CN107566194B - 一种实现跨域虚拟网络映射的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现跨域虚拟网络映射的方法，属于通信技术领域。该方法在用户产生业务请求之后，由服务提供商发起多域虚拟网络请求的构建，在底层跨域融合网络中选取合适的节点和路径承载多域虚拟网络请求的资源需求。该方法通过分析虚拟网络请求与底层物理网络中节点的局部和全局拓扑属性，结合网络本地资源属性，采用改进后的主成分分析法建立节点多属性评价模型，并基于此评价模型利用逼近理想解排序法对映射过程中节点的优先性进行度量，同时分析底层链路负载压力分布，为虚拟链路选择资源充足的承载路径，可以更好地利用底层多域网络资源，提高了多域虚拟网络请求的构建成功率，网络收益开销比增大，有效提高资源分配均衡性，并能减小网络映射时延。

Description

一种实现跨域虚拟网络映射的方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种实现跨域虚拟网络映射的方法。

背景技术

跨域底层物理网络由异构无线接入网、光网络骨干网和数据中心网组成。不同的网络层拥有不同的物理网络资源，如无线频域时域二维资源块资源、无线回程带宽资源、光纤频谱资源以及IT计算资源等，层内与层间的通信技术各不相同，传统的网络架构各层之间彼此独立、封闭且不灵活，不能满足5G业务的需求。如何实现跨域底层网络设施的层间协作及物理网络资源的统一管理是目前研究面临的关键挑战。

跨域跨技术网络虚拟化技术为目前的跨域底层网络提供了一种高效的管理方式，通过将底层多域网络资源进行抽象，形成物理资源共享池，可以对物理多域网络资源实现统一管理和调度，以及实现跨域底层网络的有效融合与共存。在满足用户不同业务需求的同时，方便底层多域网络资源的管理，提高底层多域网络资源的利用率。

目前，关于跨域虚拟网络映射问题的研究还比较少，因此，深入分析跨域融合网络环境下的拓扑属性和资源属性，实现虚拟网络的高效映射和底层网络资源的有效利用是实现5G网络的一个急需要解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实现跨域虚拟网络映射的方法，能够在映射过程中基于网络的拓扑属性和资源属性衡量虚拟网络请求和底层物理网络各自的映射重要性，从而提高跨域虚拟网络请求的构建成功率和多域网络资源的高效利用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种实现跨域虚拟网络映射的方法，该方法包括以下步骤：

S1：构建跨域虚拟网络映射模型；

S2：根据跨域虚拟网络映射模型计算目前网络中节点的拓扑属性值和资源属性值，确定节点多属性评价模型，然后通过定义链路资源单价来反映网络负载分布情况；

S3：为虚拟节点选取最优的底层节点进行部署，然后基于虚拟节点的承载物理节点，为虚拟链路选取最优的底层路径进行部署，完成节点映射过程和链路映射过程。

进一步，步骤S1中所述跨域虚拟网络映射模型包括底层跨域融合网络模型和多域虚拟网络请求模型；

所述底层跨域融合网络模型为：底层跨域融合网络被标记为带权无向图

其中N^S表示底层物理节点的集合，包括异构无线接入网节点集合

骨干网交换节点集合

和数据中心节点集合

且

L^S表示底层物理链路的集合，包括无线回程链路集合

和光纤物理链路集合

且

与

分别表示底层物理节点n^S和底层物理链路l^S具有的属性，且n^S∈N^S,l^S∈L^S；

多域虚拟网络请求被标记为带权无向图

其中N^V为虚拟节点的集合，即

L^V为虚拟链路的集合，即

与

分别表示虚拟节点n^V与虚拟链路l^V的资源请求，且n^V∈N^V,l^V∈L^V；

所有底层网络的无环路路径标记为P^S；

虚拟节点的资源请求考虑虚拟无线接入网节点的信道资源请求RB(n^V)、虚拟骨干网交换节点、虚拟数据中心节点的计算资源需求CPU(n^V)、地理位置Loc(n^V)和每个虚拟节点的可映射范围D(n^V)，虚拟链路的资源请求考虑该虚拟链路的带宽资源需求BW(l^V)；

对于一个多域虚拟网络请求，表示为一个三元组VNR^(k)(G^V,t_a,t_d)，其中t_a表示多域虚拟网络请求的生成时刻，t_d表示多域虚拟网络请求在底层网络中持续的时间；

虚拟请求映射需要满足以下资源约束条件：

dis(loc(n^V),loc(n^S))≤D(n^V)

其中，dis(i,j)表示两个节点之间的距离，D(n^V)为虚拟节点的可映射范围，cpu^V(n)为虚拟节点的资源请求量大小，cpu^S(n)为物理节点的可用资源量大小。

进一步，所述底层物理节点n^S具有的属性包括异构无线接入网节点可用频域时域二维资源块资源

骨干网交换节点可用计算资源

数据中心节点可用计算资源

且

此外，还包括物理节点的地理位置Loc(n^S)；

所述底层物理链路l^S具有的属性包括无线回程链路的可用带宽资源

和光纤物理链路的可用频谱资源

且

进一步，步骤S3所述节点映射过程包括步骤：

S301a：计算虚拟节点的度值和中介中心度值，然后结合节点资源需求量和节点本地带宽资源需求量建立节点多属性评价模型，基于此评价模型利用主成分分析法得到新的主成分指标，通过逼近理想解算法计算得到虚拟节点的映射优先级值，将所有虚拟节点按照映射优先级值降序排列，选择优先级值最大的虚拟节点进行映射；

S302a：计算选出的虚拟节点的备用物理节点集合，根据物理网络拓扑计算备用物理节点集合中的所有物理节点的度值和紧密中心度值，然后结合节点可用资源量和节点本地可用带宽资源量建立节点多属性评价模型，基于此评价模型利用主成分分析法得到新的主成分指标，通过逼近理想解算法计算得到物理节点的映射优先级值，将所有物理节点按照映射优先级值降序排列；

S303a：选出映射优先级值最大的物理节点部署所选取的虚拟节点；

步骤S3所述链路映射过程包括步骤：

S301b：根据物理网络可用链路资源计算链路资源成本系数；

S302b：确定虚拟链路两端的虚拟节点所对应的底层承载节点，以链路资源成本系数作为权重，采用K最短路径算法找到两物理节点之间的k条最短路径，选取备用路径中链路跳数最小且路径带宽满足虚拟链路带宽资源请求的底层路径完成相应虚拟链路的部署。

本发明的有益效果在于：本发明的跨域虚拟网络映射方法，结合底层网络本地可用物理资源，对物理网络和虚拟网络中节点间拓扑连接关系进行局部和全局分析，利用主成分分析法建立新的节点多属性评价模型，并基于此模型通过TOPSIS方法对映射过程中节点的优先性进行度量，提出了基于网络可用资源和动态拓扑属性的跨域虚拟网络映射算法。在链路映射过程中，分析底层链路负载压力分布，减少链路映射成本，有效提高后续多域虚拟网络映射成功率和映射收益。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的跨域融合网络映射架构图；

图2为节点中心性示例图；

图3为本发明流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

1构建跨域虚拟网络映射模型

如图1、2所示，跨域虚拟网络映射模型包括底层跨域融合网络模型和多域虚拟网络请求模型。底层跨域融合网络可被标记为带权无向图

其中N^S表示底层物理节点的集合，包括异构无线接入网节点集合

骨干网交换节点集合

和数据中心节点集合

且

L^S表示底层物理链路的集合，包括无线回程链路集合

和光纤物理链路集合

且

与

分别表示底层物理节点n^S(n^S∈N^S)与底层物理链路l^S(l^S∈L^S)所具有的属性。物理节点n^S具有的属性包括异构无线接入网节点可用频域时域二维资源块资源

骨干网交换节点可用计算资源

数据中心节点可用计算资源

且

此外，还包括物理节点的地理位置Loc(n^S)等，而物理链路l^S的属性包括无线回程链路的可用带宽资源

和光纤物理链路的可用频谱资源

且

所有底层网络的无环路路径可标记为P^S。

多域虚拟网络请求被标记为带权无向图

其中N^V为虚拟节点的集合，即

L^V为虚拟链路的集合，即

与

分别表示虚拟节点n^V(n^V∈N^V)与虚拟链路l^V(l^V∈L^V)的资源请求。一般来讲，虚拟节点的资源请求主要考虑虚拟无线接入网节点的信道资源请求RB(n^V)、虚拟骨干网交换节点和虚拟数据中心节点的计算资源需求CPU(n^V)以及地理位置Loc(n^V)，每个虚拟节点的可映射范围D(n^V)，虚拟链路的资源请求主要考虑该虚拟链路的带宽资源需求BW(l^V)。对于一个多域虚拟网络请求，可表示为一个三元组VNR^(k)(G^V,t_a,t_d)，其中t_a表示多域虚拟网络请求的生成时刻，t_d表示多域虚拟网络请求在底层网络中持续的时间。

虚拟请求映射需要满足以下资源约束条件：

dis(loc(n^V),loc(n^S))≤D(n^V)

其中，dis(i,j)表示两个节点之间的距离，cpu^V(n)为虚拟节点的可映射范围，cpu^V(n)为虚拟节点的资源请求量大小，cpu^S(n)为物理节点的可用资源量大小。

2***分析

节点本地带宽资源为与该节点相连的所有链路上带宽资源的和除以邻接链路条数。

对于每个底层节点n∈N^S，节点本地带宽资源为：

为了反映物理链路的资源分配情况，定义物理链路的单位资源成本为剩余带宽资源大小的倒数，可用资源多的物理链路单位资源成本系数小。

其中，η调节权重系数，用来调节资源成本系数的取值，本发明取值为1。

3映射基本步骤

如图3所示，为本发明流程图。

3.1节点映射过程

首先为两个虚拟节点寻找在各自范围内可以映射的物理节点集合，即满足dis(loc(n^V),loc(n^S))≤D(n^V)条件。

根据虚拟网络请求拓扑计算虚拟节点的度值和中介中心度值，然后结合节点资源需求量和节点本地带宽资源需求量建立节点多属性评价模型，基于此评价模型利用主成分分析法得到新的主成分指标，通过逼近理想解算法计算得到虚拟节点的映射优先级值，将所有虚拟节点按照映射优先级值降序排列，选择优先级值最大的虚拟节点进行映射。

计算选出的虚拟节点的备用物理节点集合，根据物理网络拓扑计算备用物理节点集合中的所有物理节点的度值和紧密中心度值，然后结合节点可用资源量和节点本地可用带宽资源量建立节点多属性评价模型，基于此评价模型利用主成分分析法得到新的主成分指标，通过逼近理想解算法计算得到物理节点的映射优先级值，将所有物理节点按照映射优先级值降序排列，选择优先级值最大的物理节点进行部署。

3.2链路映射过程

在完成请求中所有虚拟节点的部署后，开始进行虚拟链路的映射处理。在物理路径选择过程中，以链路带宽资源成本系数为权重，采取K-最短路径算法，选择一条可用带宽满足请求中带宽需求的物理路径作为虚拟链路的承载路径。如果该路径带宽满足虚拟链路资源需求，则映射成功，并更新可用资源大小；否则链路映射失败。

(1)把需要进行网络映射的多域虚拟网络请求按照其映射收益的大小进行降序排列，即优先将收益大的多域虚拟网络请求进行映射；

(2)按照设定的映射周期，从步骤(1)所述的队列中，依次提取出收益最大的多域虚拟网络请求进行映射；如果一个多域虚拟网络请求在本映射周期内映射失败，则该多域虚拟网络请求被丢弃。

发明人对本发明所提的方法进行了大量仿真实验，实验结果证明本发明的方法是有效的，并能提高多域虚拟网络请求的映射成功率。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种实现跨域虚拟网络映射的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：构建跨域虚拟网络映射模型；

S2：根据跨域虚拟网络映射模型计算目前网络中节点的拓扑属性值和资源属性值，确定节点多属性评价模型，然后通过定义链路资源单价来反映网络负载分布情况；

S3：为虚拟节点选取最优的底层物理节点进行部署，然后基于虚拟节点的承载物理节点，为虚拟链路选取最优的底层物理路径进行部署，完成节点映射过程和链路映射过程；

步骤S1中所述跨域虚拟网络映射模型包括底层跨域融合网络模型和多域虚拟网络请求模型；

所述底层跨域融合网络模型为：底层跨域融合网络被标记为带权无向图

其中N^S表示底层物理节点的集合，包括异构无线接入网节点集合

骨干网交换节点集合

和数据中心节点集合

且

L^S表示底层物理链路的集合，包括无线回程链路集合

和光纤物理链路集合

且

与

分别表示底层物理节点n^S和底层物理链路l^S具有的属性，且n^S∈N^S,l^S∈L^S；

为虚拟异构无线接入节点结合，

为虚拟骨干网交换节点集合，

虚拟数据中心节点集合；

为虚拟无线回程链路集合，

为虚拟光纤物理链路集合；

多域虚拟网络请求被标记为带权无向图

其中N^V为虚拟节点的集合，即

L^V为虚拟链路的集合，即

与

分别表示虚拟节点n^V与虚拟链路l^V的资源请求，且n^V∈N^V,l^V∈L^V；

所有底层网络的无环路路径标记为P^S；

虚拟节点的资源请求考虑虚拟无线接入网节点的信道资源请求RB(n^V)、虚拟骨干网交换节点、虚拟数据中心节点的计算资源需求CPU(n^V)、地理位置Loc(n^V)和每个虚拟节点的可映射范围D(n^V)，虚拟链路的资源请求考虑该虚拟链路的带宽资源需求BW(l^V)；

对于一个多域虚拟网络请求，表示为一个三元组VNR^(k)(G^V,t_a,t_d)，其中t_a表示多域虚拟网络请求的生成时刻，t_d表示多域虚拟网络请求在底层网络中持续的时间；k表示第k个VNR；

虚拟请求映射需要满足以下资源约束条件：

dis(loc(n^V),loc(n^S))≤D(n^V)

其中，dis(i,j)表示两个节点之间的距离，D(n^V)为虚拟节点的可映射范围，cpu^V(n)为虚拟节点的资源请求量大小，cpu^S(n)为物理节点的可用资源量大小；loc表示节点的地理坐标值。

2.如权利要求1所述的一种实现跨域虚拟网络映射的方法，其特征在于：所述底层物理节点n^S具有的属性包括异构无线接入网节点可用频域时域二维资源块资源

骨干网交换节点可用计算资源

数据中心节点可用计算资源

且

此外，还包括物理节点的地理位置Loc(n^S)；

所述底层物理链路l^S具有的属性包括无线回程链路的可用带宽资源

和光纤物理链路的可用频谱资源

且

3.如权利要求1所述的一种实现跨域虚拟网络映射的方法，其特征在于：步骤S3所述节点映射过程包括步骤：

S301a：计算虚拟节点的度值和中介中心度值，然后结合节点资源需求量和节点本地带宽资源需求量建立节点多属性评价模型，基于此评价模型利用主成分分析法得到新的主成分指标，通过逼近理想解算法计算得到虚拟节点的映射优先级值，将所有虚拟节点按照映射优先级值降序排列，选择优先级值最大的虚拟节点进行映射；

S302a：计算选出的虚拟节点的备用物理节点集合，根据物理网络拓扑计算备用物理节点集合中的所有物理节点的度值和紧密中心度值，然后结合节点可用资源量和节点本地可用带宽资源量建立节点多属性评价模型，基于此评价模型利用主成分分析法得到新的主成分指标，通过逼近理想解算法计算得到物理节点的映射优先级值，将所有物理节点按照映射优先级值降序排列；

S303a：选出映射优先级值最大的物理节点部署所选取的虚拟节点；

步骤S3所述链路映射过程包括步骤：

S301b：根据物理网络可用链路资源计算链路资源成本系数；

S302b：确定虚拟链路两端的虚拟节点所对应的底层承载物理节点，以链路资源成本系数作为权重，采用K-最短路径算法找到两物理节点之间的k条最短路径，选取k条最短路径中链路跳数最小且路径带宽满足虚拟链路带宽资源请求的底层物理路径完成相应虚拟链路的部署。

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