CN112636961A - 网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法 - Google Patents

网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法 Download PDF

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CN112636961A CN202011478834.5A CN202011478834A CN112636961A CN 112636961 A CN112636961 A CN 112636961A CN 202011478834 A CN202011478834 A CN 202011478834A CN 112636961 A CN112636961 A CN 112636961A
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Abstract

本发明公开了一种网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配算法，包括如下步骤：建立包括底层网络和虚拟网络的虚拟网资源分配模型；根据底层节点的CPU资源和底层链路的带宽资源计算底层节点的可靠性，获取底层节点可靠性排序集合；根据虚拟节点所需的CPU资源和虚拟链路所需的带宽资源计算虚拟节点和虚拟链路的可靠性，获取虚拟节点可靠性排序集合和虚拟链路可靠性排序集合；根据虚拟节点可靠性排序集合和底层节点可靠性排序集合为虚拟节点分配资源；查找虚拟链路所映射的备选路径，根据备选路径中底层链路的可靠性概率值计算可靠性系数，采用分流策略为虚拟链路分配资源。本发明提升了虚拟网分配的底层网络资源的可靠性。

Description

网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法
技术领域
本发明涉及电力通信网资源管理技术领域，特别是涉及一种网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法。
背景技术
网络切片技术是5G网络的核心技术。在网络切片环境下，现有的基础网络被划分为底层网络和虚拟网络。底层网络提供商负责建设基础网络资源，虚拟网络提供商通过从底层网络提供商租用底层网络资源，快速搭建虚拟网络和部署特定的虚拟网业务，从而为用户提供服务。如何将底层网络资源分配给虚拟网络已成为一个重要的研究内容。
为提高虚拟网映射成功率，文献[Chowdhury S R,Ahmed R,Shahriar N,etal.Revine:Reallocation of virtual network embedding to eliminate substratebottlenecks[C]//2017IFIP/IEEE Symposium on Integrated Network and ServiceManagement(IM).IEEE,2017:116-124.]将资源分配问题建模为整数规划问题，并提出启发式算法求解最优解。为提升底层网络资源利用率，文献[Dolati M,Hassanpour S B,Ghaderi M,et al.DeepViNE:Virtual network embedding with deep reinforcementlearning[C]//IEEE INFOCOM 2019-IEEE Conference on Computer CommunicationsWorkshops(INFOCOM WKSHPS).IEEE,2019:879-885.]分析了网络资源分配问题与卷积神经网络模型的关系，将网络资源分配问题使用图像识别方法进行建模，并提出基于深度学习的资源分配算法。考虑到资源分配问题受到底层网络的动态性影响，文献[Jahani A,Khanli L M,Hagh M T,et al.EE-CTA:Energy efficient,concurrent and topology-aware virtual network embedding as a multi-objective optimization problem[J].Computer Standards&Interfaces,2019.1-17]提出基于遗传算法的资源分配算法，该算法具有较好的动态适应能力。在动态网络环境下的资源分配方面，文献[Dehury C K,SahooP K.DYVINE:fitness-based dynamic virtual network embedding in cloud computing[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2019,37(5):1029-1045.]采用动态规划理论对问题进行了求解。在具体网络环境应用方面，文献[Soto P,Botero JF.Greedy randomized path-ranking virtual optical network embedding onto EON-based substrate networks[C]In:2017IEEE Colombian Conference on Communicationsand Computing(COLCOM).Colombia:IEEE,2017:1-6.]将网络虚拟化技术应用到光网络的资源管理领域，并提出具有迁移功能的资源分配算法，较好的提升了光网络的资源利用率。对于具体的端到端网络资源分配问题，文献[W.Guan,X.Wen,L.Wang,et al.A service-oriented deployment policy of end-to-end network slicing based on complexnetwork theory[J].IEEE Access,2018,6:19691-19701.]将虚拟网资源管理与端到端资源管理问题进行联合建模，提出基于网络切片技术的端到端资源部署算法。在分布式资源管理领域，文献[Mijumbi R,Serrat J,Gorricho J L,et al.Design and evaluation ofalgorithms for mapping and scheduling of virtual network functions[C]//Proceedings of the 2015 1st IEEE Conference on Network Softwarization(NetSoft).IEEE,2015:1-9.]提出自适应的虚拟网资源分配算法，解决网络可靠性低的问题。
当前已有研究已经取得较多的研究成果，但是，由于部分虚拟网服务对底层网络的可靠性要求较高，已有研究虽解决了网络可靠性低的问题，但依然没有很好地解决提高虚拟网获得底层网络资源的可靠性问题。
发明内容
针对底层网络经常为较多的虚拟网分配不能满足可靠性要求的网络资源的技术问题，本发明提出了一种网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法。
一种网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，包括以下步骤：
S1，建立虚拟网资源分配模型，所述虚拟网资源分配模型包括底层网络和虚拟网络，底层网络包括底层节点和底层链路，虚拟网络包括虚拟节点和虚拟链路；
S2，根据底层节点的CPU资源和底层链路的带宽资源计算底层节点的可靠性，根据底层节点的可靠性获取底层节点可靠性排序集合；根据虚拟节点所需的CPU资源和虚拟链路所需的带宽资源分别计算虚拟节点的可靠性和虚拟链路的可靠性，根据虚拟节点和虚拟链路的可靠性获取虚拟节点可靠性排序集合和虚拟链路可靠性排序集合；
S3，根据步骤S2所得到的虚拟节点可靠性排序集合和底层节点可靠性排序集合依次为虚拟网络中的虚拟节点分配资源；
S4，查找虚拟网络中虚拟链路所映射的底层节点之间的备选路径，根据备选路径中底层链路的可靠性概率值计算每条备选路径的可靠性系数，根据各备选路径的可靠性系数和虚拟链路可靠性排序集合采用分流策略为虚拟链路分配资源。
本发明的有益效果：
本发明根据底层网络资源所在地理位置区域的可靠性，分析计算底层网络资源的可靠性，依据所计算出的底层网络资源的可靠性为虚拟节点分配资源，提升了虚拟网的可靠性。基于可靠性系数和虚拟链路可靠性排序集合采用分流策略为虚拟链路分配资源，具有较好的应用效果和性能，实现了不同网络规模和网络可靠性环境下均可以为较多的虚拟网分配满足可靠性要求的底层网络资源，提升了虚拟网分配的底层网络资源的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程示意图。
图2为底层网络规模对算法性能影响的示意图。
图3为底层网络可靠性对算法性能影响的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1-3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1，建立虚拟网资源分配模型，在网络切片环境下，所述虚拟网资源分配模型包括底层网络和虚拟网络，底层网络使用GS＝(NS,ES)表示，虚拟网络使用GV＝(NV,EV)表示；所述底层网络包括底层节点和底层链路，底层节点和底层链路分别为虚拟网络提供CPU资源和带宽资源，虚拟网络包括虚拟节点和虚拟链路，它们可以分别向底层网络申请虚拟节点的CPU资源和虚拟链路的带宽资源；其中，NS表示底层节点的集合，ES表示底层链路的集合，NV表示虚拟节点的集合，EV表示虚拟链路的集合。
底层网络为虚拟网络分配资源的方法为虚拟网映射法，采用Map:(NV→NS,EV→PS)来表示，其中，NV→NS表示底层节点为虚拟节点分配CPU资源，EV→PS表示底层路径PS为虚拟链路分配带宽资源，所述底层路径PS是由虚拟链路的两个端点所映射的两个底层节点相连接的底层链路所构成的路径。
S2，网络可靠性评价：根据底层节点的CPU资源和底层链路的带宽资源计算底层节点的可靠性，根据底层节点的可靠性获取底层节点可靠性排序集合；根据虚拟节点所需的CPU资源和虚拟链路所需的带宽资源分别计算虚拟节点的可靠性和虚拟链路的可靠性，根据虚拟节点和虚拟链路的可靠性获取虚拟节点可靠性排序集合和虚拟链路可靠性排序集合，包括如下步骤：
S21，根据底层节点的CPU资源和底层链路的带宽资源计算所有底层节点和底层链路的可靠性，对底层节点的可靠性和底层链路的可靠性按照可靠性的数值大小分别进行降序排列，得到底层节点可靠性排序集合Norder和底层链路可靠性排序集合Eorder。
所述底层节点的可靠性的计算公式为：
Figure BDA0002836736530000041
式中，
Figure BDA0002836736530000042
表示第i个底层节点
Figure BDA0002836736530000043
的可靠性，且
Figure BDA0002836736530000044
sz表示底层节点
Figure BDA0002836736530000045
在地理位置区域z的可靠性概率值，其取值范围为[0,1]，
Figure BDA0002836736530000046
表示底层节点
Figure BDA0002836736530000047
具有的CPU资源，
Figure BDA0002836736530000048
表示底层节点
Figure BDA0002836736530000049
的相邻链路带宽资源。
所述可靠性概率值根据故障发生概率计算得到，一个地理位置区域的可靠性概率值和该地理位置区域的故障发生概率的总和为1，故障发生概率可由底层网络运营商根据多年的运营经验获取。例如，对于底层链路，地理位置区域z的光纤资源属于架空资源时，地理位置区域z的底层链路发生故障的概率较高；对于底层节点，地理位置区域z的电源属于民用电时，地理位置区域z的底层节点发生故障的概率较高，z∈Z，Z表示所有地理位置区域的集合。
所述底层节点
Figure BDA00028367365300000410
的相邻链路带宽资源
Figure BDA00028367365300000411
的计算公式为：
Figure BDA00028367365300000412
式中，
Figure BDA00028367365300000413
表示第j条底层链路，且
Figure BDA00028367365300000414
表示底层链路
Figure BDA00028367365300000415
具有的带宽资源，
Figure BDA00028367365300000416
表示底层节点
Figure BDA00028367365300000417
的相邻链路的集合。
由于底层节点的可靠性与其CPU资源和相邻链路带宽资源相关，当底层节点的CPU资源较多时，底层节点具有较多的冗余资源，可以提升底层节点的可靠性；当底层节点的相邻链路带宽资源较多时，底层节点具有较多的底层链路路由策略，也提升了底层节点的可靠性。
所述底层链路的可靠性的计算公式为：
Figure BDA00028367365300000418
式中，
Figure BDA00028367365300000419
表示底层链路
Figure BDA00028367365300000420
的可靠性，
Figure BDA00028367365300000421
表示底层链路
Figure BDA00028367365300000422
的链路度数，为底层链路
Figure BDA00028367365300000423
的两个端点的度数之和，η1表示调整底层链路度数的调节因子，s'z表示底层链路
Figure BDA00028367365300000424
在地理位置区域z的可靠性概率值，其取值范围为[0,1]。
由于底层链路的可靠性与链路度数和底层链路的带宽资源相关，底层链路的链路度数越大，表明当前底层链路的可选链路数越多，从而提高了底层链路的可靠性；底层链路的带宽资源越大，表明底层链路具有更多的带宽资源，具有较好的可靠性。
S22，根据虚拟节点所需的CPU资源和虚拟链路所需的带宽资源计算所有虚拟节点和虚拟链路的可靠性，对虚拟节点的可靠性和虚拟链路的可靠性按照可靠性的数值大小分别进行降序排列，得到虚拟节点可靠性排序集合
Figure BDA0002836736530000051
和虚拟链路可靠性排序集合
Figure BDA0002836736530000052
所述虚拟节点的可靠性的计算公式为：
Figure BDA0002836736530000053
式中，
Figure BDA0002836736530000054
表示第i个虚拟节点
Figure BDA0002836736530000055
的可靠性，且
Figure BDA0002836736530000056
表示虚拟节点
Figure BDA0002836736530000057
需要向底层节点申请的CPU资源，
Figure BDA0002836736530000058
表示虚拟节点
Figure BDA0002836736530000059
的相邻链路带宽资源。
所述虚拟节点
Figure BDA00028367365300000510
的相邻链路带宽资源
Figure BDA00028367365300000511
的计算公式为：
Figure BDA00028367365300000512
式中，
Figure BDA00028367365300000513
表示第j条虚拟链路，且
Figure BDA00028367365300000514
表示虚拟节点
Figure BDA00028367365300000515
的相邻链路的集合，
Figure BDA00028367365300000516
表示虚拟链路
Figure BDA00028367365300000517
需要向底层链路申请的带宽资源。
所述虚拟链路的可靠性的计算公式为：
Figure BDA00028367365300000518
式中，
Figure BDA00028367365300000519
表示虚拟链路
Figure BDA00028367365300000520
的可靠性，
Figure BDA00028367365300000521
表示虚拟链路
Figure BDA00028367365300000522
的链路度数，为虚拟链路的两个端点的度数之和，η2表示调整虚拟链路度数的调节因子。
由于虚拟网资源的所在地理位置区域由资源分配算法决定，所以在计算虚拟节点的可靠性和虚拟链路的可靠性时均不考虑网络资源所在地理位置区域的可靠性概率值。
S3，虚拟节点资源分配：根据步骤S2所得到的虚拟节点可靠性排序集合和底层节点可靠性排序集合依次为虚拟网络中的虚拟节点分配资源，包括如下步骤：
S31，从虚拟节点可靠性排序集合
Figure BDA00028367365300000523
中取出第一个虚拟节点，更新虚拟节点可靠性排序集合
Figure BDA00028367365300000524
S32，根据步骤S31所取出的虚拟节点所需的CPU资源从底层节点可靠性排序集合Norder中选取出可用的可靠性最大的底层节点为该虚拟节点分配CPU资源，然后在底层节点可靠性排序集合Norder中将该底层节点标记为不可用；
在为每一个虚拟节点分配CPU资源时，首先确认底层节点可靠性排序集合Norder中可靠性值最大的底层节点是否为可用节点，判断该底层节点是否能够满足虚拟节点所需CPU资源，如果能够满足将底层节点分配给该虚拟节点；如果不能满足或不可用，按照底层节点可靠性排序集合Norder中可靠性的大小顺序依次判断其它底层节点是否能够满足虚拟节点所需CPU资源，选择能够满足虚拟节点所需CPU资源可靠性最大的可用底层节点为虚拟节点分配资源。如果底层节点可靠性排序集合Norder中均不存在能够满足虚拟节点所需CPU资源的话，则该虚拟网的资源分配失败。在为虚拟节点资源分配时，为保障不同的虚拟节点不能被映射到相同的底层节点，为虚拟节点分配资源时，需要将其从底层节点可靠性排序集合Norder中标记为不可用，还未被分配给虚拟节点的底层节点为可用节点。
S33，判断虚拟节点可靠性排序集合
Figure BDA0002836736530000061
是否为空，如果为空，虚拟网络中虚拟节点资源分配结束，如果不为空，按照步骤S31和步骤S32的方法依次为其它虚拟节点分配资源，直至完成所有虚拟节点的资源分配。
S4，虚拟链路资源分配：查找虚拟网络中虚拟链路所对应的备选路径，根据备选路径中底层链路的可靠性概率值计算每条备选路径的可靠性系数，根据各备选路径的可靠性系数和虚拟链路可靠性排序集合采用分流策略为各虚拟链路分配资源，包括如下步骤：
S41，从虚拟链路可靠性排序集合
Figure BDA0002836736530000062
中取出第一条虚拟链路，更新虚拟链路可靠性排序集合
Figure BDA0002836736530000063
S42，查找步骤S41中所取出的虚拟链路的两个端点在底层网络中分别映射的两个底层节点
Figure BDA0002836736530000064
和底层节点
Figure BDA0002836736530000065
其中，底层节点
Figure BDA0002836736530000066
表示第i1个底层节点，底层节点
Figure BDA0002836736530000067
表示i2个底层节点，i1≠i2；
S43，查找两个底层节点
Figure BDA0002836736530000068
和底层节点
Figure BDA0002836736530000069
之间的所有备选路径，放入备选路径集合
Figure BDA00028367365300000610
所述备选路径即为底层路径，底层路径是由一条或一条以上的底层链路构成。在底层网络中，从一个节点到另一个节点一般具有多条可选路由路径。所述备选路径集合
Figure BDA00028367365300000611
中的所有备选路径均为可选路径。
S44，根据步骤S43所得到的备选路径集合
Figure BDA00028367365300000612
中每条备选路径的可靠性计算每条备选路径的可靠性系数；
所述备选路径的可靠性系数的计算公式为：
Figure BDA0002836736530000071
式中，
Figure BDA0002836736530000072
表示第m条备选路径
Figure BDA0002836736530000073
的可靠性，
Figure BDA0002836736530000074
表示从底层节点
Figure BDA0002836736530000075
到底层节点
Figure BDA0002836736530000076
的第m条备选路径，
Figure BDA0002836736530000077
表示备选路径集合
Figure BDA0002836736530000078
中所有备选路径的可靠性之和，
Figure BDA0002836736530000079
表示从底层节点
Figure BDA00028367365300000710
到底层节点
Figure BDA00028367365300000711
的备选路径集合，
Figure BDA00028367365300000712
表示第m条备选路径
Figure BDA00028367365300000713
的可靠性系数。
第m条备选路径
Figure BDA00028367365300000714
的可靠性
Figure BDA00028367365300000715
的计算公式为：
Figure BDA00028367365300000716
式中，
Figure BDA00028367365300000717
表示当前备选路径
Figure BDA00028367365300000718
中包含的第k条底层链路，
Figure BDA00028367365300000719
表示底层链路
Figure BDA00028367365300000720
所在的地理位置区域的可靠性概率值，其取值范围为[0,1]，
Figure BDA00028367365300000721
表示底层链路
Figure BDA00028367365300000722
是否属于地理位置区域z的概率，其取值为{0,1}；若
Figure BDA00028367365300000723
表示底层链路
Figure BDA00028367365300000724
属于地理位置区域z；若
Figure BDA00028367365300000725
表示底层链路
Figure BDA00028367365300000726
不属于地理位置区域z。
S45，根据步骤S41所取出的虚拟链路所需的带宽资源和步骤S44所得到每条备选路径的可靠性系数采用分流策略为虚拟链路分配资源；
所述分流策略是指在为虚拟链路分配资源时，根据虚拟链路所需的带宽资源按照可靠性系数的大小选择N条底层路径为虚拟链路分配资源，其中，N为正整数，包括如下步骤：
S45.1，从备选路径集合
Figure BDA00028367365300000727
中选择出可靠性系数最大的备选路径放入最优路径集合
Figure BDA00028367365300000728
更新备选路径集合
Figure BDA00028367365300000729
S45.2，判断步骤S45.1所选择出的备选路径的带宽资源是否满足虚拟链路所需的带宽资源，如果满足，将最优路径集合
Figure BDA00028367365300000730
中的备选路径分配给虚拟链路，执行步骤S46；如果不满足，计算虚拟链路所需的带宽资源与备选路径的带宽资源之间的第一差值；
S45.3，从更新后的备选路径集合
Figure BDA00028367365300000731
中选择出可靠性系数最大的备选路径，将此备选路径添加到最优路径集合
Figure BDA00028367365300000732
中，再次更新备选路径集合
Figure BDA00028367365300000733
S45.4，判断步骤S45.3所选择出的备选路径的带宽资源是否满足步骤S45.2所计算出的第一差值，如果满足，将最优路径集合
Figure BDA00028367365300000734
中的所有备选路径分配给虚拟链路，执行步骤S46；如果不满足，再次计算第一差值与步骤S45.3所选择出的备选路径的带宽资源之间的第二差值，按照步骤S45.3-S45.4的方法为虚拟链路选择备选路径，直至最优路径集合
Figure BDA0002836736530000081
中的所有备选路径的带宽资源之和满足虚拟链路所需的带宽资源。
如果备选路径集合
Figure BDA0002836736530000082
中所有备选路径均不能够满足虚拟链路所需带宽资源的话，则该虚拟网的资源分配失败，重新为下一个虚拟网络分配资源。
采用分流策略选择可靠性高的底层路径为虚拟链路分配底层路径，可以显著提升虚拟链路的可靠性和分配的成功率。
S46，判断虚拟链路可靠性排序集合
Figure BDA0002836736530000083
是否为空，如果为空，虚拟网中各虚拟链路资源分配结束，如果不为空，按照步骤S41-S45的方法依次为其它虚拟链路分配资源，直至完成所有虚拟链路的资源分配。
本实施例中，底层节点
Figure BDA0002836736530000084
底层节点
Figure BDA0002836736530000085
和底层节点
Figure BDA0002836736530000086
均属于底层网络中的一个底层节点，且
Figure BDA0002836736530000087
本实施例使用GT-ITM工具产生底层网络和虚拟网络。在网络拓扑方面，对于底层网络，底层节点的数量从100个增加到600个，用于模拟不同规模的网络环境；底层链路由任意两个底层节点之间以0.2的概率进行连接生成。对于虚拟网络，虚拟节点的数量服从[5,10]的均匀分布，虚拟链路由任意两个虚拟节点之间以0.3的概率进行连接生成。在网络资源方面，对于底层网络，底层节点的CPU资源和底层链路的带宽资源服从[20,40]的均匀分布。对于虚拟网络，虚拟节点的CPU资源请求服从[1,5]的均匀分布，虚拟链路的带宽资源请求服从[1,10]的均匀分布。为了模拟底层节点的可靠性，随机选取30％的底层节点为不可靠节点，并将其所在地理位置区域的可靠性概率值设置为服从[0.4,0.6]的均匀分布。
将本发明(VNRAAoRDS，Virtual network resource allocation algorithmbased on reliability and distributary strategy)与基于约束条件的虚拟网资源分配算法(VNRAoR，Virtual network resource allocation algorithm based onrestrictions)进行比较，算法VNRAoR在满足虚拟网请求约束条件下实现资源利用率最大化，比较指标为虚拟网络可靠性。虚拟网络可靠性是指虚拟网获得的底层网络资源的可靠性，计算方法为所有虚拟网获得的底层网络资源的可靠性概率值之和，并采取归一化进行处理。虚拟网络可靠性取值越大，说明虚拟网被分配的底层网络资源越可靠。
图2为底层网络规模对算法性能的影响，X轴表示底层节点的数量，取值范围从100个增加到600个，Y轴表示虚拟网络可靠性。从图2可知，本发明中虚拟网络所获得的底层网络资源可靠性较高，而且随着底层节点数量的增加，虚拟网络的可靠性也在逐步提高，而VNRAoR算法下的虚拟网络可靠性高低与网络规模的相关性不明显。这是因为本发明在为虚拟网络分配资源时，有充分考虑到底层网络资源的可靠性，并采取分流策略进行资源分配。当网络规模增加，备选的底层网络资源也相应增加，从而可以为虚拟网络选择更加优化的底层网络资源。而VNRAoR算法以底层网络资源利用率为目标，为虚拟网分配的底层资源的可靠性与网络规模相关性不明显。
图3为底层网络可靠性对算法性能的影响，其中，X轴表示底层节点数量为200时底层网络的六种可靠性类型，它们所对应的可靠性概率值分别服从(0.6，0.8)、(0.5，0.7)、(0.4，0.6)、(0.3，0.5)、(0.2，0.4)、(0.1，0.3)的均匀分布，用于分析底层网络可靠性类型对虚拟网络可靠性的影响。从图3可知，随着底层网络可靠性降低，两种算法下的虚拟网络可靠性都在降低。这是因为当底层网络可靠性降低时，为虚拟网络分配的底层网络资源的可靠性降低，但是在六种底层网络环境下，本发明的虚拟网络可靠性都高于算法VNRAoR。这是因为本发明采用可靠性评价和分流策略，为虚拟网络分配了可靠性较高的底层网络资源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，建立虚拟网资源分配模型，所述虚拟网资源分配模型包括底层网络和虚拟网络，底层网络包括底层节点和底层链路，虚拟网络包括虚拟节点和虚拟链路；
S2，根据底层节点的CPU资源和底层链路的带宽资源计算底层节点的可靠性，根据底层节点的可靠性获取底层节点可靠性排序集合；根据虚拟节点所需的CPU资源和虚拟链路所需的带宽资源分别计算虚拟节点的可靠性和虚拟链路的可靠性，根据虚拟节点和虚拟链路的可靠性获取虚拟节点可靠性排序集合和虚拟链路可靠性排序集合；
S3，根据步骤S2所得到的虚拟节点可靠性排序集合和底层节点可靠性排序集合依次为虚拟网络中的虚拟节点分配资源；
S4，查找虚拟网络中虚拟链路所映射的底层节点之间的备选路径，根据备选路径中底层链路的可靠性概率值计算每条备选路径的可靠性系数，根据各备选路径的可靠性系数和虚拟链路可靠性排序集合采用分流策略为虚拟链路分配资源。
2.根据权利要求1所述的网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：
S21，根据底层节点的CPU资源和底层链路的带宽资源计算所有底层节点和底层链路的可靠性，对底层节点的可靠性和底层链路的可靠性按照可靠性的数值大小分别进行降序排列，得到底层节点可靠性排序集合和底层链路可靠性排序集合；
S22，根据虚拟节点所需的CPU资源和虚拟链路所需的带宽资源计算所有虚拟节点和虚拟链路的可靠性，对虚拟节点的可靠性和虚拟链路的可靠性按照可靠性的数值大小分别进行降序排列，得到虚拟节点可靠性排序集合和虚拟链路可靠性排序集合。
3.根据权利要求1所述的网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，其特征在于，所述底层节点的可靠性的计算公式为：
Figure FDA0002836736520000011
式中，
Figure FDA0002836736520000012
表示第i个底层节点
Figure FDA0002836736520000013
的可靠性，sz表示底层节点
Figure FDA0002836736520000014
在地理位置区域z的可靠性概率值，
Figure FDA0002836736520000015
表示底层节点
Figure FDA0002836736520000016
具有的CPU资源，
Figure FDA0002836736520000017
表示底层节点
Figure FDA0002836736520000018
的相邻链路带宽资源；
所述虚拟节点的可靠性的计算公式为：
Figure FDA0002836736520000019
式中，
Figure FDA0002836736520000021
表示第i个虚拟节点
Figure FDA0002836736520000022
的可靠性，
Figure FDA0002836736520000023
表示虚拟节点
Figure FDA0002836736520000024
需要向底层节点申请的CPU资源，
Figure FDA0002836736520000025
表示虚拟节点
Figure FDA0002836736520000026
的相邻链路带宽资源；
所述虚拟链路的可靠性的计算公式为：
Figure FDA0002836736520000027
式中，
Figure FDA0002836736520000028
表示虚拟链路
Figure FDA0002836736520000029
的可靠性，
Figure FDA00028367365200000210
表示虚拟链路
Figure FDA00028367365200000211
的链路度数，η2表示调整虚拟链路度数的调节因子。
4.根据权利要求3所述的网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，其特征在于，所述底层节点
Figure FDA00028367365200000212
的相邻链路带宽资源
Figure FDA00028367365200000213
的计算公式为：
Figure FDA00028367365200000214
式中，
Figure FDA00028367365200000215
表示第j条底层链路，且
Figure FDA00028367365200000216
表示底层链路
Figure FDA00028367365200000217
具有的带宽资源，
Figure FDA00028367365200000218
表示底层节点
Figure FDA00028367365200000219
的相邻链路的集合；
所述虚拟节点
Figure FDA00028367365200000220
的相邻链路带宽资源的计算公式为：
Figure FDA00028367365200000221
式中，
Figure FDA00028367365200000222
表示第j条虚拟链路，且
Figure FDA00028367365200000223
表示虚拟节点
Figure FDA00028367365200000224
的相邻链路的集合，
Figure FDA00028367365200000225
表示虚拟链路
Figure FDA00028367365200000226
需要向底层链路申请的带宽资源。
5.根据权利要求1所述的网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：
S31，从虚拟节点可靠性排序集合中取出第一个虚拟节点，更新虚拟节点可靠性排序集合；
S32，根据步骤S31所取出的虚拟节点所需的CPU资源从底层节点可靠性排序集合中选取出可用的可靠性最大的底层节点为该虚拟节点分配CPU资源；
S33，判断虚拟节点可靠性排序集合是否为空，如果为空，虚拟网络中虚拟节点资源分配结束，如果不为空，按照步骤S31和步骤S32的方法依次为其它虚拟节点分配资源，直至完成所有虚拟节点的资源分配。
6.根据权利要求1所述的网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下步骤：
S41，从虚拟链路可靠性排序集合中取出第一条虚拟链路，更新虚拟链路可靠性排序集合；
S42，查找步骤S41中所取出的虚拟链路的两个端点在底层网络中分别映射的两个底层节点
Figure FDA0002836736520000031
和底层节点
Figure FDA0002836736520000032
其中，i1≠i2；
S43，查找两个底层节点
Figure FDA0002836736520000033
和底层节点
Figure FDA0002836736520000034
之间的所有备选路径，放入备选路径集合
Figure FDA0002836736520000035
S44，根据步骤S43所得到的备选路径集合
Figure FDA0002836736520000036
中每条备选路径所对应的底层链路的可靠性概率值计算备选路径的可靠性系数；
S45，根据步骤S41所取出的虚拟链路所需的带宽资源和步骤S44所得到每条备选路径的可靠性系数采用分流策略为虚拟链路分配资源；
S46，判断虚拟链路可靠性排序集合是否为空，如果为空，虚拟网中虚拟链路资源分配结束，如果不为空，按照步骤S41-S45的方法依次为其它虚拟链路分配资源，直至完成所有虚拟链路的资源分配。
7.根据权利要求6所述的网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，其特征在于，所述备选路径的可靠性系数的计算公式为：
Figure FDA0002836736520000037
式中，
Figure FDA0002836736520000038
表示第m条备选路径
Figure FDA0002836736520000039
的可靠性，
Figure FDA00028367365200000310
表示从底层节点
Figure FDA00028367365200000311
到底层节点
Figure FDA00028367365200000312
的第m条备选路径，
Figure FDA00028367365200000313
表示备选路径集合
Figure FDA00028367365200000314
中所有备选路径的可靠性之和，
Figure FDA00028367365200000315
表示从底层节点
Figure FDA00028367365200000316
到底层节点
Figure FDA00028367365200000317
的备选路径集合，
Figure FDA00028367365200000318
表示第m条备选路径
Figure FDA00028367365200000319
的可靠性系数。
8.根据权利要求7所述的网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，其特征在于，所述备选路径
Figure FDA00028367365200000320
的可靠性
Figure FDA00028367365200000321
的计算公式为：
Figure FDA00028367365200000322
式中，
Figure FDA00028367365200000323
表示当前备选路径
Figure FDA00028367365200000324
中包含的第k条底层链路，
Figure FDA00028367365200000325
表示底层链路
Figure FDA00028367365200000326
所在的地理位置区域的可靠性概率值，
Figure FDA00028367365200000327
表示底层链路
Figure FDA00028367365200000328
是否属于地理位置区域z的概率。
9.根据权利要求6所述的网络切片下基于可靠性和分流策略的虚拟网资源分配方法，其特征在于，所述分流策略是指在为虚拟链路分配资源时，根据虚拟链路所需的带宽资源按照可靠性系数的大小选择N条底层路径为虚拟链路分配资源，包括如下步骤：
S45.1，从备选路径集合
Figure FDA0002836736520000041
中选择出可靠性系数最大的备选路径放入最优路径集合
Figure FDA0002836736520000042
更新备选路径集合
Figure FDA0002836736520000043
S45.2，判断步骤S45.1所选择出的备选路径的带宽资源是否满足虚拟链路所需的带宽资源，如果满足，将最优路径集合
Figure FDA0002836736520000044
中的备选路径分配给虚拟链路，执行步骤S46；如果不满足，计算虚拟链路所需的带宽资源与备选路径的带宽资源之间的第一差值；
S45.3，从更新后的备选路径集合
Figure FDA0002836736520000045
中选择出可靠性系数最大的备选路径，将此备选路径添加到最优路径集合
Figure FDA0002836736520000046
中，再次更新备选路径集合
Figure FDA0002836736520000047
S45.4，判断步骤S45.3所选择出的备选路径的带宽资源是否满足步骤S45.2所计算出的第一差值，如果满足，将最优路径集合
Figure FDA0002836736520000048
中的所有备选路径分配给虚拟链路，执行步骤S46；如果不满足，再次计算第一差值与步骤S45.3所选择出的备选路径的带宽资源之间的第二差值，按照步骤S45.3-S45.4的方法为虚拟链路选择备选路径，直至最优路径集合
Figure FDA0002836736520000049
中的所有备选路径的带宽资源之和满足虚拟链路所需的带宽资源。
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