，在虚拟数据中心光网络映射中具有显著的优越性能，能够有效提高弹性光网络的资源效率和网络资源利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下边将对实施例中所需要使用的附图做简单说明，通过参考附图会更清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应该理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1为根据实施例中提供的一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法的流程图；
图2为实施例中一个虚拟数据中心光网络的示意图；
图3(a)为弹性光网络示意图；图3(b)为七芯光纤截面示意图；
图4为实施例中数据中心光网络系统映射层次图；
图5为实施例中基于层次分析法的数据中心光网络映射辅助图；
图6为实施例中层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法的结果图；
图7为根据实施例中提供的一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射系统的框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案与优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提出一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，该方法包括：
S1：读取网络拓扑信息和初始化网络参数，基于层次分析法设计合适的判断矩阵，并计算得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数；
S2：输入一组虚拟数据中心光网络，根据虚拟数据中心光网络的虚拟链路的带宽请求大小、虚拟节点的计算资源和存储资源大小，计算虚拟链路资源请求；
S3：基于最短路径算法和物理链路可用资源，构造面向虚拟数据中心的空分复用弹性光网络映射辅助图，并根据弹性光网络的物理链路的频谱资源占用情况、物理节点的可用计算资源和存储资源大小，计算物理链路可用资源；
S4：根据虚拟链路的资源请求和物理链路的可用资源确定映射顺序；
S5：以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，根据优先映射虚拟链路最大频谱资源请求的原则，将其映射到辅助图上具有最大可用频谱资源的物理路径上；
S6：根据Dijkstra算法计算已选物理链路上的K条最短路径；
S7：遍历每条路径上各个链路的频谱资源占用情况，查找满足频谱一致性、频谱连续性和纤芯间交叉串扰阈值约束的频谱资源，若找到，则为虚拟链路请求分配频谱资源，否则继续遍历下一条路径；
S8：根据虚拟链路映射情况完成虚拟节点映射，为虚拟节点分配所请求的计算资源和存储资源，最后统计网络性能。
本发明提供一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，通过基于层次分析法设计合适的判断矩阵，通过一致性检验后，计算权重向量，最后得到权重矩阵，进而得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数，在虚拟数据中心光网络映射过程中，均衡考虑网络中的资源影响。首先，通过计算虚拟链路的资源请求和物理链路的可用资源确定映射优先集，采用物理光网络映射辅助图，简化虚拟数据中心光网络映射到弹性光网络的复杂性。其次，考虑虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求等约束条件，根据虚拟链路资源请求大的虚拟链路优先映射，虚拟链路资源请求小的后映射原则。再次，在弹性光网络中，针对所有物理节点对，预先配置工作路径，并计算该工作路径的距离之和作为物理光网络映射辅助图中对应物理链路的权值，根据物理链路的可用资源，确定物理链路的映射顺序。最后，采用虚拟链路资源请求大小作为评估指标，对所有虚拟链路进行降序排序；同理，采用物理链路可用资源大小作为评估指标，对所有物理链路可用资源进行降序排序。将排序后的虚拟链路按照顺序，依次映射到可用资源大的物理链路，以提高虚拟数据中心光网络映射成功的概率，实现虚拟数据中心光网络映射的资源优化目标。
图2是一个虚拟数据中心光网络，正六边形1、2、3代表虚拟节点，虚线圆圈中的数字代表虚拟节点所需的计算资源，正三角形中的数字代表虚拟节点所需的存储资源。虚拟节点之间线上的数字代表两个虚拟节点之间的频谱资源需求。
图3(a)是4节点4链路弹性光网络的拓扑结构。圆圈A、B、C、D表示物理节点；虚线圆圈上的数字代表物理节点提供的计算资源，正三角形中的数字代表物理节点所提供的存储资源；物理节点之间的实线表示多纤芯光纤链路，每条光纤链路包含7个纤芯，结构如图3(b)所示。实线上的数字代表光纤链路的可用频谱资源，括号中的数字代表物理链路之间的传输距离。
进一步地，根据物理链路可用资源计算公式中各个因素之间的关系，建立虚拟数据中心光网络系统映射层次图，如图4所示。其中，在层次分析法中，最高层代表了决策的目的和问题，最底层则是可供选择的备选方案，而中间层则包括了需要考虑的因素和决策标准。在相邻的两层中，高层被称为目标层，低层被称为因素层。
针对同一层次的各元素对于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较矩阵，也就是判断矩阵(Judgment Matrix，简称JM)，即：
其中，aij是因子i对因子j重要性的比较结果，且aij＝1/aji。在层次分析法中，对于某一准则，需要对其下的各个方案进行两两比较，并根据其重要性程度评定等级。
在本实施例中，假设准则层相对于目标层的判断矩阵为：
其中，矩阵中元素aij是物理链路i对于物理链路j重要性的比较结果。假设方案层对准则层的判断矩阵如下：
接下来进行一致性检验，计算判断矩阵的一致性指标(Consistency Index，简称CI)：
其中，判断矩阵的最大特征值是λmax，阶数为n；当CI的值为0时，判断矩阵完全一致；当CI接近0时，判断矩阵具有令人满意的一致性；CI越大，矩阵的一致性越低；
接着，为了量化CI的大小，引入了随机一致性指标(Random Consistency Index，简称RCI)：
其中，RCI与判断矩阵的阶数有关，一般情况下，RCI随矩阵阶数的增加而增加；
最后，在层次分析法中，由于RCI可能是随机因素引起的，因此在检验判断矩阵是否具有令人满意的一致性时，还需要考虑CI的影响，然后引入了检验因子(CalibrationFactor，简称CF)：
其中，当CF<0.1时，判断矩阵通过一致性检验，否则判断矩阵不能满足一致性要求。以上4个判断矩阵已经通过了一致性检验，然后根据判断矩阵来计算权重矩阵。
计算权重向量(Weight Vector，简称WV)的方法有三种：算术平均法、几何平均法和特征值法。为了更容易理解，本实例使用第一种算术平均法来计算权重向量，建议将三种方法结合起来得到一个综合的权重向量。计算结果如下：WV＝(0.11,0.22,0.67)T，WVCR＝(0.69,0.08,0.23)T，WVRR＝(0.08,0.69,0.23)T，WVFR＝(0.08,0.23,0.69)T。
最后，得到的权重矩阵(Weight matrix,WM)如下：
因此，将第一列的值和后面各列的值对应相乘再相加得到调节因子的值，α、β和γ分别为0.15、0.31和0.54。本发明提出的映射方法的调节因子随着判断指标的变化而变化。合理的调节因子可以提高虚拟数据中心光网络映射的性能。
进一步地，输入一组虚拟数据中心光网络，根据虚拟数据中心光网络的虚拟链路的带宽请求大小、虚拟节点的计算资源和存储资源大小，计算虚拟链路资源请求：
其中，表示第n个虚拟数据中心光网络的虚拟链路集合，表示虚拟链路的两端虚拟节点计算资源请求之和，表示虚拟链路的两端虚拟节点存储资源请求之和，表示虚拟链路频谱资源请求，α表示计算资源的权重系数，β表示存储资源的权重系数，γ表示频谱资源的权重系数。
图2中，虚拟链路(1,2)，(2,3)和(1,3)的资源需求分别为5.23，5.45和5.06，所以虚拟链路的映射顺序为虚拟链路(2,3)，(1,2)和(1,3)。
进一步地，基于最短路径算法和物理链路可用资源，构造面向虚拟数据中心的空分复用弹性光网络映射辅助图，如图5所示。在图5中，节点对之间的物理链路上的数字代表光纤链路的可用频谱资源，括号中的数字代表物理链路之间的工作路径距离。
根据弹性光网络的物理链路的频谱资源占用情况、物理节点的可用计算资源和存储资源大小，计算物理链路可用资源；
其中，表示第n个虚拟数据中心光网络的虚拟链路集合，表示物理链路的两端节点的可用计算资源之和，表示物理链路的两端节点的可用存储资源之和，表示物理链路的可用频谱资源，α表示计算资源的权重系数，β表示存储资源的权重系数，γ表示频谱资源的权重系数。
图5中物理链路(A,B)，(B,C)，(C,D)，(A,D)，(A,C)和(B,D)的可用资源分别为154.9，124.6，130，122.5，121.7和120。所以物理链路的映射顺序为物理链路(A,B)，(C,D)，(B,C)，(A,D)，(A,C)和(B,D)。
进一步地，根据虚拟链路的资源请求和物理链路的可用资源确定映射顺序。采用虚拟链路资源请求大小作为评估指标，对所有虚拟链路资源请求进行降序排序；采用物理链路可用资源大小作为评估指标，对所有物理链路可用资源进行降序排序。
进一步地，以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，根据优先映射虚拟链路最大频谱资源请求的原则，将其映射到辅助图上具有最大可用频谱资源的物理路径上。
具体地，以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，通过判断虚拟链路的频谱资源请求是否大于物理链路的可用频谱资源，如果是，则继续遍历下一个物理链路，若未能找到可用的频谱资源，则标记虚拟链路映射阻塞；如果否，则虚拟链路映射分为以下三种情况：
(1)虚拟链路上的两端节点都没有映射，该情况下将具有高资源请求的虚拟节点映射到具有更多可用资源的物理节点；
(2)已映射一个虚拟节点，该情况从已映射虚拟节点所映射的物理节点开始，找到一个未映射的物理节点，确保两节点对之间的可用频谱资源最多；
(3)虚拟链路上的两端节点都完成映射，在这种情况下，如果物理链路提供的频谱资源能够满足虚拟链路的频谱资源请求，则选择这个选定的物理链路作为该虚拟链路在辅助图上的映射物理链路；否则标记虚拟链路映射阻塞。
在图2中，依次映射虚拟链路(2,3)，(1,2)和(1,3)。在为虚拟链路分配频谱资源时，需要满足频谱一致性、频谱连续性和纤芯间交叉串扰的约束。
进一步地，根据Dijkstra算法计算已选物理链路上的K条最短路径，遍历每条路径上各个链路的频谱资源占用情况，查找满足频谱一致性、频谱连续性和纤芯间交叉串扰阈值约束的频谱资源，若找到，则为虚拟链路请求分配频谱资源，否则继续遍历下一条路径。
成功映射一个虚拟数据中心光网络中的虚拟链路后，根据虚拟链路的映射情况映射相应的虚拟节点。例如在映射虚拟链路(1,2)的过程中，由于虚拟节点2已经映射到物理节点A，所以虚拟节点1映射到与物理节点A相连且具有最大可用资源的未映射物理节点D上；在映射虚拟链路(1,3)的过程中，由于该链路的源节点和宿节点均已经完成映射，所以直接为虚拟链路分配频谱资源即可。最后的映射结果如图6所示。
进一步地，根据虚拟链路映射情况完成虚拟节点映射，为虚拟节点分配所请求的计算资源和存储资源，最后统计网络性能。
如图7所示，本发明提供一种基于层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射系统，所述系统包括：
初始化模块10，用于读取网络拓扑信息和初始化网络参数，基于层次分析法设计合适的判断矩阵，并计算得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数；
虚拟链路资源请求计算模块20，用于输入一组虚拟数据中心光网络，根据虚拟数据中心光网络的虚拟链路的带宽请求大小、虚拟节点的计算资源和存储资源大小，计算虚拟链路资源请求；
物理链路可用资源计算模块30，用于基于最短路径算法和物理链路可用资源，构造面向虚拟数据中心的空分复用弹性光网络映射辅助图，并根据弹性光网络的物理链路的频谱资源占用情况、物理节点的可用计算资源和存储资源大小，计算物理链路可用资源；
排序模块40，用于根据虚拟链路的资源请求和物理链路的可用资源确定映射顺序；
映射模块50，用于以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，根据优先映射虚拟链路最大频谱资源请求的原则，将其映射到辅助图上具有最大可用频谱资源的物理路径上；
最短路径计算模块60，用于根据Dijkstra算法计算已选物理链路上的K条最短路径；
频谱资源分配模块70，用于遍历每条路径上各个链路的频谱资源占用情况，查找满足频谱一致性、频谱连续性和纤芯间交叉串扰阈值约束的频谱资源，若找到，则为虚拟链路请求分配频谱资源，否则继续遍历下一条路径；
网络性能评价模块80，用于根据虚拟链路映射情况完成虚拟节点映射，为虚拟节点分配所请求的计算资源和存储资源，最后统计网络性能。
本实施例的一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射系统，用于实现前述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，因此层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射系统中的具体实施方式可见前文层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法的实施例部分，例如，初始化模块10，虚拟链路资源请求计算模块20，物理链路可用资源计算模块30，排序模块40，映射模块50，最短路径计算模块60，频谱资源分配模块70，网络性能评价模块80，分别用于实现上述层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法中步骤S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，为了避免冗余，在此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种电子装置，所述电子装置包括处理器、存储器和总线系统，所述处理器和存储器通过该总线系统相连，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行存储器存储的指令，以实现上述所述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，其特征在于，包括：
S1：读取网络拓扑信息和初始化网络参数，基于层次分析法设计合适的判断矩阵，并计算得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数；
S2：输入一组虚拟数据中心光网络，根据虚拟数据中心光网络的虚拟链路的带宽请求大小、虚拟节点的计算资源和存储资源大小，计算虚拟链路资源请求；
S3：基于最短路径算法和物理链路可用资源，构造面向虚拟数据中心的空分复用弹性光网络映射辅助图，并根据弹性光网络的物理链路的频谱资源占用情况、物理节点的可用计算资源和存储资源大小，计算物理链路可用资源；
S4：根据虚拟链路的资源请求和物理链路的可用资源确定映射顺序；
S5：以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，根据优先映射虚拟链路最大频谱资源请求的原则，将其映射到辅助图上具有最大可用频谱资源的物理路径上；
S6：根据Dijkstra算法计算已选物理链路上的K条最短路径；
S7：遍历每条路径上各个链路的频谱资源占用情况，查找满足频谱一致性、频谱连续性和纤芯间交叉串扰阈值约束的频谱资源，若找到，则为虚拟链路请求分配频谱资源，否则继续遍历下一条路径；
S8：根据虚拟链路映射情况完成虚拟节点映射，为虚拟节点分配所请求的计算资源和存储资源，最后统计网络性能。
2.根据权利要求1所述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，其特征在于，所述基于层次分析法设计合适的判断矩阵，并计算得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数的方法为：
基于层次分析法设计合适的判断矩阵，对判断矩阵进行一致性检验；当判断矩阵通过一致性检验后，根据判断矩阵计算权重向量；最后得到权重矩阵，进而得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数。
3.根据权利要求2所述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，其特征在于，对判断矩阵进行一致性检验的方法包括：
首先，计算判断矩阵的一致性指标CI：
其中，判断矩阵的最大特征值是λmax，阶数为n；当CI的值为0时，判断矩阵完全一致；当CI接近0时，判断矩阵具有令人满意的一致性；CI越大，矩阵的一致性越低；
接着，为了量化CI的大小，引入了随机一致性指标RCI：
其中，RCI与判断矩阵的阶数有关，一般情况下，RCI随矩阵阶数的增加而增加；
最后，考虑CI的影响，然后引入了检验因子CF：
其中，当CF<0.1时，判断矩阵通过一致性检验，否则判断矩阵不能满足一致性要求。
4.根据权利要求2所述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，其特征在于，根据判断矩阵计算权重向量的方法包括：算术平均法、几何平均法和特征值法。
5.根据权利要求1所述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，其特征在于，根据虚拟数据中心光网络的虚拟链路的带宽请求大小、虚拟节点的计算资源和存储资源大小，计算虚拟链路资源请求的方法为：
其中，表示第n个虚拟数据中心光网络的虚拟链路集合，表示虚拟链路的两端虚拟节点计算资源请求之和，表示虚拟链路的两端虚拟节点存储资源请求之和，表示虚拟链路频谱资源请求，α表示计算资源的权重系数，β表示存储资源的权重系数，γ表示频谱资源的权重系数，α+β+γ＝1。
6.根据权利要求1所述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，其特征在于，根据弹性光网络的物理链路的频谱资源占用情况、物理节点的可用计算资源和存储资源大小，计算物理链路可用资源的方法为：
其中，表示第n个虚拟数据中心光网络的虚拟链路集合，表示物理链路的两端节点的可用计算资源之和，表示物理链路的两端节点的可用存储资源之和，表示物理链路的可用频谱资源，α表示计算资源的权重系数，β表示存储资源的权重系数，γ表示频谱资源的权重系数，
α+β+γ＝1。
7.根据权利要求1所述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，其特征在于，根据虚拟链路的资源请求和物理链路的可用资源确定映射顺序的方法为：
采用虚拟链路资源请求大小作为评估指标，对所有虚拟链路资源请求进行降序排序；采用物理链路可用资源大小作为评估指标，对所有物理链路可用资源进行降序排序。
8.根据权利要求1所述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法，其特征在于，以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，根据优先映射虚拟链路最大频谱资源请求的原则，将其映射到辅助图上具有最大可用频谱资源的物理路径上的方法为：
以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，通过判断虚拟链路的频谱资源请求是否大于物理链路的可用频谱资源，如果是，则继续遍历下一个物理链路，若未能找到可用的频谱资源，则标记虚拟链路映射阻塞；如果否，则虚拟链路映射分为以下三种情况：
(1)虚拟链路上的两端节点都没有映射，该情况下将具有高资源请求的虚拟节点映射到具有更多可用资源的物理节点；
(2)已映射一个虚拟节点，该情况从已映射虚拟节点所映射的物理节点开始，找到一个未映射的物理节点，确保两节点对之间的可用频谱资源最多；
(3)虚拟链路上的两端节点都完成映射，在这种情况下，如果物理链路提供的频谱资源能够满足虚拟链路的频谱资源请求，则选择这个选定的物理链路作为该虚拟链路在辅助图上的映射物理链路；否则标记虚拟链路映射阻塞。
9.一种层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射系统，其特征在于，包括：
初始化模块，用于读取网络拓扑信息和初始化网络参数，基于层次分析法设计合适的判断矩阵，并计算得到计算资源、存储资源和频谱资源的权重系数；
虚拟链路资源请求计算模块，用于输入一组虚拟数据中心光网络，根据虚拟数据中心光网络的虚拟链路的带宽请求大小、虚拟节点的计算资源和存储资源大小，计算虚拟链路资源请求；
物理链路可用资源计算模块，用于基于最短路径算法和物理链路可用资源，构造面向虚拟数据中心的空分复用弹性光网络映射辅助图，并根据弹性光网络的物理链路的频谱资源占用情况、物理节点的可用计算资源和存储资源大小，计算物理链路可用资源；
排序模块，用于根据虚拟链路的资源请求和物理链路的可用资源确定映射顺序；
映射模块，用于以虚拟链路的带宽资源请求、虚拟节点的计算资源和存储资源请求为约束条件，根据优先映射虚拟链路最大频谱资源请求的原则，将其映射到辅助图上具有最大可用频谱资源的物理路径上；
最短路径计算模块，用于根据Dijkstra算法计算已选物理链路上的K条最短路径；
频谱资源分配模块，用于遍历每条路径上各个链路的频谱资源占用情况，查找满足频谱一致性、频谱连续性和纤芯间交叉串扰阈值约束的频谱资源，若找到，则为虚拟链路请求分配频谱资源，否则继续遍历下一条路径；
网络性能评价模块，用于根据虚拟链路映射情况完成虚拟节点映射，为虚拟节点分配所请求的计算资源和存储资源，最后统计网络性能。
10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括处理器、存储器和总线系统，所述处理器和存储器通过该总线系统相连，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行存储器存储的指令，以实现权利要求1至9任意一项所述的层次分析法资源均衡虚拟数据中心光网络映射方法。
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