CN103746894B - 一种基于地理位置约束的批量虚拟网络映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地理位置约束的批量虚拟网络映射方法，对同时到达的一个以上虚拟网络请求依次进行虚拟网络映射，在映射虚拟节点时，以虚拟节点的地理位置坐标确定该虚拟节点的可映射物理节点集合，并且在其可映射物理节点集合中优先选择本次映射中之前虚拟网络已映射的物理节点进行映射；当本次到达的虚拟网络请求映射完毕后，根据已映射的物理节点拓扑进行反向生成新的虚拟网络，再生成新虚拟网络的增强型虚拟网络，并将备份节点和备份链路进行映射。本发明在对虚拟节点映射时引入地理位置约束条件，更符合实际网络分布，并且通过反向生成新虚拟网络来进行备份，提高备份资源共享程度，从而节约网络资源。

Description

一种基于地理位置约束的批量虚拟网络映射方法

技术领域

本发明属于互联网通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于地理位置约束的批量虚拟网络映射方法。

背景技术

随着越来越多的互联网新型应用的出现，现有的互联网架构很难满足这些不同应用对互联网架构的要求，令互联网发展呈现出僵化现象。网络虚拟化技术是一种解决互联网僵化问题的有效手段。网络虚拟化技术对公用的底层基础网络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网络（Substrate Network，SN）上，为用户提供差异化服务。

图1是虚拟网络映射示意图。如图1所示，虚拟网络映射包括虚拟节点的映射和虚拟链路的映射。因为不同的虚拟网络可以映射到同一个物理网络上，所以为了增加接受率，映射方法的选择是非常重要的。即使提前知道所有的虚拟网络请求，但由于虚拟节点和虚拟链路对资源的要求、地理位置对虚拟节点的约束以及映射的复杂性，使得虚拟网络映射变得非常困难。大多数方法的建议是先使用贪婪算法去预先映射虚拟节点，然后集中进行虚拟链路映射。然而即使所有的虚拟节点映射完成，虚拟链路的映射也相当复杂。并且预先进行虚拟节点映射而不考虑其与虚拟链路映射的关系往往限制了解决方案，得不到一个较好的映射结果。所以，目前使用的虚拟网络映射算法，在映射虚拟节点的时候，也同时映射虚拟链路。

在进行虚拟网络映射时，还需要关注映射成本最小化和节点生存性问题。映射成本最小化是指最终得到的虚拟网络映射方案所产生的成本最小。节点生存性问题是指虚拟网络映射完成后，如果物理网络中的物理节点失效，如何将其上映射的虚拟节点及其链路迁移至其他有效的物理节点和物理链路上。

目前很多虚拟网络映射方法都是在映射的时候考虑节点生存性问题。通常在某一时刻只有一个虚拟网络需要映射的时候，考虑在某一时刻最多只有一个虚拟节点失效的情况下，为原虚拟网络增加K个备份节点，一般情况下备份节点与原虚拟节点一一对应，以保证在有虚拟节点失效的情况下（因为最多只有一个节点映射失效）能成功迁移恢复，简称K-冗余映射方案。该方案的主要思路如下：首先增强原始虚拟网络，为原始的虚拟网络的增加K个备份节点及相应的备份链路。图2是增强型虚拟网络示意图。如图2所示，V0至V3表示虚拟节点，其上所标示的数值为节点资源需求，虚拟节点之间的连线为虚拟链路，其上所标示的数值为链路资源需求。在该增强型虚拟网络中，每个虚拟节点都设置了备份节点，即K=4，其对应的节点资源需求和链路资源需求与原始节点一致。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，显而易见，备份节点与原始节点不可映射至同一物理节点。由于只考虑某一时刻最多只有一个虚拟节点失效的情况，因此不同的备份节点可以映射至同一个物理节点，备份链路也可以与工作链路资源共享。

此方案主要有两个缺点：第一，此方案中在进行虚拟网络映射的时候，同时到达的虚拟网络只有一个，这只考虑了实际情况中的一种，还有另外一种情况就是：即使在进行静态虚拟网络映射的时候，在某一时刻也可能有多个虚拟网络同时到达，那么在这种情况下，不仅要考虑各个虚拟网络内部的资源共享，还要考虑同时到达的多个虚拟网络之间的资源共享情况；第二，虚拟节点的映射没有考虑到地理位置的约束，只要满足虚拟节点的容量要求以及相应的虚拟链路容量要求，虚拟节点就可以映射到物理网络中的任意物理节点上，这和实际情况是不相符的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于地理位置约束的批量虚拟网络映射方法，在考虑地理位置约束的同时，通过反向生成新虚拟网络提高备份资源共享程度，节约网络资源。

为实现上述发明目的，本发明基于地理位置约束的批量虚拟网络映射方法，包括以下步骤：

S1：在到达的每个虚拟网络请求中，以虚拟节点的地理位置坐标为圆心，根据预设的映射半径确定每个虚拟节点的可映射物理节点集合；

S2：依次映射每个虚拟网络，映射虚拟节点时，在其可映射物理节点中，优先选择本次映射中之前虚拟网络已映射的物理节点进行映射；

S3：根据已映射的物理节点拓扑反向生成新虚拟网络，其虚拟节点与步骤S2中映射的物理节点对应，节点资源需求为与该物理节点上所映射的原虚拟节点的节点资源需求之和，虚拟链路的链路资源需求为对应的物理路径上所承载的原虚拟链路的链路资源需求之和；

S4：生成步骤S3中得到的新虚拟网络的增强型虚拟网络，并将备份节点和备份链路进行映射。

进一步地，步骤S2中映射虚拟网络时，当出现多个映射方案时，选用总成本最小的映射方案。

进一步地，步骤S4中映射备份节点时，以其备份的新虚拟网络中虚拟节点所对应的物理节点的地理位置坐标为圆心，根据预设的映射半径确定其可映射物理节点集合。

进一步地，步骤S4中映射备份节点和备份链路时，当出现多个映射方案时，选用总成本最小的映射方案。

本发明基于地理位置约束的批量虚拟网络映射方法，对同时到达的一个以上虚拟网络请求依次进行虚拟网络映射，在映射虚拟节点时，以虚拟节点的地理位置坐标确定该虚拟节点的可映射物理节点集合，并且在其可映射物理节点集合中优先选择本次映射中之前虚拟网络已映射的物理节点进行映射；当本次到达的虚拟网络请求映射完毕后，根据已映射的物理节点拓扑进行反向生成新的虚拟网络，再生成新虚拟网络的增强型虚拟网络，并将备份节点和备份链路进行映射。

本发明具有以下有益效果：

（1）、对虚拟节点映射时引入地理位置约束条件，更符合实际网络分布；

（2）、对虚拟网络请求进行批量处理，在虚拟节点映射时优先选择本次映射中之前虚拟网络已映射的物理节点，使各虚拟网络间共用物理节点增多，减少反向生成的新虚拟网络中的虚拟节点，从而减少备份节点个数，提高备份资源共享程度，从而节约网络资源。

附图说明

图1是虚拟网络映射示意图；

图2是增强型虚拟网络示意图；

图3是虚拟网络与物理网络示例图；

图4是采用本发明对图3所示虚拟网络映射示例图；

图5是图4所示映射反向生成的新虚拟网络示例图；

图6是图5所示新虚拟网络的增强型虚拟网络示例图。

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

本发明基于地理位置约束的批量虚拟网络映射方法，其具体实现步骤包括：

S101：在到达的每个虚拟网络请求中，以虚拟节点的地理位置坐标为圆心，根据预设的映射半径确定每个虚拟节点的可映射物理节点集合。

图3是虚拟网络与物理网络示例图。如图3所示，本实施例中同时达到的虚拟网络VN有3个，分别为VN0、VN1、VN2，每个虚拟网络有3个虚拟节点；物理网络SN中有10个物理节点，此处假定10个物理节点都有足够多的节点资源满足虚拟节点的映射。以虚拟网络VN0中的虚拟节点v00为例，其地理位置坐标为（x,y），假定预设的映射半径为R，那么如图3所示，在物理网络SN中，以（x,y）为圆心，半径为R的范围内的物理节点集合为{s0,s1}，那么虚拟节点v01的可映射物理节点集合为{s0，s1}。其他虚拟节点也采用同样方法得到其对应的可映射物理节点集合。

S102：依次映射每个虚拟网络，映射虚拟节点时，在其可映射物理节点集合中，优先选择本次映射中之前虚拟网络已映射的物理节点进行映射。

本实施例中，依次对VN0、VN1、VN2进行虚拟网络映射。图4是采用本发明对图3所示虚拟网络映射示例图。如图4所示，对虚拟网络VN0映射时，本次到达的虚拟网络中还尚未存在已映射的虚拟网络，因此可以直接根据其各虚拟节点的可映射物理节点集合进行映射。假定此时其映射关系为：v00→s0，v01→s4，v02→s2。

接下来对虚拟网络VN1进行映射，假定此时虚拟节点v10的可映射物理节点集合为{s0,s3,s4}，虚拟节点v11的可映射物理节点集合为{s6,s7}，虚拟节点v12的可映射物理节点集合为{s2,s3,s5}。此时虚拟网络VN0已映射的物理节点有s0、s2、s4。由于优先选择之前虚拟网络已映射的物理节点进行映射，那么虚拟节点v10选择物理节点s0或s4进行映射，虚拟节点v12选择物理节点s3进行映射，虚拟节点v11可映射物理节点集合中不包括已映射的物理节点中，因此选择物理节点s6或s7进行映射。可见虚拟节点存在多种映射方案，自然其虚拟链路也存在多种映射方案。在实际应用中，可以根据需要从中选择一个映射方案进行映射。目前常用的方式是选用总成本最小的映射方案，即虚拟节点映射成本和对应的虚拟链路映射成本的成本之和最小。本实施例中假定最终得到三个虚拟网络的虚拟节点映射方案为：v00→s0，v01→s4，v02→s2；v10→s4，v11→s6，v12→s2；v20→s9，v21→s7，v22→s6。其虚拟链路映射方案采用一般的映射方法即可得到，在此省略描述。

S103：根据已映射的物理节点拓扑反向生成新虚拟网络，其虚拟节点与步骤S102中映射的物理节点对应，节点资源需求为与该物理节点上所映射的原虚拟节点的节点资源需求之和，虚拟链路的链路资源需求为对应的物理路径上所承载的原虚拟链路的链路资源需求之和。

根据步骤S102中的虚拟节点映射方案可知，映射的物理节点包括s0、s2、s4、s6、s7、s9，因此反向生成的新虚拟网络中应该包括6个虚拟节点。图5是图4所示映射反向生成的新虚拟网络示例图。表1是图5中所示虚拟节点与物理节点以及原虚拟网络请求中虚拟节点的对应关系。

新虚拟节点

v0

v1

v2

v3

v4

v5

物理节点

s0

s4

s2

s6

s9

s7

原虚拟节点

v00

v01、v10

v02、v12

v11、v22

v20

v21

表1

以新虚拟节点v1为例，其节点资源需求即为原虚拟节点v01和v10的节点资源需求之和，同样的新虚拟节点v2的节点资源需求为原虚拟节点v02和v12的节点资源需求之和。由于物理节点s2和s4之间的物理路径s2-s4上承载了两条原虚拟网络请求中的两条虚拟链路，即v01-v02、v10-v12（其底层物理链路可能存在差别），那么在新虚拟网络中，虚拟链路v1-v2的链路资源需求即为虚拟链路v01-v02和v10-v12的链路资源需求之和。

S104：生成步骤S103中得到的新虚拟网络的增强型虚拟网络，并将备份节点和备份链路进行映射。

根据图5可知，新虚拟网络中虚拟节点的数量小于原来三个虚拟网络中虚拟节点的总数，因此采用新虚拟网络来进行备份可以提高资源共享程度，同时也简化了备份映射过程。

图6是图5所示新虚拟网络的增强型虚拟网络示例图。如图6所示，本实施例中对每个新虚拟节点都配置一个备份节点，并增加相应的备份链路。和一般的K-冗余映射方法一样，本发明的备份节点可以映射到一个物理节点，并且备份链路可以和工作链路资源共享，且备份链路与备份链路之间也存在资源共享，这样就使得原来单独的虚拟网络之间也存在节点资源共享和链路资源共享，从而可以最大化的节省映射成本。

在对备份节点进行映射时，也可以引入地理位置约束条件，即以其备份的新虚拟网络中虚拟节点所对应的物理节点的地理位置坐标为圆心，根据预设的映射半径确定其可映射物理节点集合。以图6中备份节点v0为例，其地理位置坐标为物理节点s0的地理位置坐标。当备份节点和备份链路存在多个映射方案时，可以根据需要从中选择一个映射方案进行映射，目前常用的方式是选用总成本最小的映射方案。

在实际应用中，同时到达的虚拟网络请求数量可能较大，且地理位置并不一定集中，因此步骤S103中反向生成的新虚拟网络可能由多个虚拟网络组成，那么在步骤S104中分别对各个虚拟网络进行增强再映射即可。

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)

1.一种基于地理位置约束的批量虚拟网络映射方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在到达的每个虚拟网络请求中，以虚拟节点的地理位置坐标为圆心，根据预设的映射半径确定每个虚拟节点的可映射物理节点集合；

S2：依次映射每个虚拟网络，映射虚拟节点时，在其可映射物理节点中，优先选择本次映射中之前虚拟网络已映射的物理节点进行映射；

S3：根据已映射的物理节点拓扑反向生成新虚拟网络，其虚拟节点与步骤S2中映射的物理节点对应，节点资源需求为与该物理节点上所映射的原虚拟节点的节点资源需求之和，虚拟链路的链路资源需求为对应的物理路径上所承载的原虚拟链路的链路资源需求之和；

S4：生成步骤S3中得到的新虚拟网络的增强型虚拟网络，并将备份节点和备份链路进行映射。

2.根据权利要求1所述的批量虚拟网络映射方法，其特征在于，所述步骤S2中映射虚拟网络时，当出现多个映射方案时，选用总成本最小的映射方案。

3.根据权利要求1所述的批量虚拟网络映射方法，其特征在于，所述步骤S4中映射备份节点时，以其备份的新虚拟网络中虚拟节点所对应的物理节点的地理位置坐标为圆心，根据预设的映射半径确定其可映射物理节点集合。

4.根据权利要求1所述的批量虚拟网络映射方法，其特征在于，所述步骤S4中映射备份节点和备份链路时，当出现多个映射方案时，选用总成本最小的映射方案。