CN109327340B - 一种基于动态迁移的移动无线网络虚拟网映射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于动态迁移的移动无线网络虚拟网映射方法，在对移动无线网络虚拟网映射过程中引入虚拟网动态迁移策略；通过将底层网络节点的负载情况作为虚拟网迁移指标，将高负载节点所承载的虚拟网按照约束迁移至低负载节点中从而实现虚拟网负载均衡的同时改善移动无线网络的资源利用率。本发明能够降低单节点的资源使用率，提高虚拟网嵌入成功率。

Description

一种基于动态迁移的移动无线网络虚拟网映射方法
技术领域
本发明涉及软件定义移动无线网络领域，特别是一种基于动态迁移的移动无线网络虚拟网映射方法。
背景技术
由于智能手机的推出以及他们可以支持的众多互联网应用，全球移动网络运营商正在目睹数据需求的急剧增长，各种各样的应用场景对延迟、可靠性、吞吐量的不同需求，给现有网络带来了极大的挑战。无线网的巨大成功增加了它的普遍性，从而导致了当前无线网架构无法解决的各种挑战。网络虚拟化克服了这些缺点。网络虚拟化技术在共享底层物理网络的基础上，采用虚拟化技术建立多样化平台，支持各种网络协议和架构，允许多个独立且共存的虚拟网络(VN)在同一平台上运行物理服务器。根据每个用户的多样请求，执行虚拟网络嵌入(VNE)技术，实现虚拟网的构建。
关于VNE技术的设计，该技术能够按需将虚拟网络映射到底层移动无线网络上。更具体地，VNE问题包括将虚拟节点映射到底层节点以及将虚拟链路映射到底层路径，使得满足虚拟网络的所有资源(缓存和功率)要求。这里，虚拟网络由一组虚拟节点组成，每个虚拟节点需要缓存容量来处理预定义地理区域中的数据，以及连接这些虚拟节点的一组虚拟链路，每个虚拟节点需要一些功率。另一方面，底层网络由大量移动无线节点组成，每个节点具有互联网接入能力。对比于有线网络中的映射算法，无线网络在映射过程中的输入参数并不能考虑CPU及带宽，更好的输入参数应该设置为功率。移动无线网络中通过缓存与功率相结合来决定传输的带宽。
目前现有技术中，针对基于静态物联网设备的无线网络虚拟网构建问题，普遍存在虚拟网资源的利用率低的问题。同时，某些基站在满足用户资源请求过程中，资源使用率过高，导致整网的虚拟网嵌入成功率降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于动态迁移的移动无线网络虚拟网映射方法，能够降低单节点的资源使用率，提高虚拟网嵌入成功率。
本发明采用以下方案实现：一种基于动态迁移的移动无线网络虚拟网映射方法，具体为：在对移动无线网络虚拟网映射过程中引入虚拟网动态迁移策略；通过将底层网络节点的负载情况作为虚拟网迁移指标，将高负载节点所承载的虚拟网按照约束迁移至低负载节点中从而实现虚拟网负载均衡的同时改善移动无线网络的资源利用率。
进一步地，具体包括以下步骤：
步骤S1：(软件定义网络控制器)获取底层拓扑及节点资源；资源包括缓存资源Bphy和功率资源Pphy；
步骤S2：(用户)提供请求虚拟网络拓扑及节点资源；资源包括缓存资源Breq和功率资源Preq；
步骤S3：将步骤S2的请求虚拟网络拓扑映射到步骤S1的底层拓扑，深度优先遍历底层拓扑与虚拟网络拓扑每个节点进行匹配，并判断底层拓扑的节点是否对应满足所有请求虚拟网络拓扑节点的资源请求；若满足资源请求则进入步骤S5，若不满足则进入步骤S4；
步骤S4：根据步骤S3找到使得底层拓扑节点资源不满足的节点，根据此节点上已映射的虚拟网络请求，遍历每一个已在此节点映射的虚拟网，获取映射在此节点from上虚拟网络的资源量，根据此资源量值查找底层未在此虚拟网映射的节点to的资源量，并将from的资源量与to的资源量相除，得到值V，取得最小的V值后，实现节点from迁移到节点to；迁移后，判断节点from的资源剩余量是否满足虚拟网络请求，若不满足则执行步骤S6；若满足则重复步骤S4直到虚拟网所有节点映射成功；通过遍历底层节点，将节点上的资源迁移至另一节点处使得此节点能够满足虚拟网节点映射要求。
步骤S5：返回此次虚拟网映射成功；
步骤S6：返回此次虚拟网映射失败。
进一步地，步骤S3中，判断底层拓扑的节点是否对应满足所有请求虚拟网络拓扑节点的资源请求具体为：若Breq≤Bphy且同时Preq≤Pphy，则满足。
进一步地，步骤S4中，节点to的资源量计算公式为：
toi＝alli-usei；
式中，i代表的是底层拓扑中的第i个节点。
进一步地，所述值V的得到采用下式：
Figure BDA0001868319980000031
通过上式求解获取最小的V值所在的目标节点i，将from的资源量迁移至i节点。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明通过软件定义无线网络对网络设备进行收集，生成对应的底层网络拓扑模型；通过软件定义网络计算每个基站节点的资源使用情况；通过软件定义网络计算已映射的虚拟网请求可迁移的路径；通过底层网络拓扑、节点的负载使用情况生成及输入的虚拟网请求，虚拟网映射过程中引入动态迁移，生成以最小花资源使用为目标函数计算出最优的资源分配方案。
附图说明
图1为本发明实施例的网络架构示意图。
图2为本发明实施例的基站资源抽象化表示图。
图3为本发明实施例的控制器生成的移动无线网络虚拟网映射底层拓扑图。
图4为本发明实施例的控制器生成的移动无线网络虚拟网映射动态迁移图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，转发层中包含无线网络与有线网络两部分组成。
无线网络；无线网络部分主要指的是由基站和无线网络用户组成。用户通过基站发射的无线信号进行数据的传输。每个基站的资源包括功率、缓存资源和时频资源等多种类型的物理网络资源。如图2所示即为基站资源抽象化图示表示。其中的虚拟网络调度器是存储上层控制器生成资源分配策略。随着不同用户对基站资源的需求差异，如何合理的利用有限的基站资源是降低网络功耗的不可避免的问题。
有线网络；有线网络承担的任务即实现基站与基站间的数据转发。由于无线网络的覆盖范围有限，相隔距离长的无线用户间的数据传输就需要通过有线网络代为转发，将数据转发到对端被无线信号覆盖的无线用户。
本实施例提供了一种基于动态迁移的移动无线网络虚拟网映射方法，具体为：在对移动无线网络虚拟网映射过程中引入虚拟网动态迁移策略；通过将底层网络节点的负载情况作为虚拟网迁移指标，将高负载节点所承载的虚拟网按照约束迁移至低负载节点中从而实现虚拟网负载均衡的同时改善移动无线网络的资源利用率。
在本实施例中，具体包括以下步骤：
步骤S1：(软件定义网络控制器)获取底层拓扑及节点资源；资源包括缓存资源Bphy和功率资源Pphy；
步骤S2：(用户)提供请求虚拟网络拓扑及节点资源；资源包括缓存资源Breq和功率资源Preq；
步骤S3：将步骤S2的请求虚拟网络拓扑映射到步骤S1的底层拓扑，深度优先遍历底层拓扑与虚拟网络拓扑每个节点进行匹配，并判断底层拓扑的节点是否对应满足所有请求虚拟网络拓扑节点的资源请求；若满足资源请求则进入步骤S5，若不满足则进入步骤S4；
步骤S4：根据步骤S3找到使得底层拓扑节点资源不满足的节点，根据此节点上已映射的虚拟网络请求，遍历每一个已在此节点映射的虚拟网，获取映射在此节点from上虚拟网络的资源量，根据此资源量值查找底层未在此虚拟网映射的节点to的资源量，并将from的资源量与to的资源量相除，得到值V，取得最小的V值后，实现节点from迁移到节点to；迁移后，判断节点from的资源剩余量是否满足虚拟网络请求，若不满足则执行步骤S6；若满足则重复步骤S4直到虚拟网所有节点映射成功；通过遍历底层节点，将节点上的资源迁移至另一节点处使得此节点能够满足虚拟网节点映射要求。
步骤S5：返回此次虚拟网映射成功；
步骤S6：返回此次虚拟网映射失败。
在本实施例中，步骤S3中，判断底层拓扑的节点是否对应满足所有请求虚拟网络拓扑节点的资源请求具体为：若Breq≤Bphy且同时Preq≤Pphy，则满足。
在本实施例中，步骤S4中，节点to的资源量计算公式为：
toi＝alli-usei；
式中，i代表的是底层拓扑中的第i个节点。
在本实施例中，所述值V的得到采用下式：
Figure BDA0001868319980000051
通过上式求解获取最小的V值所在的目标节点i，将from的资源量迁移至i节点。
具体的，如图3所示，当用户u4请求构建u1到u4之间的虚拟网时，由于能够接收的无线信号源为BS3，所以在虚拟网链路划分上只能是u1->BS1->BS3->u4。而此时BS3只能满足于u2和u3的无线虚拟网资源请求，则为实现u4的用户构建虚拟网的需求，就需要对网络进行重构。可行的方案如图4所示，将u2用户迁移到BS2下，释放u2在BS3下所占用的资源来满足u4的请求。
在以上步骤中，本实施例提出了一种全新的性能指标：
移动无线网络虚拟网动态迁移评估参数V，其用于刻画基站的资源迁移情况。这参数作为虚拟网用户迁移的基准指标。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种基于动态迁移的移动无线网络虚拟网映射方法，其特征在于：在对移动无线网络虚拟网映射过程中引入虚拟网动态迁移策略；通过将底层网络节点的负载情况作为虚拟网迁移指标，将高负载节点所承载的虚拟网按照约束迁移至低负载节点中从而实现虚拟网负载均衡的同时改善移动无线网络的资源利用率；
具体包括以下步骤：
步骤S1：获取底层拓扑及节点资源；资源包括缓存资源Bphy和功率资源Pphy；
步骤S2：提供请求虚拟网络拓扑及节点资源；资源包括缓存资源Breq和功率资源Preq；
步骤S3：将步骤S2的请求虚拟网络拓扑映射到步骤S1的底层拓扑，深度优先遍历底层拓扑与虚拟网络拓扑每个节点进行匹配，并判断底层拓扑的节点是否对应满足所有请求虚拟网络拓扑节点的资源请求；若满足资源请求则进入步骤S5，若不满足则进入步骤S4；
步骤S4：根据步骤S3找到使得底层拓扑节点资源不满足的节点，根据此节点上已映射的虚拟网络请求，遍历每一个已在此节点映射的虚拟网，获取映射在此节点上虚拟网络的资源量from，根据此资源量from值查找底层未在此虚拟网映射的节点to的资源量，并将此节点的资源量from与节点to的资源量相除，得到值V，取得最小的V值后，实现此节点的资源量from迁移到节点to；迁移后，判断节点from的资源剩余量是否满足虚拟网络请求，若不满足则执行步骤S6；若满足则重复步骤S4直到虚拟网所有节点映射成功；
步骤S5：返回此次虚拟网映射成功；
步骤S6：返回此次虚拟网映射失败；
其中，步骤S3中，判断底层拓扑的节点是否对应满足所有请求虚拟网络拓扑节点的资源请求具体为：若Breq≤Bphy且同时Preq≤Pphy，则满足。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态迁移的移动无线网络虚拟网映射方法，其特征在于：步骤S4中，节点to的资源量计算公式为：
toi＝alli-usei；
式中，i代表的是底层拓扑中的第i个节点。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态迁移的移动无线网络虚拟网映射方法，其特征在于：所述值V的得到采用下式：
Figure FDA0003214837390000021
通过上式求解获取最小的V值所在的目标节点i，将资源量from迁移至i节点。
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