CN103532816A - 一种考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法，通过对虚拟网络中的虚拟节点和邻接链路备份变成增强型的虚拟网络，这样保证虚拟节点的生存性，在满足地理位置约束的条件下，先将原虚拟网络中的虚拟节点和邻接链路映射，再将备份的虚拟节点和备份邻接链路映射，完成整个虚拟网络到基础设施网络的映射，这样能够实现节点资源的共享，减小映射的成本，能够适应当今社会网络信息容量日益增长的趋势。

Description

一种考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法

技术领域

本发明属于互联网通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法。

背景技术

随着互联网技术的快速发展，互联网已经成为现代社会的重要基础设施，现有的互联网架构对互联网的快速发展起到了重要的推动作用。然而，随着互联网新型应用的层出不穷,不同应用对底层网络在安全性、服务质量、可扩展性等方面也提出了不同的需求，现有的互联网架构很难跟上这些应用的发展需求,在某种程度上呈现出僵化现象，从而导致一些新型应用难以应用于现有的网络架构上，如差异***以及IP组播等。针对当前互联网网络架构所面临的僵化问题，云计算成为了当前互联网发展的一个热点，云计算是一种通过Internet以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化的资源的计算模式，以数据为中心，是一种数据密集型的超级计算，在数据存储、数据管理、编程模式等多方面具有自身独特的技术。同时涉及了众多其他技术，比如：负载均衡技术、并行计算技术、虚拟机技术、***监控技术。网络虚拟化技术便是在云计算的大背景下提出的，目前，网络虚拟化技术已经被公认为是解决互联网僵化问题的有效手段。

网络虚拟化是指将网络的硬件和软件资源整合，向用户提供虚拟网络连接的技术。它通过虚拟化技术对公用的底层基础设施进行抽象并提供统一的可编程接口，将多个彼此隔离且具有不同拓扑的虚拟网络（Virtual Network，VN）映射到公用的基础设施上，为用户提供差异化服务。然而，要应用这一方案，首先要解决的一个难题是如何合理而高效地将要构建的VN映射到现有的基础设施网络（Substrate Network，SN）上，即虚拟网络映射问题(virtual networkmapping problem，VNMP)。VNMP是指将一个具有虚拟节点和虚拟链路约束的VN映射到SN中的过程。其中，虚拟节点映射到SN中的物理节点上，虚拟链路映射到SN中的物理路径上，且满足VN中虚拟节点和虚拟链路对资源需求的约束。

在现有技术K-冗余映射算法中，在某一时刻最多只有一个虚拟节点失效的情况下，增加K个备份节点。该方案的主要思路如下：首先是增强原始的虚拟网络，为原始的虚拟网络增加K个备份节点，一旦某个虚拟节点失效，就将这个失效的节点迁移到其对应的备份节点上，且同时迁移与该失效节点相关的虚拟链路，因此，这K个备份节点应该与其对应的虚拟节点的邻接节点之间有连接。然后映射增加了备份节点和备份链路的增强型虚拟网络，在映射的过程中，首先映射原始虚拟网络，然后再映射备份节点和备份链路，在映射备份链路的时候,存在工作链路资源共享和备份链路资源共享，且不同的备份节点可以映射到同一个物理节点，存在物理节点资源共享。K-冗余映射算法为每个虚拟节点增加了备份节点，虽然解决了备份节点难确定，且失效节点相应的链路映射时路由选择容易等问题，但仍然没有考虑虚拟节点地理位置的约束条件，和实际情况不相符合。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法，在基于虚拟节点地理位置约束条件下，考虑节点生存性的虚拟网络映射到基础设施网络。

为实现上述发明目的，本发明基于考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1.1）、把虚拟网络中的虚拟节点V_i和V_i的邻接链路增加备份，V_i表示虚拟网络中第i个虚拟节点，V_i的备份节点为b_i，备份后的网络为增强型虚拟网络；

（1.2）、满足地理位置约束下，把增强型虚拟网络映射到基础设施网络上。

其中，将增强型虚拟网络映射到基础设施网络上的具体方法为：

（2.1）、判断基础设施网络中物理节点的地理位置是否是虚拟网络中虚拟节点可映射的范围；

以虚拟节点V_i的坐标（X,Y）为中心，坐标（X,Y）表示在实际地图中的经纬度坐标，以定值R为半径画圆，在这个圆范围内的物理节点为虚拟节点V_i可映射的物理节点集合，即虚拟节点和物理节点之间的距离值小于R；

（2.2）、把增强型虚拟网络映射到基础设施网络上并计算映射总成本；

在满足步骤（2.1）的条件下，先把虚拟网络中的虚拟节点V_i和V_i的邻接链路进行映射，再对增加的备份节点b_i和备份邻接链路进行映射，完成增强型虚拟网络映射到基础设施网络上的映射；

映射总成本cost计算公式如下：

cost＝cost₁+cost₂；

其中，cost₁为映射虚拟网络需要的成本，cost₂为映射增加的备份节点和备份邻接链路需要的成本；

cost₁＝cost_1node+cost_1link；

其中，cost_1node表示将虚拟网络中的虚拟节点映射到基础设施网络中需要的成本；cost_1link表示将虚拟网络中的邻接链路映射到基础设施网络中需要的成本；

cost₂＝cost_2node+cost_2link；

其中，cost_2node表示将虚拟网络中的备份节点映射到基础设施网络中需要的成本；cost_2link表示将虚拟网络中的备份邻接链路映射到基础设施网络中需要的成本。

将增强型虚拟网络映射到基础设施网络上的具体方法还可以为：

（3.1）、判断虚拟网络中虚拟节点的地理位置是否是基础设施网络中物理节点可映射的范围；

以物理节点S_j的坐标（A,B）为中心，S_j表示第j个物理节点，坐标（A,B）表示在实际地图中的经纬度坐标，以定值R为半径画圆，在这个圆范围内的虚拟节点为物理节点V_i可映射的虚拟节点集合，即虚拟节点和物理节点之间的距离值小于R；

（3.2）、把增强型虚拟网络映射到基础设施网络上并计算映射总成本；

在满足步骤（3.1）的条件下，先把虚拟网络中的虚拟节点V_i和V_i的邻接链路进行映射，再通过引导性映射方法对增加的备份节点b_i和备份邻接链路进行映射，完成增强型虚拟网络映射到基础设施网络上的映射；

物理节点S_j的可映射虚拟节点集合为CMS_j＝{v₀,v₁,……vm}，现要将V0的备份节点映射到物理节点S_j上去，在V0的备份节点映射到物理节点S_j之前，S_j上已经存在的其它备份节点的节点容量记为S，并且S可以共享；V₀的备份节点映射到S_j时相对S的增量记为C，映射总成本cost，计算公式如下：

$\cos t={\cos t}_a-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\max }_i(0,C1-C2);$

C1＝max(b-S,0)；

C2＝max(b-S-C,0)

其中，cost_a为虚拟网络中V₀的备份节点和备份邻接链路映射到基础设施网络中需要的成本,max_i(0,C1-C2)表示S_j的可映射虚拟节点集合CMS_j＝{v₀,v₁,……v_m}中的第i个虚拟节点对V₀的备份节点映射到S_j的影响，C1表示存在节点容量S前提下，没有映射V₀的备份节点到S_j时，映射V_n（V_n是指CMS_j＝{v₀,v₁,……v_m}中的V₁到V_m中任意一个虚拟节点）的备份节点到S_j需要增加的节点容量；C2表示存在节点容量S前提下，映射V₀的备份节点到S_j时，映射V_n的备份节点到S_j时需要增加的节点容量；b表示虚拟节点V_n的节点容量；

其中，所述的引导性映射是通过改变成本的计算方法引导物理节点S_j的可映射虚拟节点集合CMS_j里的每一个虚拟节点的备份节点尽量映射到物理节点S_j上。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明基于考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法，通过对虚拟网络中的虚拟节点和邻接链路备份变成增强型的虚拟网络，这样保证虚拟节点的生存性，在满足地理位置约束的条件下，先将原虚拟网络中的虚拟节点和邻接链路映射，再将备份的虚拟节点和备份邻接链路映射，完成整个虚拟网络到基础设施网络的映射，这样能够实现节点资源的共享，减小映射的成本，能够适应当今社会网络信息容量日益增长的趋势。

同时，本发明基于能够适应当今社会网络信息容量日益增长的趋势还具有以下有益效果：

（1）、通过对虚拟网络中的虚拟节点和邻接链路增加备份，保证了在某个时刻任意一个虚拟节点失效（任意时刻至多只有一个节点失效）的情况下，能够将失效节点迁移到备份节点；

（2）、一个物理节点可以同时映射多个虚拟节点，实现了节点资源的共享；

（3）、采用引导性映射的方法，可以改变映射成本的计算方法，从而减少备份节点映射成本。

附图说明

图1是本发明一种考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法的一种具体实施方式结构图。

图2是虚拟网络和增加备份节点和备份邻接链路后的增强型虚拟网络的结构图；

图3是虚拟网络中的虚拟节点的可映射物理节点集合示意图；

图4是物理网络中的物理节点的可映射虚拟节点集合示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法的一种具体实施方式结构图。

在本实施例中，如图1所示，V₀旁边的坐标值表示虚拟节点V₀的经纬度坐标，经纬度坐标为（36.37,101.49）的虚拟节点V₀的可映射集合是以（36.37,101.49）为中心，10为半径的一个圆形区域，其可映射物理节点集合为以西宁（西宁的经纬度坐标为36.37,101.49）为中心的一个半径为10的圆形区域的城市。同理，对其余虚拟节点也有相应的可映射物理节点集合。

基础设施网络是有55个节点的中国地图，每一个节点坐标都是实际地图中的经纬度坐标。现有对地理位置有要求的虚拟网络VN，且在任意时刻最多只有一个虚拟节点失效的情况下，考虑节点的生存性，将虚拟网络VN映射到有55个节点的表示中国实际地图的基础设施网络SN中。

图2是虚拟网络和增加备份节点和备份邻接链路后的增强型虚拟网络的结构图。

如图2所示，虚拟网络VN的节点旁边的数字表示虚拟节点对物理节点容量的要求，虚拟节点V₀旁边的数字为10，表示虚拟节点对物理节点的容量要求为10；虚拟链路旁边的数字表示虚拟链路对物理链路带宽的要求，链路link(V₀，V₁)旁边的数字为12，表示虚拟链路对物理链路带宽要求为12；通过K-冗余算法对虚拟网络中的虚拟节点和邻接链路增加备份，备份后的节点容量和物理链路带宽与虚拟网络中对应的虚拟节点容量和物理链路带宽相同。

图3是虚拟网络中的虚拟节点的可映射物理节点集合示意图。

如图3所示，以虚拟节点V₀的坐标（X,Y）为中心，坐标（X,Y）表示在实际地图中的经纬度坐标，以定值R为半径画圆，如图2中的虚线圆所示，此区域内的物理节点就是虚拟节点V₀的可映射物理节点集合，此集合便是根据节点的地理位置坐标这个约束条件来确定的。同理，其他虚拟节点也有相应的可映射物理节点集合，各个虚拟节点的可映射物理节点集合之间是可以存在重合区域的。映射总成本cost计算公式如下：

cost＝cost₁+cost₂；

其中，cost₁为映射虚拟网络需要的成本，cost₂为映射增加的备份节点和备份邻接链路需要的成本；

cost₁＝cost_1node+cost_1link；

其中，cost_1node表示将虚拟网络中的虚拟节点映射到基础设施网络中需要的成本；cost_1link表示将虚拟网络中的邻接链路映射到基础设施网络中需要的成本；

cost₂＝cost_2node+cost_2link；

其中，cost_2node表示将虚拟网络中的备份节点映射到基础设施网络中需要的成本；cost_2link表示将虚拟网络中的备份邻接链路映射到基础设施网络中需要的成本。

图4是基础设施网络中的物理节点的可映射虚拟节点集合示意图。

如图4所示，以物理节点S₁的坐标（X,Y）为中心，坐标（X,Y）表示在实际地图中的经纬度坐标，以定值R为半径画圆，如图3中的虚线圆所示，此区域内的虚拟节点可以往物理节点S₁映射，物理节点S₁的可映射虚拟节点集合CMS₁为{V₀,V₁,V₂}，此集合便是根据节点的地理位置坐标这个约束条件来确定的。同理，其他物理节点也有相应的可映射虚拟节点集合，各个物理节点的可映射虚拟节点集合之间是可以存在重合区域的。

物理节点S₁的可映射虚拟节点集合CMS₁为{V₀,V₁,V₂}，现要将V₀的备份节点映射到物理节点S₁上去，在V₀的备份节点映射到物理节点S₁之前，S₁上已经存在的其它备份节点的节点容量记为S，并且S可以共享；V₀的备份节点映射到S₁时相对S的增量记为C，映射总成本cost，计算公式如下：

cost＝cost_a-max₁(0,C1-C2)-max₂(0,C1-C2)；

C1＝max(b-S,0)；

C2＝max(b-S-C,0)

其中，cost_a为虚拟网络中V₀的备份节点和备份邻接链路映射到基础设施网络中需要的成本,max₁(0,C1-C2)表示V₁对V₀的备份节点映射到S₁影响，max₂(0,C1-C2)表示V₂对V₀的备份节点映射到S₁影响，C1表示存在节点容量S前提下，没有映射V₀的备份节点到S₁时，映射V₁或V₂的备份节点到S₁需要增加的节点容量；C2表示存在节点容量S前提下，映射V₀的备份节点到S₁时，映射V₁或V₂的备份节点到S₁需要增加的节点容量；b表示虚拟节点V₁或V₂的节点容量；

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法，其特征在于，包括以下步骤： 

（1.1）、把虚拟网络中的虚拟节点V_i和V_i的邻接链路增加备份，V_i表示虚拟网络中第i个虚拟节点，V_i的备份节点为b_i，备份后的网络为增强型虚拟网络； 

（1.2）、满足地理位置约束下，把增强型虚拟网络映射到基础设施网络上。 

2.根据权利要求1所述的考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法，其特征在于，所述的步骤（1.2）的方法为： 

（2.1）、判断基础设施网络中物理节点的地理位置是否是虚拟网络中虚拟节点可映射的范围； 

以虚拟节点V_i的坐标（X,Y）为中心，坐标（X,Y）表示在实际地图中的经纬度坐标，以定值R为半径画圆，在这个圆范围内的物理节点为虚拟节点V_i可映射的物理节点集合，即虚拟节点和物理节点之间的距离值小于R； 

（2.2）、把增强型虚拟网络映射到基础设施网络上并计算映射总成本； 

在满足步骤（2.1）的条件下，先把虚拟网络中的虚拟节点V_i和V_i的邻接链路进行映射，再对增加的备份节点b_i和备份邻接链路进行映射，完成增强型虚拟网络映射到基础设施网络上的映射； 

映射总成本cost计算公式如下： 

cost＝cost₁+cost₂； 

其中，cost₁为映射虚拟网络需要的成本，cost₂为映射增加的备份节点和备份邻接链路需要的成本； 

cost₁＝cost_1node+cost_1link； 

其中，cost_1node表示将虚拟网络中的虚拟节点映射到基础设施网络中需要的成本；cost_1link表示将虚拟网络中的邻接链路映射到基础设施网络中需要的成本； 

cost₂＝cost_2node+cost_2link； 

其中，cost_2node表示将虚拟网络中的备份节点映射到基础设施网络中需要的成本；cost_2link表示将虚拟网络中的备份邻接链路映射到基础设施网络中需要的成本。 

3.根据权利要求1所述的考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法，其特征在于，所述的步骤（1.2）的方法还可以为： 

（3.1）、判断虚拟网络中虚拟节点的地理位置是否是基础设施网络中物理节点可映射的范围； 

以物理节点S_j的坐标（A,B）为中心，S_j表示第j个物理节点，坐标（A,B）表示在实际地图中的经纬度坐标，以定值R为半径画圆，在这个圆范围内的虚拟节点为物理节点V_i可映射的虚拟节点集合，即虚拟节点和物理节点之间的距离值小于R； 

（3.2）、把增强型虚拟网络映射到基础设施网络上并计算映射总成本； 

在满足步骤（3.1）的条件下，先把虚拟网络中的虚拟节点V_i和V_i的邻接链路进行映射，再通过引导性映射方法对增加的备份节点b_i和备份邻接链路进行映射，完成增强型虚拟网络映射到基础设施网络上的映射； 

物理节点S_j的可映射虚拟节点集合为CMS_j＝{v₀,v₁,……v_m}，现要将V₀的备份节点映射到物理节点S_j上去，在V₀的备份节点映射到物理节点S_j之前，S_j上已经存在的其它备份节点的节点容量记为S，并且S可以共享；V₀的备份节点映射到S_j时相对S的增量记为C，映射总成本cost，计算公式如下： 

C1＝max(b-S,0)； 

C2＝max(b-S-C,0) 

其中，cost_a为虚拟网络中V₀的备份节点和备份邻接链路映射到基础设施网络中需要的成本,max_i(0,C1-C2)表示S_j的可映射虚拟节点集合CMS_j＝{v₀,v₁,……v_m}中的第i个虚拟节点对V₀的备份节点映射到S_j的影响，C1表示存在节点容量S前提下，没有映射V₀的备份节点到S_j时，映射V_n（V_n是指CMS_j＝{v₀,v₁,……v_m}中的V₁到V_m中任意一个虚拟节点）的备份节点到S_j需要增加的节点容量；C2表示存在节点容量S前提下，映射V₀的备份节点到S_j时，映射V_n的备份节点到S_j时需要增加的节点容量；b表示虚拟节点V_n的节点容量。 

4.根据权利要求3所述的考虑地理位置约束的虚拟网络可靠映射方法，其特征在于，所述的引导性映射是通过改变成本的计算方法引导物理节点S_j的可映射虚拟节点集合CMS_j里的每一个虚拟节点的备份节点尽量映射到物理节点S_j上。 

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