CN106992944A - 一种无线虚拟网络中的资源映射方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线虚拟网络中的资源映射方法,针对虚拟网络用户活跃的动态性,分析使用灵活级别的可用性向用户提供服务等级协议(SLA),确保能刚好满足虚拟网络用户的需求,达到一种“物尽其用”的状态,提高了物理资源利用率;而且本发明还同时考虑了虚拟网络请求业务的多样性,使得用户的服务质量(QoS)得以保障,提高了网络的整体满意度。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线虚拟网络中的资源映射方法,属于资源分配领域和无线虚拟网络的协作计算机网络技术领域。
背景技术
虚拟网络技术被视为构建新一代Internet体系架构的重要技术。利用网络虚拟化技术,服务提供商(SPs)可以在同一个物理网络上创建多个虚拟网络,从而为用户提供多样化的可定制端到端服务。随着现代通信与网络互联技术的发展,无线网络已逐渐成为未来Internet的一种重要接入形式,如何解决无线网络环境下的网络虚拟化问题成为了越来越多学者们重点关注的问题之一。
目前已存在不少关于无线网络虚拟化技术的研究,但这些研究旨在解决如何为虚拟网络请求提供独占的服务。事实上,一些虚拟网络用户并不总是需要使用他们预购的资源,这就造成了物理资源的浪费;此外,现有的研究方法在支持用户服务质量(QoS)和更多的承载多样化业务等方面也存在严重不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够使物理资源得到充分利用、用户服务质量得到保障的无线虚拟网络中的资源映射方法。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了一种无线虚拟网络中的资源映射方法,基于网络架构所构建的虚拟网络用户模型,将虚拟网络请求映射到物理网络,包括如下步骤:
步骤1.将虚拟网络请求上各个用户的状态分别模拟为离散时间马尔可夫开-合过程,并获得用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,然后进入步骤2;
步骤2.根据用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,计算虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull,以及用户所获有限可用性带宽bwlim,然后进入步骤3;
步骤3.根据虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull,以及用户所获有限可用性带宽bwlim,获得虚拟网络请求所对应的实际带宽需求bw,然后进入步骤4;
步骤4.针对虚拟网络用户模型,分别计算各个物理节点所对应的可用资源,以及各个虚拟节点所对应的资源;然后按各自可用资源降序顺序,针对各个物理节点进行排序,以及按各自资源降序顺序,针对各个虚拟节点进行排序,进入步骤5;
步骤5.根据各个物理节点的排序,以及各个虚拟节点的排序,将各个虚拟节点映射到各个物理节点,并判断是否映射成功,是则进入步骤6;否则待物理网络中的资源释放后,返回步骤4;
步骤6.基于各个虚拟节点到物理节点的映射,根据虚拟网络请求的业务类型,按预设规则,选取每条虚拟链路的最佳物理映射路径,如无物理路径满足映射条件,则待物理网络中物理资源释放后,返回步骤4。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤2中,按如下过程,计算虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull;
首先,根据用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,获得满足如下公式:
的 表示虚拟网络请求上用户获得完全可用性带宽所对应活跃状态用户数,N表示虚拟网络请求上用户的总数,(1-δ1)表示虚拟网络请求上用户获得完全可用性带宽的概率;
然后,根据获得虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤2中,按如下过程,计算虚拟网络请求上用户所获有限可用性带宽bwlim;
首先,根据用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,获得满足如下公式:
的 表示虚拟网络请求上用户获得有限可用性带宽所对应活跃状态用户数,N表示虚拟网络请求上用户的总数,(1-δ2)表示虚拟网络请求上用户获得有限可用性带宽的概率;
然后,根据获得虚拟网络请求上用户所获有限可用性带宽bwlim,其中,γ为衰减因子。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤3中,按如下公式:
bw=max{bwfull,bwlim}
获得虚拟网络请求所对应的实际带宽需求bw。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤4中,针对虚拟网络用户模型,按如下公式:
分别计算各个物理节点所对应的可用资源AR(nS),其中,AR(nS)表示某个物理节点nS所对应的可用资源,rcpu(nS)表示该物理节点nS所对应的剩余计算能力,表示与该物理节点nS直接相连的物理链路的集合,表示与该物理节点nS直接相连物理链路集合中的某条物理链路,表示与该物理节点nS直接相连物理链路集合中某条物理链路所对应的剩余带宽资源。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤4中,针对虚拟网络用户模型,按如下公式:
分别计算各个虚拟节点所对应的资源AR(nV),其中,AR(nV)表示某个虚拟节点nV所对应的资源,cpu(nV)表示该虚拟节点nV所对应的计算能力,表示与该虚拟节点nV直接相连的虚拟链路的集合,表示与该虚拟节点nV直接相连虚拟链路集合中的某条虚拟链路,表示与该虚拟节点nV直接相连虚拟链路集合中某条虚拟链路所对应的带宽资源。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤6中,基于各个虚拟节点到物理节点的映射,根据虚拟网络请求的业务类型,按如下预设规则:
若虚拟网络请求的业务类型为吞吐量敏感型业务,则选取带宽相对偏移度最小的物理映射路径;
若虚拟网络请求的业务类型为分组丢失敏感型业务,则选取分组丢包率最小的物理映射路径;
若虚拟网络请求的业务类型为时延敏感型业务,则选取时延最短的物理映射路径;
如此,获取每条虚拟链路的最佳物理映射路径。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤6预设规则中,根据如下公式:
获得物理映射路径的带宽相对偏移度bw(pS),其中,pS表示满足虚拟链路映射条件的某条物理路径,表示pS物理路径包含的物理链路,表示物理路径pS中物理链路所对应的剩余带宽资源。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤6预设规则中,根据如下公式:
获得物理映射链路的分组丢包率loss(pS),其中,pS表示满足虚拟链路映射条件的某条物理路径,表示pS物理路径包含的物理链路,表示物理路径pS中物理链路所对应的分组丢包率。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤6预设规则中,根据如下公式:
获得物理映射链路的时延delay(pS),其中,pS表示满足虚拟链路映射条件的某条物理路径,表示pS物理路径包含的物理链路,表示物理路径pS中物理链路所对应的时延。
本发明所述一种无线虚拟网络中的资源映射方法采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:本发明设计的无线虚拟网络中的资源映射方法,针对虚拟网络用户活跃的动态性,分析使用灵活级别的可用性向用户提供服务等级协议(SLA),确保能刚好满足虚拟网络用户的需求,达到一种“物尽其用”的状态,提高了物理资源利用率;而且本发明还同时考虑了虚拟网络请求业务的多样性,使得用户的服务质量(QoS)得以保障,提高了网络的整体满意度。
附图说明
图1是虚拟网络与物理网络之间的映射关系示意图;
图2是本发明所设计无线虚拟网络中的资源映射方法的概要流程示意图;
图3是本发明所设计无线虚拟网络中的资源映射方法的实施具体流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示为虚拟网络映射示意图,本发明旨在将虚拟网络请求映射到物理网络。
如图2所示,本发明所述的基于多业务的虚拟网络映射算法流程分为两部分:
(1)当一个虚拟请求网络(VnRequest)到来时,包含满足用户需求的多个QoS参数,通过服务等级协议(SLA,Service LevelAgreement)模块的预处理,得到满足当前请求要求的网络带宽以及分组丢包率和时延的大小。***必须保证分配给虚拟网络的资源至少符合SLA预处理计算得到的结果,以满足用户需求。
(2)根据SLA预处理计算所得的结果和虚拟网络请求的业务类型,多业务映射(VNE-MS,Virtual Network Embedding based on Multi-service)单元为虚拟网络分配最佳的映射路径,以实现多业务QoS保障的同时降低底层网络的运营成本。
本发明所述的技术方案采用无向带权图表示物理网络和虚拟网络。
(1)物理网络模型
无线物理网络用带权值无向图GS=(NS,LS)表示,其中NS表示底层节点的集合,LS表示底层链路的集合,并把LS中链路组成的路径记为PS。对于每个物理节点nS∈NS,cpu(nS)表示该物理节点的计算能力。每条物理链路表示物理节点与物理节点之间的物理链路,它包含bw(ls)、loss(lS)和delay(lS)三个属性,分别表示物理链路上的带宽资源、分组丢包率和时延的大小。
(2)虚拟网络模型
无线虚拟网络用带权重的无向图GV=(NV,LV)表示,其中NV表示底层节点的集合,LV表示底层链路的集合。对于每个虚拟节点nV∈NV,cpu(nV)表示该虚拟节点的计算能力。每条虚拟链路表示虚拟节点与虚拟节点之间的虚拟链路,它包含bw(lV)、loss(lV)和dalay(lV)三个属性,分别表示虚拟链路上的带宽资源、分组丢包率和时延,由SLA预处理得到。
本发明为了解决虚拟请求网络的多业务情形,根据3GPP和ITU-T中对于业务的吞吐量、时延、抖动、分组丢失率的相关指导性规定,将目前的主体网络业务分为三大类:
(1)吞吐量敏感型(视频流业务)
这类业务对分组丢失、时延没有严格的要求。以VOD为例,如一个用户在观看网上直播,若一帧图像丢掉了或是延迟1s到达,对用户来说仍然是可以接受的。但视频这类业务具有流量大、实时性、相关性等特点,因此传输过程中需要高带宽。
(2)分组丢失敏感型(下载数据业务)
数据业务具有高离散性的特点,它可以容忍一定的时延,但是对业务传递的可靠性要求非常高,分组丢失率、误码率是其最重要的指标。
(3)时延敏感型(话音业务)
话音业务要求时延很小,不能超过150ms,并具有固定的传输速率,当其时延超过500ms,即便此项服务的提供费用为0,对用户来说都是不可接受的,因为时延会造成话音的变声、变调等。
以上三种业务类型分别对宽带、分组丢失率和时延提出了要求,为方便描述,本方案用S1、S2、S3分别表示这三种业务类型。
如图3所示,本发明所设计无线虚拟网络中的资源映射方法,基于网络架构所构建的虚拟网络用户模型,将虚拟网络请求映射到物理网络,实际应用过程当中,具体包括如下步骤:
步骤1.将虚拟网络请求上各个用户的状态分别模拟为离散时间马尔可夫开-合过程,并获得用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,然后进入步骤2。
步骤2.根据用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,计算虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull,以及用户所获有限可用性带宽bwlim,然后进入步骤3。
虚拟请求网络的QoS参数包括有:虚拟网络请求上用户获得完全可用性带宽的概率(1-δ1);虚拟网络请求上用户获得有限可用性带宽的概率(1-δ2);衰减因子γ,相比于完全可用性用户提供给有限可用性用户的能力因子。完全可用性表示分配的带宽至少等于所请求的带宽;有限可用性表示分配的带宽小于或等于所请求的宽度但仍然大于或等于请求的带宽的γ倍,因此δ≥ε。如果ε=0,虚拟网络将会严格提供完全可用性和有限可用性两种状态。
上述步骤2中,按如下过程,计算虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull。
基于即用户获得完全可用带宽的概率必须大于1-δ1,则执行如下操作,其中,(1-δ1)表示虚拟网络请求上用户获得完全可用性带宽的概率,Qn表示虚拟网络请求上第n个用户的带宽要求。
首先,根据用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,获得满足如下公式:
的 表示虚拟网络请求上用户获得完全可用性带宽所对应活跃状态用户数,N表示虚拟网络请求上用户的总数。
然后,根据获得虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull。
同样基于执行如下操作。
计算虚拟网络请求上用户所获有限可用性带宽bwlim,其中,(1-δ2)表示虚拟网络请求上用户获得有限可用性带宽的概率。
首先,根据用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,获得满足如下公式:
的 表示虚拟网络请求上用户获得有限可用性带宽所对应活跃状态用户数,N表示虚拟网络请求上用户的总数。
然后,根据获得虚拟网络请求上用户所获有限可用性带宽bwlim,其中,γ为衰减因子。
事实上,bwfull≥bwlim并不总是成立,当γ接近1,且ε远小于δ时,bwfull≤bwlim。为同时满足完全可用性和有限可用性的要求,因此分配带宽必须选取bwfull和bwlim中较大的,执行如下步骤3。
步骤3.根据虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull,以及用户所获有限可用性带宽bwlim,按如下公式:
bw=max{bwfull,bwlim}
获得虚拟网络请求所对应的实际带宽需求bw,然后进入步骤4。
步骤4.针对虚拟网络用户模型,分别计算各个物理节点所对应的可用资源AR(nS),以及各个虚拟节点所对应的资源AR(nV);然后按各自可用资源降序顺序,针对各个物理节点进行排序,以及按各自资源降序顺序,针对各个虚拟节点进行排序,进入步骤5。
上述步骤4具体操作为,针对虚拟网络用户模型,按如下公式:
分别计算各个物理节点所对应的可用资源AR(nS),其中,AR(nS)表示某个物理节点nS所对应的可用资源,rcpu(nS)表示该物理节点nS所对应的剩余计算能力,表示与该物理节点nS直接相连的物理链路的集合,表示与该物理节点nS直接相连物理链路集合中的某条物理链路,表示与该物理节点nS直接相连物理链路集合中某条物理链路所对应的剩余带宽资源。
以及针对虚拟网络用户模型,按如下公式:
分别计算各个虚拟节点所对应的资源AR(nV),其中,AR(nV)表示某个虚拟节点nV所对应的资源,cpu(nV)表示该虚拟节点nV所对应的计算能力,表示与该虚拟节点nV直接相连的虚拟链路的集合,表示与该虚拟节点nV直接相连虚拟链路集合中的某条虚拟链路,表示与该虚拟节点nV直接相连虚拟链路集合中某条虚拟链路所对应的带宽资源。
步骤5.根据各个物理节点的排序,以及各个虚拟节点的排序,将各个虚拟节点映射到各个物理节点,并判断是否映射成功,是则进入步骤6;否则待物理网络中的资源释放后,返回步骤4。
步骤6.基于各个虚拟节点到物理节点的映射,根据虚拟网络请求的业务类型,按预设规则,选取每条虚拟链路的最佳物理映射路径,如无物理路径满足映射条件,则待物理网络中物理资源释放后,返回步骤4。
上述步骤6中,基于各个虚拟节点到物理节点的映射,根据虚拟网络请求的业务类型,按如下预设规则:
若虚拟网络请求的业务类型为吞吐量敏感型业务,则选取带宽相对偏移度最小的物理映射路径;其中,根据如下公式:
获得物理映射路径的带宽相对偏移度bw(pS),其中,pS表示满足虚拟链路映射条件的某条物理路径,表示pS物理路径包含的物理链路,表示物理路径pS中物理链路所对应的剩余带宽资源。
若虚拟网络请求的业务类型为分组丢失敏感型业务,则选取分组丢包率最小的物理映射路径;其中,根据如下公式:
获得物理映射链路的分组丢包率loss(pS),其中,pS表示满足虚拟链路映射条件的某条物理路径,表示pS物理路径包含的物理链路,表示物理路径pS中物理链路所对应的分组丢包率。
若虚拟网络请求的业务类型为时延敏感型业务,则选取时延最短的物理映射路径;其中,根据如下公式:
获得物理映射链路的时延delay(pS),其中,pS表示满足虚拟链路映射条件的某条物理路径,表示pS物理路径包含的物理链路,表示物理路径pS中物理链路所对应的时延。
如此,获取每条虚拟链路的最佳物理映射路径。
针对上述节点映射和链路映射中,每一个虚拟网络请求(VnRequest)都是动态地到达、停留然后在完成服务的时候离开。当一个虚拟网络请求(VnRequest)达到时,如遇到物理网络资源可以满足虚拟网络请求(VnRequest),则物理网络从自身的节点和链路中为虚拟网络请求(VnRequest)选择一系列满足要求的节点和路径;如遇到物理资源不能满足虚拟网络请求(VnRequest)的情况,则结束映射,并将该虚拟网络请求(VnRequest)放入等待队列,待资源得到释放再重新映射。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种无线虚拟网络中的资源映射方法,基于网络架构所构建的虚拟网络用户模型,将虚拟网络请求映射到物理网络,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1.将虚拟网络请求上各个用户的状态分别模拟为离散时间马尔可夫开-合过程,并获得用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,然后进入步骤2;
步骤2.根据用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,计算虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull,以及用户所获有限可用性带宽bwlim,然后进入步骤3;
步骤3.根据虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull,以及用户所获有限可用性带宽bwlim,获得虚拟网络请求所对应的实际带宽需求bw,然后进入步骤4;
步骤4.针对虚拟网络用户模型,分别计算各个物理节点所对应的可用资源,以及各个虚拟节点所对应的资源;然后按各自可用资源降序顺序,针对各个物理节点进行排序,以及按各自资源降序顺序,针对各个虚拟节点进行排序,进入步骤5;
步骤5.根据各个物理节点的排序,以及各个虚拟节点的排序,将各个虚拟节点映射到各个物理节点,并判断是否映射成功,是则进入步骤6;否则待物理网络中的资源释放后,返回步骤4;
步骤6.基于各个虚拟节点到物理节点的映射,根据虚拟网络请求的业务类型,按预设规则,选取每条虚拟链路的最佳物理映射路径,如无物理路径满足映射条件,则待物理网络中物理资源释放后,返回步骤4。
2.根据权利要求1所述一种无线虚拟网络中的资源映射方法,其特征在于:所述步骤2中,按如下过程,计算虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull;
首先,根据用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,获得满足如下公式:
的 表示虚拟网络请求上用户获得完全可用性带宽所对应活跃状态用户数,N表示虚拟网络请求上用户的总数,(1-δ1)表示虚拟网络请求上用户获得完全可用性带宽的概率;
然后,根据获得虚拟网络请求上用户所获完全可用性带宽bwfull。
3.根据权利要求1所述一种无线虚拟网络中的资源映射方法,其特征在于:所述步骤2中,按如下过程,计算虚拟网络请求上用户所获有限可用性带宽bwlim;
首先,根据用户开启状态下所要求网络带宽a,以及开启概率α,获得满足如下公式:
的 表示虚拟网络请求上用户获得有限可用性带宽所对应活跃状态用户数,N表示虚拟网络请求上用户的总数,(1-δ2)表示虚拟网络请求上用户获得有限可用性带宽的概率;
然后,根据获得虚拟网络请求上用户所获有限可用性带宽bwlim,其中,γ为衰减因子。
4.根据权利要求1所述一种无线虚拟网络中的资源映射方法,其特征在于:所述步骤3中,按如下公式:
bw=max{bwfull,bwlim}
获得虚拟网络请求所对应的实际带宽需求bw。
5.根据权利要求1所述一种无线虚拟网络中的资源映射方法,其特征在于:所述步骤4中,针对虚拟网络用户模型,按如下公式:
分别计算各个物理节点所对应的可用资源AR(nS),其中,AR(nS)表示某个物理节点nS所对应的可用资源,rcpu(nS)表示该物理节点nS所对应的剩余计算能力,表示与该物理节点nS直接相连的物理链路的集合,表示与该物理节点nS直接相连物理链路集合中的某条物理链路,表示与该物理节点nS直接相连物理链路集合中某条物理链路所对应的剩余带宽资源。
6.根据权利要求1所述一种无线虚拟网络中的资源映射方法,其特征在于:所述步骤4中,针对虚拟网络用户模型,按如下公式:
分别计算各个虚拟节点所对应的资源AR(nV),其中,AR(nV)表示某个虚拟节点nV所对应的资源,cpu(nV)表示该虚拟节点nV所对应的计算能力,表示与该虚拟节点nV直接相连的虚拟链路的集合,表示与该虚拟节点nV直接相连虚拟链路集合中的某条虚拟链路,表示与该虚拟节点nV直接相连虚拟链路集合中某条虚拟链路所对应的带宽资源。
7.根据权利要求1所述一种无线虚拟网络中的资源映射方法,其特征在于:所述步骤6中,基于各个虚拟节点到物理节点的映射,根据虚拟网络请求的业务类型,按如下预设规则:
若虚拟网络请求的业务类型为吞吐量敏感型业务,则选取带宽相对偏移度最小的物理映射路径;
若虚拟网络请求的业务类型为分组丢失敏感型业务,则选取分组丢包率最小的物理映射路径;
若虚拟网络请求的业务类型为时延敏感型业务,则选取时延最短的物理映射路径;
如此,获取每条虚拟链路的最佳物理映射路径。
8.根据权利要求7所述一种无线虚拟网络中的资源映射方法,其特征在于:所述步骤6预设规则中,根据如下公式:
获得物理映射路径的带宽相对偏移度bw(pS),其中,pS表示满足虚拟链路映射条件的某条物理路径,表示pS物理路径包含的物理链路,表示物理路径pS中物理链路所对应的剩余带宽资源。
9.根据权利要求7所述一种无线虚拟网络中的资源映射方法,其特征在于:所述步骤6预设规则中,根据如下公式:
获得物理映射链路的分组丢包率loss(pS),其中,pS表示满足虚拟链路映射条件的某条物理路径,表示pS物理路径包含的物理链路,表示物理路径pS中物理链路所对应的分组丢包率。
10.根据权利要求7所述一种无线虚拟网络中的资源映射方法,其特征在于:所述步骤6预设规则中,根据如下公式:
获得物理映射链路的时延delay(pS),其中,pS表示满足虚拟链路映射条件的某条物理路径,表示pS物理路径包含的物理链路,表示物理路径pS中物理链路所对应的时延。
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