CN111245701A - 一种基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法，涉及计算机网络技术领域，尤其涉及虚拟网络映射，本方法能有效减少虚拟链路的物理链路条数。本发明在链路优先映射方法的基础上，将随机链路映射改为以链路距离最小化为目标的映射方式，并且新定义一种链路综合带宽度量指标，综合考虑链路自身的带宽和邻接链路的带宽，然后将最大加权匹配中的首条虚拟链路映射到综合带宽度量指标最大的物理链路上，提升后续的映射成功概率。通过上述方案，本发明能够有效减少虚拟网络映射结果中虚拟链路的平均物理链路条数，并提升虚拟网络的接受率。

Description

一种基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法
技术领域
本发明属于计算机网络技术领域，特别涉及一种基于最大加权匹配的链路优先映射方法。
背景技术
网络虚拟化技术可以在底层物理网络上创建出多个逻辑上相互独立的虚拟网络，虚拟网络映射问题是网络虚拟化领域的重要研究内容，高效的虚拟网络映射算法可以提升网络资源利用率，提供高质量的虚拟网络映射结果。
虚拟网络映射问题本质上是研究如何对物理网络的资源进行合理分配，但这种资源分配问题具有许多新特性，如请求的资源和待分配的资源均具有网络结构，分配资源的约束条件较多，因此是极具挑战性的。如何设计虚拟网络映射算法高效合理地进行虚拟网络映射是网络虚拟化领域的关键技术。
目前虚拟网络映射算法分为精确解算法和非精确解算法。精确解算法的总体思路是基于最优化理论，将虚拟网络映射问题建模并划归到数学规划问题，通过最优化理论求得数学规划问题的最优解。非精确解法一般通过启发式的方式，利用待解问题的特性，通过特定的求解方式，在可接受的时间内给出较优的可行解。
不同算法对虚拟网络映射失败的情况也做了不同的处理，一类是直接拒绝映射失败的虚拟网络请求，每一个虚拟网络请求到达便立即处理以保证应用场景所需的实时性。另一类则设计了带时间窗的处理模型，将在同一个时间窗内到达的虚拟网络请求按照其可能带来的收益进行从大到小的排序并依次尝试映射。将映射失败的虚拟网络请求放回等待队列，在下一个时间窗口中将等待队列中的虚拟网络请求取出并和新到达的虚拟网络请求一同处理，若超过指定的时间还没有被映射的请求将被拒绝。这样处理虽然可以提升运营商的收益，但是虚拟网络请求必须要等到时间窗口结束后才集中处理，这样用户申请虚拟网络请求的实时性将无法被满足。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题在于提供一种基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法，包括以下步骤：
步骤一：计算给定的网络拓扑图的最大加权匹配；
步骤二：将最大加权匹配中所有的虚拟链路按照带宽需求进行降序排序，对首条待映射的虚拟链路，将其映射到链路综合带宽度量指标值最大的物理链路上，其余虚拟链路依次以链路距离最小为目标选择物理链路，即选择与被映射的物理链路之间平均距离最小的物理链路；
步骤三：剩余未映射的虚拟节点按照资源值的大小进行降序排序，然后依次映射到使整体链路资源开销最小的物理节点上；
步骤四：剩余未被映射的虚拟链路使用KSP映射算法进行映射。
其中，步骤二中链路综合带宽度量指标值的计算公式为：
Figure BDA0002376359920000021
其中cb(li)表示当前物理链路li的综合带宽度量指标值；N(li)表示li的邻接链路，即与li有共同节点的链路；权值γ∈(0,1)，调节当前物理链路和邻接链路之间的相对权重，当γ＝0时，式子即退化为链路带宽，仅用链路自身的带宽值作为链路重要性的指标；γ越大，则邻接链路的带宽值影响越大，
Figure BDA0002376359920000022
表示邻接链路lj在当前物理链路li的所有邻接链路中所占的比重；nbw(li)和nbw(lj)分别表示当前物理链路li和邻接链路lj的链路带宽。
其中，步骤二中链路距离计算公式为：
Figure BDA0002376359920000023
其中dis(la,b,lc,d)表示物理链路la,b与物理链路lc,d的距离；sp(node1,node2)表示节点node1到节点node2之间的最短路径的长度，a,b和c,d分别为两条物理链路的两个节点。
其中，步骤三中物理节点的链路资源开销计算公式为：
Figure BDA0002376359920000031
其中
Figure BDA0002376359920000032
为还未被映射的虚拟节点，
Figure BDA0002376359920000033
Figure BDA0002376359920000034
为所有未被映射的虚拟节点集合；
Figure BDA0002376359920000035
是属于最大加权匹配中的某一已被映射的虚拟链路，
Figure BDA0002376359920000036
表示虚拟链路
Figure BDA0002376359920000037
的链路带宽需求，
Figure BDA0002376359920000038
和
Figure BDA0002376359920000039
之间存在虚拟链路；
Figure BDA00023763599200000310
表示物理节点
Figure BDA00023763599200000311
到物理节点
Figure BDA00023763599200000312
的最短路径所含的物理链路条数；
Figure BDA00023763599200000313
为网络中所有与
Figure BDA00023763599200000314
相连的虚拟链路集合；
Figure BDA00023763599200000315
Figure BDA00023763599200000316
为网络请求中未被映射过的物理节点，
Figure BDA00023763599200000317
为
Figure BDA00023763599200000318
所映射到的物理节点。
其中，步骤四具体为：
计算出待映射虚拟链路的两个虚拟节点所映射到的两个物理节点之间的前K条最短路径，将最短路径根据路径的跳数升序进行排列，依次检查最短路径上所有的物理链路的剩余带宽资源是否满足待映射虚拟链路的带宽需求；若满足，则将待映射虚拟链路映射到第一条满足条件的最短路径上；若检查完K条最短路径仍没有满足条件的，则虚拟链路映射失败；其中K为设定值。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明提出了一种链路综合带宽度量指标，以此综合考虑链路自身的带宽和邻接链路的带宽，提升后续链路的映射成功率；提出链路距离，使映射使用到的物理链路尽可能聚拢在一起，减少虚拟链路的平均物理链路条数。
附图说明
图1为具体实施方案的流程示意图；
具体实施方式
以下结合附图，对本发明进一步说明：
请参阅图1，基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法,包括以下步骤：
步骤一：计算给定的网络拓扑图的最大加权匹配；
步骤二：根据一条虚拟链路映射到一条物理链路的原则，映射最大加权匹配中的所有虚拟链路。按照虚拟链路的带宽需求进行降序排序病依次进行映射，对首条待映射的虚拟链路，将其映射到链路综合带宽度量指标值最大的物理链路上，其余虚拟链路以链路距离最小为目标选择物理链路，即选择与已被映射使用到的物理链路的平均链路距离最小的物理链路；
链路综合带宽度量指标值的计算公式为：
Figure BDA0002376359920000041
其中cb(li)表示当前物理链路li的综合带宽度量指标值；N(li)表示li的邻接链路，即与li有共同节点的链路；权值γ∈(0,1)，调节当前物理链路和邻接链路之间的相对权重，当γ＝0时，式子即退化为链路带宽，仅用链路自身的带宽值作为链路重要性的指标；γ越大，则邻接链路的带宽值影响越大，
Figure BDA0002376359920000042
表示邻接链路lj在当前物理链路li的所有邻接链路中所占的比重；nbw(li)和nbw(lj)分别表示当前物理链路li和邻接链路lj的链路带宽。
链路距离计算公式为：
Figure BDA0002376359920000043
其中dis(la,b,lc,d)表示物理链路la,b与物理链路lc,d的距离；sp(node1,node2)表示节点node1到节点node2之间的最短路径的长度，a,b和c,d分别为两条物理链路的两个节点。
具体的过程在Step1中。
Step 1
Figure BDA0002376359920000044
Figure BDA0002376359920000051
步骤三：映射剩余未被映射的虚拟节点。剩余的未映射节点按照虚拟节点资源值的大小进行降序排序，然后依次映射，即资源值越大的虚拟节点越先被映射，依次映射到使整体链路资源开销最小的物理节点上。虚拟节点的资源值计算公式为：
Figure BDA0002376359920000052
其中CPU(nV)、BW(lV)分别表示虚拟节点nV的CPU资源需求和虚拟链路lV的带宽资源需求；Neib(nV)表示与虚拟节点nV相连的虚拟链路。
为了使资源开销最小化，需要计算所有满足资源约束条件的物理节点的资源开销并进行排序。若将待映射的虚拟节点
Figure BDA0002376359920000053
映射到物理节点
Figure BDA0002376359920000054
上，则这种虚拟节点映射方案所消耗的链路资源开销的计算公式为：
Figure BDA0002376359920000061
其中，
Figure BDA0002376359920000062
为还未被映射的虚拟节点，
Figure BDA0002376359920000063
Figure BDA0002376359920000064
为所有未被映射的虚拟节点集合；
Figure BDA0002376359920000065
是属于最大加权匹配中的某一已被映射的虚拟链路，
Figure BDA0002376359920000066
表示虚拟链路
Figure BDA0002376359920000067
的链路带宽需求，
Figure BDA0002376359920000068
和
Figure BDA0002376359920000069
之间存在虚拟链路；
Figure BDA00023763599200000610
表示物理节点
Figure BDA00023763599200000611
到物理节点
Figure BDA00023763599200000612
的最短路径所含的物理链路条数；
Figure BDA00023763599200000613
为网络中所有与
Figure BDA00023763599200000614
相连的虚拟链路集合；
Figure BDA00023763599200000615
Figure BDA00023763599200000616
为网络请求中未被映射过的物理节点，
Figure BDA00023763599200000617
为
Figure BDA00023763599200000618
所映射到的物理节点。
映射剩余未被映射的虚拟节点的具体过程如step2所示。
Step 2
Figure BDA00023763599200000619
Figure BDA0002376359920000071
步骤四：映射剩余未被映射的虚拟链路。虚拟节点映射方案在所有虚拟节点都映射完毕后就已经确定，剩余未被映射的虚拟链路只需要使用KSP映射算法即可完成映射。具体为：计算出待映射虚拟链路的两个虚拟节点所映射到的两个物理节点之间的前K条最短路径，将最短路径根据路径的跳数升序进行排列，依次检查最短路径上所有的物理链路的剩余带宽资源是否满足待映射虚拟链路的带宽需求；若满足，则将待映射虚拟链路映射到第一条满足条件的最短路径上；若检查完K条最短路径仍没有满足条件的，则虚拟链路映射失败；其中K为设定值。
具体的映射过程如step3所示。
Step 3
Figure BDA0002376359920000072
Figure BDA0002376359920000081
尽管为说明目的公开了本发明的具体实施方案和附图，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，但那是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书实施方案和附图所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：计算给定的网络拓扑图的最大加权匹配；
步骤二：将最大加权匹配中所有的虚拟链路按照带宽需求进行降序排序，对首条待映射的虚拟链路，将其映射到链路综合带宽度量指标值最大的物理链路上，其余虚拟链路依次以链路距离最小为目标选择物理链路，即选择与被映射的物理链路之间平均距离最小的物理链路；
步骤三：剩余未映射的虚拟节点按照资源值的大小进行降序排序，然后依次映射到使整体链路资源开销最小的物理节点上；
步骤四：剩余未被映射的虚拟链路使用KSP映射算法进行映射。
2.根据权利要求1所述的基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤二中链路综合带宽度量指标值的计算公式为：
Figure FDA0002376359910000011
其中cb(li)表示当前物理链路li的综合带宽度量指标值；N(li)表示li的邻接链路，即与li有共同节点的链路；权值γ∈(0,1)，调节当前物理链路和邻接链路之间的相对权重，当γ＝0时，式子即退化为链路带宽，仅用链路自身的带宽值作为链路重要性的指标；γ越大，则邻接链路的带宽值影响越大，
Figure FDA0002376359910000012
表示邻接链路lj在当前物理链路li的所有邻接链路中所占的比重；nbw(li)和nbw(lj)分别表示当前物理链路li和邻接链路lj的链路带宽。
3.根据权利要求1所述的基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤二中链路距离计算公式为：
Figure FDA0002376359910000013
其中dis(la,b,lc,d)表示物理链路la,b与物理链路lc,d的距离；sp(node1,node2)表示节点node1到节点node2之间的最短路径的长度，a,b和c,d分别为两条物理链路的两个节点。
4.根据权利要求1所述的基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤三中物理节点的链路资源开销计算公式为：
Figure FDA0002376359910000021
其中
Figure FDA0002376359910000022
为还未被映射的虚拟节点，
Figure FDA0002376359910000023
Figure FDA0002376359910000024
为所有未被映射的虚拟节点集合；
Figure FDA0002376359910000025
是属于最大加权匹配中的某一已被映射的虚拟链路，
Figure FDA0002376359910000026
表示虚拟链路
Figure FDA0002376359910000027
的链路带宽需求，
Figure FDA0002376359910000028
和
Figure FDA0002376359910000029
之间存在虚拟链路；
Figure FDA00023763599100000210
表示物理节点
Figure FDA00023763599100000211
到物理节点
Figure FDA00023763599100000212
的最短路径所含的物理链路条数；
Figure FDA00023763599100000213
为网络中所有与
Figure FDA00023763599100000214
相连的虚拟链路集合；
Figure FDA00023763599100000215
Figure FDA00023763599100000216
为网络请求中未被映射过的物理节点，
Figure FDA00023763599100000217
为
Figure FDA00023763599100000218
所映射到的物理节点。
5.根据权利要求1所述的基于最大加权匹配的链路优先虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤四具体为：
计算出待映射虚拟链路的两个虚拟节点所映射到的两个物理节点之间的前K条最短路径，将最短路径根据路径的跳数升序进行排列，依次检查最短路径上所有的物理链路的剩余带宽资源是否满足待映射虚拟链路的带宽需求；若满足，则将待映射虚拟链路映射到第一条满足条件的最短路径上；若检查完K条最短路径仍没有满足条件的，则虚拟链路映射失败；其中K为设定值。
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