CN102904794A - 一种虚拟网络映射方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟网络映射方法和装置。本发明公开了一种虚拟网络映射方法，其中，接收用户的将虚拟网络映射至实际网络的虚拟网络请求消息，所述虚拟网络请求消息中携带虚拟节点需求和虚拟链路需求；根据所述虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源，从实际网络中选取物理节点，将所述虚拟节点映射到选取的物理节点上；根据网络危急度和链路开销的对应关系，计算虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间物理链路的链路开销，选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到所选取的物理链路上。本发明提供的技术方案能够解决现有的虚拟网络构建方法存在鲁棒性不高的问题。

Description

一种虚拟网络映射方法和装置

技术领域

本发明涉及信息技术领域，特别涉及一种虚拟网络映射方法和装置。

背景技术

网络虚拟化是实现未来网络架构的一项关键技术，它允许在共享的底层物理基础设施之上共存多重异构的虚拟网络，使得网络基础设施提供者和服务提供者两大功能实体在逻辑上相互分离。其中，每一个虚拟网络都是底层网络的一份资源片，它由虚拟节点和虚拟链路组成。此外，利用底层网络的可编程能力，虚拟网络可以在一个选定的拓扑结构中运行IP或非IP协议。因此，在不改变网络基础设施的情况下，网络虚拟化技术可以使各种创新的网络技术互不干扰的运行在各自虚拟网络内。

为了高效的利用底层物理资源并建立起具有良好性能的虚拟网络，就需要合适的虚拟网络映射方法。虚拟网络映射就是将具有节点和链路限制的虚拟网络映射到底层网络具体的物理节点和链路上。虚拟网络映射问题是多项式复杂程度的非确定性（NP，Non-deterministic Polynomia）难问题，即使在所有的虚拟节点已被映射后，映射带有带宽资源约束的虚拟链路仍然是NP难的。

现有的虚拟网络构建方法中，主要使用最小代价或者最短路径优化的方式。所构建得到的虚拟网络在管理和维护的复杂度高，网络结构不稳定，鲁棒性不高。并且映射成功率会随着虚拟网络映射的增多而降低。

综上所述，现有的虚拟网络构建方法存在鲁棒性不高的问题。

发明内容

本发明提供了一种虚拟链路映射方法，该方法以解决现有的虚拟网络构建方法存在鲁棒性不高的问题。

本发明公开了一种虚拟网络映射方法，该方法包括：

接收用户的将虚拟网络映射至实际网络的虚拟网络请求消息，所述虚拟网络请求消息中携带虚拟节点需求和虚拟链路需求；

根据所述虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源，从实际网络中选取物理节点，将所述虚拟节点映射到选取的物理节点上；

根据网络危急度和链路开销的对应关系，计算虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间物理链路的链路开销，选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到所选取的物理链路上。

本发明还提供了一种虚拟链路映射装置，该装置以解决现有的虚拟网络构建装置所构建的虚拟网络存在鲁棒性不高的问题。

本发明还公开了一种虚拟网络映射装置，所述装置包括：接收模块、虚拟节点映射模块、虚拟链路映射模块；其中，

接收模块，用于接收用户的将虚拟网络映射至实际网络的虚拟网络请求消息；其中，所述虚拟网络请求消息中携带虚拟节点需求和虚拟链路需求；

虚拟节点映射模块，用于根据所述虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源，从实际网络中选取物理节点，将所述虚拟节点映射到选取的物理节点上；

虚拟链路映射模块，用于根据网络危急度和链路开销的对应关系，计算虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间物理链路的链路开销，选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到所选取的物理链路上。

综上所述，本发明提供的技术方案根据所述虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源，从实际网络中选取物理节点，并根据网络危急度和链路开销的对应关系，计算虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间物理链路的链路开销，选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，使得所建立的虚拟网络对物理网络产生的影响最小，达到最好的鲁棒性。

附图说明

图1是本发明中一种虚拟网络映射方法的流程图；

图2是本发明中一种虚拟节点映射的流程图；

图3是本发明中一种虚拟链路映射的流程图；

图4是本发明中具体实施例中的虚拟网络映射的流程图；

图5是本发明中一种虚拟网络与实际网络的映射示意图；

图6是根据本发明仿真得到的虚拟网络请求消息到达率与映射成功率之间的曲线图；

图7是根据本发明仿真得到的网络危急度与请求到达率之间的曲线图；

图8是本发明中一种虚拟网络映射装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为达到上述目的本发明的技术方案是这样实现的：

图1是本发明中一种虚拟网络映射方法的流程图，该方法适用于将虚拟网络映射至实际网络的过程中。如图1所述，

步骤101，接收用户的将虚拟网络映射至实际网络的虚拟网络请求消息，所述虚拟网络请求消息中携带虚拟节点需求和虚拟链路需求。

步骤102，根据所述虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源，从实际网络中选取物理节点，将所述虚拟节点映射到选取的物理节点上。

步骤103，根据网络危急度和链路开销的对应关系，计算虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间物理链路的链路开销，选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到所选取的物理链路上。

在处理将虚拟网络映射到实际网络的过程中，虚拟网络的映射问题可以抽象为图论问题，即网络模型可以表示为一个加权无向图，主要包括两种网络模型：物理网络模型和虚拟网络模型。其中，把一个或者多个基础设施提供者所提供的底层物理网络抽象为物理网络模型，使用G^S＝{V^S，E^S}表示，其中：

V^S＝{v^S：v^S为物理网络中的节点}

E^S＝{e^S：e^S为物理网络中的链路}

每个物理节点v^S∈V^S都对应有一个可用的物理资源C(v^S)，即本发明中所提到的空闲资源总量。每条物理链路e^S∈E^S都对应有一个权值W(e^S)，表示链路可以承载的带宽资源，即物理节点的接口带宽资源。其中，C(v^S)和W(e^S)都是非负值。

虚拟网络是在底层物理网络的基础上构建起来的，它也可以抽象为虚拟网络模型，使用G^V＝{V^V，E^V}表示，其中：

V^V＝{v^V：v^V为虚拟网络中的节点}

E^V＝{e^V：e^V为虚拟网络中的链路}

每个虚拟节点v^V∈V^V都对应有一个资源需求C(v^V)，表示该虚拟节点所需的CPU资源。每条虚拟链路e^V∈E^V也对应一个资源需求W(e^V)，表示虚拟链路所需的带宽资源。其中，C(v^V)和W(e^V)都是非负值。

将虚拟网络映射到实际网络的过程，可以定义为从G^V到G^S子集并满足G^V中约束条件R^V的映射，可以表示如下：

M：G^V→G′，G′＝(V′，P′)

其中，V′∈V^S，表示物理网络G^S中的物理节点子集是虚拟网络G^V中虚拟节点集V^V映射对象。P为物理网络中的路径集合，P′∈P，表示一条物理路径可能包括多条虚拟链路，P′表示虚链路集合E^V的映射对象。

即参见图1所示，虚拟网络的映射过程可以分解为两个步骤：

1）将虚拟节点映射到满足其虚拟节点需求的物理节点上，如步骤102；

2）将虚拟链路映射到满足其虚拟链路需求的物理链路上，如步骤103。

在本发明提供的虚拟网络映射方法中，首先进行对虚拟节点的映射，然后再进行对虚拟链路的映射。在对虚拟节点进行映射过程中，使用空闲资源总量作为物理节点的选择标准，其中，物理节点的空闲资源总量越大，被选中的可能性越大，将虚拟节点映射到空闲资源总量最大的物理节点上，得到的虚拟网络的鲁棒性最高。所述空闲资源总量，不仅包括物理节点自身的可用资源，还包括与该物理节点相连接的链路的空闲接口带宽资源。在对虚拟链路进行映射的过程中，计算物理节点之间的链路开销，通过预定的最短路径算法选择满足虚拟链路需求并且链路开销最小的物理路径作为虚拟链路的映射路径。

在本发明的具体实施例中，在进行虚拟节点映射的过程中，虚拟节点的映射都要符合虚拟网络请求消息中的虚拟节点需求的要求。虚拟节点需求中会出现指示存在具有限制条件的虚拟节点以及该虚拟节点的限制条件的情况；例如物理节点的地理位置限制和具有特殊功能的节点。这些限制在实际中是很普遍的，例如在内容分发网络中，服务器应该放置在靠近用户的位置。这些有限制条件的虚拟网络请求消息降低了虚拟节点映射的寻找范围。为了保证所构建的虚拟网络的鲁棒性，则将所述具有限制条件的虚拟节点先映射完毕，然后再映射没有限制条件的虚拟节点。则图1中步骤102的具体过程如图2所示。

图2是本发明中一种虚拟节点映射的流程图；如图2所示，

步骤201，根据所述虚拟节点需求查找具有限制条件的虚拟节点，并根据该虚拟节点的限制条件选取满足限制条件的至少一个物理节点。

在步骤201中，所述限制条件可能是，虚拟节点对物理节点的位置的要求；也可能是虚拟节点对物理节点的空闲资源总量的要求，例如，CPU资源高于指定值，内存资源高于指定值，物理节点的接口带宽资源高于指定值等等。其中，对于每个虚拟节点，满足其限制条件的物理节点可能是一个，也可能是多个。

步骤202，计算所述满足限制条件的物理节点的空闲资源总量。

其中，所述空闲资源总量为物理节点的原始资源总量减去因虚拟节点映射之后被占用的部分。

步骤203，分别将所述具有限制条件的虚拟节点映射到选取的空闲资源总量最大的物理节点上。

在步骤203中，将选取的具有限制条件的虚拟节点映射到选取的满足限制条件的物理节点上，较佳的，选取空闲资源总量最大的物理节点作为首选。

步骤204，更新物理节点的空闲资源总量，根据空闲资源总量从大到小的顺序对物理节点进行排序。

在步骤204中，在对具有限制条件的虚拟节点映射完毕后，实际网络中的物理节点的空闲资源总量会发生变化，则再次进行虚拟节点映射的之前，需要更新物理节点的空闲资源总量。较佳的，每映射一个虚拟节点就更新一遍物理节点的空闲资源总量。

步骤205，对不具有限制条件的虚拟节点，根据虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源从大到小的顺序进行排序，将排序好的虚拟节点依次映射到所述排序好的物理节点上；

在步骤205中，在映射完具有限制条件的虚拟节点之后，按照相同的方式映射剩余的没有限制条件的虚拟节点。对应的所述虚拟节点所需的资源可以为所需的CPU的资源。

在本发明的其他实施例中，特别的，在所有的虚拟节点都没有限制条件时，对虚拟节点的映射过程如图2中步骤204和步骤205所述。具体为，

首先，计算物理节点的空闲资源总量，根据空闲资源总量从大至小的顺序对物理节点进行排序；

其次，根据虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源从大至小的顺序对虚拟节点进行排序，将排序好的虚拟节点依次映射到所述排序好的物理节点上。

其中，所述物理节点的空闲资源总量具体为，包括所述物理节点的空闲CPU资源和所述物理节点的空闲接口带宽资源。

在本发明的一种实施例中，通过选择当前空闲资源总量最大的物理节点来满足虚拟节点的资源请求，从而避开瓶颈节点。并且，同时考虑物理节点的空闲CPU资源和所述物理节点的空闲接口带宽资源，避免出现仅使用物理节点的空闲CPU资源作为参考标准时，造成物理节点的空闲CPU资源还有很多，但是其空闲接口带宽资源不足而造成的虚拟网络映射失败的情况。

在本发明的一种实施例中，通过公式 $R_N\left(i\right)=k_1\left(i\right)\×R_{\mathrm{CPU}}\left(i\right)+k_2\left(i\right)\×\underset{j\∈A\left(i\right)}{\mathrm{\Σ}}{R}_{\mathrm{BW}}\left(e_{\mathrm{ij}}\right)$ 计算物理节点的空闲资源总量。其中，R_N(i)为第i个物理节点的空闲资源总量，R_CPU(i)为第i个物理节点的空闲CPU容量，A(i)表示与第i个物理节点相邻的物理节点集合，R_BW(e_ij)为第i个物理节点上的第j个接口的空闲接口带宽，

表示第i个物理节点上的空闲接口带宽资源的总和。k₁(i)为第i个物理节点的空闲CPU容量的权重值，k₂(i)为第i个物理节点的空闲接口带宽的权重值。

当不存在满足限制条件的物理节点时，或者虚拟节点映射失败时，将所述虚拟网络请求消息挂起，等待其他虚拟网络所占用的物理节点的资源释放后，再进行该虚拟节点的映射操作。

根据用户的虚拟网络请求消息中的虚拟节点需求，确定虚拟节点到物理节点的映射之后，然后选择合适的物理链路，将虚拟链路映射到选取的物理链路上。

在本发明中，为了达到鲁棒性最高，则尽可能减少网络拓扑和流量需求的变化对实际网络鲁棒性的影响，因此，在进行虚拟链路映射的过程中，根据网络危急度和链路开销的对应关系，计算虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间物理链路的链路开销，选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到所选取的物理链路上。

由于我们的目标是尽可能减少网络拓扑和流量的需求的变化对网络鲁棒性的影响，由于网络危急度与各物理节点之间的链路开销之和成正比。为了增强构建的虚拟网络的鲁棒性，则减少网络拓扑和流量的需求的变化，即减小实际网络的网络危急度。具体为，使得查找的物理链路的链路开销之和最小，则对应的网络危急度小，使得构建得到虚拟网络的鲁棒性最高。

其中，网络危急度用于定量的表示网络对拓扑和流量变化的抵抗能力，其值越小，说明网络对拓扑变化和流量变化的敏感度越小。通过使用网络危急度作为网络鲁棒性的度量，从而从数学的角度来定量的描述网络鲁棒性，网络危急度的值越小，说明网络鲁棒性等级越低。

图3是本发明中一种虚拟链路映射的流程图，如图3所示，

步骤301，根据虚拟链路需求中虚拟链路需要的资源从大至小对链路映射等待列表中当前存在的所有虚拟链路进行排序。

在步骤301中，将所有虚拟链路都放入链路映射等待列表中，针对每一轮的映射操作，针对当前存在的所有虚拟链路进行排序。对排序后的虚拟链路依次进行虚拟链路映射操作。

步骤302，获取所述虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间的多条备选物理链路。

在步骤302中，根据已经确定的两个物理节点，计算所述两个物理节点之间的多条备选物理链路。其中，备选物理链路个数的选取可以根据实际情况进行确定。

步骤303，计算实际网络当前的网络危急度，根据计算出的网络危急度和链路开销的对应关系，计算各备选物理链路的链路开销。

在步骤303中，每映射一条物理链路后，就需要对当前实际网络进行更新，并计算实际网络当前的网络危急度，其中，每增加一条虚拟网络映射，都会增加实际网络的网络危急度。

根据网络危急度与链路开销成正比的对应关系，计算当前实际网络中任意两个物理节点之间的链路开销，根据所述链路开销，计算各备选物理链路的链路开销之和。

步骤304，当存在满足所述虚拟链路的虚拟链路需求的备选物理链路时，从所述多条备选物理链路中选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到选取的物理链路上，完成映射并将该虚拟链路从链路映射等待列表中删除。

在步骤304中，对所有备选物理链路的链路开销之后按从小到大进行排序，然后依次判断所述备选物理链路是否满足所述虚拟链路的虚拟链路需求，如果满足，则将所述物理链路作为选取的映射对应虚拟链路的物理链路。

步骤305，当不存在满足所述虚拟链路的虚拟链路需求的备选物理链路时，在链路映射等待列表中保持该虚拟链路。

在步骤305中，将不能被成功映射的虚拟链路保持在链路映射等待列表，等待下一轮的虚拟链路的映射操作。或者，推迟一定时间后再重新进行映射；或者，等待当前实际网络中的被占用的资源释放后再进行映射。

其中所述链路映射等待列表用于放置为被映射的虚拟链路的列表，其初始状态为，包含虚拟网络请求消息中所有的虚拟链路需求所对应的虚拟链路。

在本发明的其他实施例中，在查找满足所述虚拟链路的虚拟链路需求的备选物理链路的过程中，通过分别计算出任意相连的两个物理节点之间的链路开销，根据任意相连的两个物理节点之间的链路开销计算所述对应的两个物理节点之间的链路开销；具体为，

使用计算得到的链路开销作为权值，通过预定的最短路径算法找出所述两个节点之间的最短路径，即链路开销最小的物理链路。然后检测该最短路径所对应的物理链路是否满足所对应的虚拟链路的资源需求；如果满足，则将该最短的物理链路作为选取的物理链路；如果不满足，则通过预定的最短路径算法找出两个节点之间的除最短路径之外的次最短路径，然后检测该次最短路径所对应的物理链路是否满足所对应的虚拟链路的资源需求；一共经过K次操作，即找出K条备选物理链路。如果还不能找到满足所对应的虚拟链路的资源需求的物理链路，则该虚拟链路映射失败，将该虚拟链路放入链路映射等待列表。

或者，使用预定的最短路径算法，一次找出K条备选物理链路，然后依次判断所选取的备选物理链路是否满足所对应的虚拟链路的资源需求；如果存在满足条件的备选物理链路，则将该备选物理链路作为选取的物理链路；如果都不满足，则该虚拟链路映射失败，将该虚拟链路放入链路映射等待列表。直至将所有的虚拟链路都映射完毕后，则所述虚拟网络的映射过程结束。

在本发明的一种实施例中，给出了根据任意相连的两个物理节点之间的空闲接口带宽计算所述对应的两个物理节点之间的链路开销的公式，其中，

所述任意两个物理节点之间的链路开销

的计算公式如下：

${\cos t}_{\mathrm{ij}}^e=\mathrm{\τ}+w_{\mathrm{ij}}^e\frac{\∂\mathrm{\τ}}{{\∂w}_{\mathrm{ij}}^e}$

i为第i个物理节点，j为第j个物理节点，τ为实际网络的网络危急度，

为第i个物理节点和第j个物理节点之间的物理链路的空闲接口带宽；

其中，根据如下公式计算所述网络危急度：

τ＝2πTr(L⁺)；

L＝D-W;

其中，L代表对应网络图的拉普拉斯矩阵，D表示图节点的加权度对角矩阵，其中，D＝diag(W₁,W₂,...,W_n)，

表示与第k个物理节点相邻的物理节点集；W为图的邻接矩阵，

L⁺是拉普拉斯矩阵L的伪逆矩阵，n表示网络中的节点数目，Tr表示矩阵的迹，即矩阵的主对角线元素的总和。

在实际网络构建中，链路开销与网络危急度有关，而且会随着网络危急度的增加而增加。在本发明中，通过每次都选择链路开销最小的物理链路，就可以使所选择的物理链路对实际网络的网络危急度的影响最小，从而使得构建的虚拟网络达到最好的网络鲁棒性。

在本发明中，使用预定的最短路径算法找出多条备选物理链路，然后从中找出一条合适的物理链路作为映射对象。在具有多条备选物理链路的情况下，在第一次查找到的路径不能满足映射需求时，就可以从剩下的备选物理链路中继续寻找满足映射需求的路径，提高了链路映射的成功率。与选取链路开销最小的物理链路的方式相比，这些备选物理链路的链路开销只是略微增大，对网络的鲁棒性影响甚微，并且在网络映射成功率和鲁棒性方面都得到了保证。在实际中，为了提高计算效率并高效地利用资源选取的备选路径的数量应该取合适的值。

图4是本发明中具体实施例中的虚拟网络映射的流程图，如图4所示，

步骤401，用户发送将虚拟网络映射至实际网络的虚拟网络请求消息。其中，所述虚拟网络请求消息中携带虚拟节点需求和虚拟链路需求；

步骤402，将接收到的多个所述虚拟网络请求消息加入请求列表，

在步骤402中，根据制定的调度策略在合适的时间进行调度，执行资源分配过程。即将依次将请求列表中的每个虚拟网络映射至实际网络，

步骤403，当请求列表中的某个虚拟网络请求消息被调度后，服务提供商根据虚拟网络请求消息中携带的虚拟节点需求执行虚拟节点映射。

步骤404，服务提供商根据虚拟网络请求消息中携带的虚拟链路需求执行虚拟链路映射。

如果虚拟链路映射不成功，则将该虚拟链路保持在链路映射等待列表中；等待下一轮的虚拟链路映射。其中，针对每个虚拟网络请求消息，首先进行步骤403对相应的虚拟节点进行映射，然后执行步骤404对相应的虚拟链路进行映射。

当步骤403和步骤404都成功后，进入步骤405；

如果步骤403和步骤404中任意一个不成功，重新进入步骤402；即当前虚拟网络映射失败，则该虚拟网络请求消息被拒绝，并送回请求列表，需要等待一段时间后再映射。

步骤405，映射成功后，验证当前映射的成功虚拟网络是否满足鲁棒性的要求。如果满足，则进行步骤406；如果不满足，则所述虚拟网络请求消息被拒绝，并送回请求列表中，等待再次被映射，即重新进入步骤402。

在步骤405中，计算映射之后实际网络的当前网络危急度，通过判断实际网络的当前网络危急度与预设值的大小，判断当前网络是否满足鲁棒性的要求。

步骤406，建立虚拟网络。

步骤407，当对映射至实际网络中的虚拟网络使用完毕后，释放实际网络中该虚拟网络占用的资源。

图5是本发明中一种虚拟网络与实际网络的映射示意图；如图5所示，描述了虚拟网络的一个可行映射方案。其中，小写英文字母表示虚拟网络的虚拟节点，小写英文字母之间的线条表示相应的虚拟链路；大写英文字母表示实际网络中的物理节点，大写英文字母之间的线条表示相应的物理链路，线条上的数字表示物理链路的总资源，物理节点旁边方框中的数字代表该物理节点的总资源。图5左侧为虚拟网络1和虚拟网络2，右侧是虚拟网络的映射结果。

虚拟网络1的虚拟节点a、b、c分别映射到物理节点A、C、D上，虚拟链路(a，b)、(b，c)、(c，a)分别映射到物理路径(A，B，C)、(C，E，D)、(D，A)上；虚拟网络2的虚拟节点d、e、g、f分别映射到物理节点B、C、G、E上，虚拟链路(d，e)、(e，g)、(g，f)、(f，d)分别映射到物理路径(B，C)、(C，G)、(G，E)、(E，B)上。根据图中给出的物理节点的空闲资源总量及物理链路的链路资源配置情况，上述方案能够满足虚拟网络1和虚拟网络2的资源请求。

其中，以映射虚拟网络1中的虚拟链路(a，b)为例进行说明：

首先，进行虚拟节点a和虚拟节点b的映射：

根据对物理网络中的物理节点根据空闲资源总量从大到小进行排序；其中，得到的排序后的物理节点的顺序为C、A....

对虚拟节点a和虚拟节点b所需求的资源进行排序，得到b、a；

进行一一映射，将虚拟节点b映射到物理节点C上，将虚拟节点a映射到物理节点A上。映射完毕后，对物理节点的空闲资源总量进行更新。

其次，对虚拟链路(a，b)映射到以物理节点A、物理节点C为端点的物理链路上：

通过预定的最短路径算法找出满足带宽需求的路径；其中，经过计算得到物理链路（A，B，C）的链路开销最小，并且物理链路（A，B，C）上的空闲接口带宽最高，满足虚拟链路(a，b)的虚拟链路需求。

将虚拟链路（a，b）映射到所找出的物理链路（A，B，C）上。

图6是根据本发明仿真得到的虚拟网络请求消息到达率与映射成功率之间的曲线图；其中，图6中的横轴表示虚拟网络请求到达率，纵轴表示虚拟网络请求接受率。实心线为使用本发明得到的曲线图；空心线为使用现有技术得到的曲线图。从图中我们可以看出，两种算法的虚拟网络请求成功率都随着请求到达率的增大而减小，而且无论请求到达率如何变化，本发明提供的方法比传统算法具有较高的网络请求接受率。并且本发明提供的方法可以更加有效地利用底层网络资源，比传统算法提供更多的虚拟网络。

图7是根据本发明仿真得到的网络危急度与请求到达率之间的曲线图；其中，图7中的横轴表示虚拟网络请求到达率，纵轴表示实际网络的网络危急度。实心线为使用本发明得到的曲线图；空心线为使用现有技术得到的曲线图。可以看出对于两种算法来说，随着请求到达率的提高，网络危急度τ也随之提高，这是由于每创建一个虚拟网络，网络危急度τ都会增加，而提高请求到达率，就相当于提高了网络中虚拟网络的数量，所以τ随着请求到达率的提高而增大。但是，无论请求到达率如何变化，本文所提的算法的网络危急度τ始终小于传统的算法，这证明使用本算法构建虚拟网络，对物理网络的影响最小，使之具有更好的网络鲁棒性。

图8是本发明中一种虚拟网络映射装置的结构示意图，如图8所示，所述虚拟网络映射装置包括：接收模块801、虚拟节点映射模块802、虚拟链路映射模块803；其中，

接收模块801，用于接收用户的将虚拟网络映射至实际网络的虚拟网络请求消息，其中，所述虚拟网络请求消息中携带虚拟节点需求和虚拟链路需求；

虚拟节点映射模块802，用于根据所述虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源，从实际网络中选取物理节点，将所述虚拟节点映射到选取的物理节点上；

虚拟链路映射模块803，用于根据网络危急度和链路开销的对应关系，计算虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间物理链路的链路开销，选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到所选取的物理链路上。

在上述装置中，所述虚拟节点映射模块802，用于根据所述虚拟节点需求查找具有限制条件的虚拟节点，并根据该虚拟节点的限制条件选取满足限制条件的至少一个物理节点；计算所述满足限制条件的物理节点的空闲资源总量；用于分别将所述具有限制条件的虚拟节点映射到选取的空闲资源总量最大的物理节点上；用于更新物理节点的空闲资源总量，根据空闲资源总量从大到小的顺序对物理节点进行排序；用于对不具有限制条件的虚拟节点，根据虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源从大到小的顺序进行排序，将排序好的虚拟节点依次映射到所述排序好的物理节点上；其中，所述物理节点的空闲资源总量包括：所述物理节点的空闲CPU资源和所述物理节点的空闲接口带宽资源。

在上述装置中，所述虚拟链路映射模块803，用于根据虚拟链路需求中虚拟链路需要的资源从大至小对链路映射等待列表中当前存在的所有虚拟链路进行排序；对排序后的虚拟链路依次进行如下操作：获取所述虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间的多条备选物理链路；计算实际网络当前的网络危急度，根据计算出的网络危急度和链路开销的对应关系，计算各备选物理链路的链路开销；当存在满足所述虚拟链路的虚拟链路需求的备选物理链路时，从所述多条备选物理链路中选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到选取的物理链路上，完成映射并将该虚拟链路从链路映射等待列表中删除；当不存在满足所述虚拟链路的虚拟链路需求的备选物理链路时，在链路映射等待列表中保持该虚拟链路。

综上所述，本发明公开的技术方案，通过在虚拟节点映射阶段，重新定义了物理节点的空闲资源总量，使之包括物理节点自身资源和与之相连链路的资源，从而充分反映了该节点及其周围链路的资源利用情况，避免了拥塞的产生。而在虚拟链路映射阶段，通过计算任意两个物理节点之间的链路开销，将其作为预定的最短路径算法的权重值，查找满足资源需求并且链路开销之和最小的物理链路，使得所建立的虚拟网络对底层物理网络产生最小的影响，达到最好的鲁棒性。并且根据本发明建立的虚拟网络映射算法能够更高效地利用网络资源，并且具有更好的网络鲁棒性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种虚拟网络映射方法，其特征在于，该方法包括：

接收用户的将虚拟网络映射至实际网络的虚拟网络请求消息，所述虚拟网络请求消息中携带虚拟节点需求和虚拟链路需求；

根据所述虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源，从实际网络中选取物理节点，将所述虚拟节点映射到选取的物理节点上；

根据网络危急度和链路开销的对应关系，计算虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间物理链路的链路开销，选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到所选取的物理链路上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源，从实际网络中选取物理节点，将所述虚拟节点映射到选取的物理节点上包括：

计算物理节点的空闲资源总量，根据空闲资源总量从大至小的顺序对物理节点进行排序；

根据虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源从大至小的顺序对虚拟节点进行排序，将排序好的虚拟节点依次映射到所述排序好的物理节点上；

其中，所述物理节点的空闲资源总量包括：所述物理节点的空闲CPU资源和所述物理节点的空闲接口带宽资源。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟节点需求指示存在具有限制条件的虚拟节点以及该虚拟节点的限制条件，

所述根据所述虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源，从实际网络中选取物理节点，将所述虚拟节点映射到选取的物理节点上包括：

根据所述虚拟节点需求查找具有限制条件的虚拟节点，并根据该虚拟节点的限制条件选取满足限制条件的至少一个物理节点；

计算所述满足限制条件的物理节点的空闲资源总量；

分别将所述具有限制条件的虚拟节点映射到选取的空闲资源总量最大的物理节点上；

更新物理节点的空闲资源总量，根据空闲资源总量从大到小的顺序对物理节点进行排序；

对不具有限制条件的虚拟节点，根据虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源从大到小的顺序进行排序，将排序好的虚拟节点依次映射到所述排序好的物理节点上；

其中，所述物理节点的空闲资源总量包括：所述物理节点的空闲CPU资源和所述物理节点的空闲接口带宽资源。

4.根据权利要求2或者3所述的方法，其特征在于，所述物理节点的空闲资源总量的计算公式如下：

$R_N\left(i\right)=k_1\left(i\right)\×R_{\mathrm{CPU}}\left(i\right)+k_2\left(i\right)\×\underset{j\∈A\left(i\right)}{\mathrm{\Σ}}{R}_{\mathrm{BW}}\left(e_{\mathrm{ij}}\right)$

其中，R_N(i)为第i个物理节点的空闲资源总量，R_CPU(i)为第i个物理节点的空闲CPU容量，A(i)表示与第i个物理节点相邻的物理节点集合，R_BW(e_ij)为第i个物理节点上的第j个接口的空闲接口带宽，k₁(i)为第i个物理节点的空闲CPU容量的权重值，k₂(i)为第i个物理节点的空闲接口带宽的权重值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据网络危急度和链路开销的对应关系，计算虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间物理链路的链路开销，选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到所选取的物理链路上包括：

根据虚拟链路需求中虚拟链路需要的资源从大至小对链路映射等待列表中当前存在的所有虚拟链路进行排序，对排序后的虚拟链路依次进行如下操作：

获取所述虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间的多条备选物理链路；

计算实际网络当前的网络危急度，根据计算出的网络危急度和链路开销的对应关系，计算各备选物理链路的链路开销；

当存在满足所述虚拟链路的虚拟链路需求的备选物理链路时，从所述多条备选物理链路中选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到选取的物理链路上，完成映射并将该虚拟链路从链路映射等待列表中删除；

当不存在满足所述虚拟链路的虚拟链路需求的备选物理链路时，在链路映射等待列表中保持该虚拟链路。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述网络危急度和链路开销的对应关系，计算各备选物理链路的链路开销

分别计算出任意相连的两个物理节点之间的链路开销，根据任意相连的两个物理节点之间的空闲接口带宽计算所述对应的两个物理节点之间的链路开销；

所述任意两个物理节点之间的链路开销的计算公式如下：

${\cos t}_{\mathrm{ij}}^e=\mathrm{\τ}+w_{\mathrm{ij}}^e\frac{\∂\mathrm{\τ}}{{\∂w}_{\mathrm{ij}}^e}$

i为第i个物理节点，j为第j个物理节点，τ为实际网络的网络危急度，

为第i个物理节点和第j个物理节点之间的物理链路的空闲接口带宽；

其中，根据如下公式计算所述网络危急度：

τ＝2πTr(L⁺)；

L＝D-W;

其中，L代表对应网络图的拉普拉斯矩阵，D表示图节点的加权度对角矩阵，其中，D=diag(W₁,W₂,...,W_n)，A(k)表示与第k个物理节点相邻的物理节点集；W为图的邻接矩阵，

L⁺是拉普拉斯矩阵L的伪逆矩阵，n表示网络中的节点数目，Tr表示矩阵的迹。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将接收到的多个所述虚拟网络请求消息加入请求列表，

依次将请求列表中的每个虚拟网络映射至实际网络，其中，当对一个虚拟网络映射失败时，将该虚拟网络放置请求列表的队尾；以及，

当对映射至实际网络中的虚拟网络使用完毕后，释放实际网络中该虚拟网络占用的资源。

8.一种虚拟网络映射装置，其特征在于，所述装置包括：接收模块、虚拟节点映射模块、虚拟链路映射模块；其中，

接收模块，用于接收用户的将虚拟网络映射至实际网络的虚拟网络请求消息，其中，所述虚拟网络请求消息中携带虚拟节点需求和虚拟链路需求；

虚拟节点映射模块，用于根据所述虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源，从实际网络中选取物理节点，将所述虚拟节点映射到选取的物理节点上；

虚拟链路映射模块，用于根据网络危急度和链路开销的对应关系，计算虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间物理链路的链路开销，选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到所选取的物理链路上。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述虚拟节点映射模块,用于根据所述虚拟节点需求查找具有限制条件的虚拟节点，并根据该虚拟节点的限制条件选取满足限制条件的至少一个物理节点；

计算所述满足限制条件的物理节点的空闲资源总量；

分别将所述具有限制条件的虚拟节点映射到选取的空闲资源总量最大的物理节点上；

更新物理节点的空闲资源总量，根据空闲资源总量从大到小的顺序对物理节点进行排序；

对不具有限制条件的虚拟节点，根据虚拟节点需求中虚拟节点所需的资源从大到小的顺序进行排序，将排序好的虚拟节点依次映射到所述排序好的物理节点上；

其中，所述物理节点的空闲资源总量包括：所述物理节点的空闲CPU资源和所述物理节点的空闲接口带宽资源。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述虚拟链路映射模块，用于根据虚拟链路需求中虚拟链路需要的资源从大至小对链路映射等待列表中当前存在的所有虚拟链路进行排序，对排序后的虚拟链路依次进行如下操作：获取所述虚拟链路两端的虚拟节点对应的两个物理节点之间的多条备选物理链路；

计算实际网络当前的网络危急度，根据计算出的网络危急度和链路开销的对应关系，计算各备选物理链路的链路开销；

当存在满足所述虚拟链路的虚拟链路需求的备选物理链路时，从所述多条备选物理链路中选取满足所述虚拟链路的虚拟链路需求并且链路开销最小的物理链路，将所述虚拟链路映射到选取的物理链路上，完成映射并将该虚拟链路从链路映射等待列表中删除；

当不存在满足所述虚拟链路的虚拟链路需求的备选物理链路时，在链路映射等待列表中保持该虚拟链路。

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