虛擬服務(wù)遷移方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種虛擬服務(wù)遷移方法，包括：根據(jù)服務(wù)類型和用戶需求選擇遷移評價參數(shù)，監(jiān)視器監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中的虛擬節(jié)點，當(dāng)新請求到達或用戶請求發(fā)生改變時，得到所述虛擬節(jié)點關(guān)于評價參數(shù)的狀態(tài)信息；根據(jù)所述狀態(tài)信息計算每個虛擬節(jié)點的服務(wù)遷移代價；通過所述遷移代價計算方法從虛擬節(jié)點中獲取虛擬服務(wù)遷移代價最小的虛擬節(jié)點作為服務(wù)節(jié)點；選擇所述服務(wù)節(jié)點對所述虛擬服務(wù)進行遷移。本發(fā)明提供的虛擬服務(wù)遷移方法，能夠有效綜合各種因素對遷移的影響，對遷移進行判斷與執(zhí)行，利用服務(wù)遷移實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源管理并提高用戶服務(wù)體驗質(zhì)量。
【專利說明】虛擬服務(wù)遷移方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種虛擬服務(wù)遷移方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的日益發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要趨勢之一。據(jù)統(tǒng)計，截止到2013年3月份，我國固定互聯(lián)網(wǎng)寬帶用戶數(shù)為1.81億用戶，而移動互聯(lián)網(wǎng)用戶則已達到8.17億用戶。隨著網(wǎng)絡(luò)移動性需求的增強，用戶行為的改變，信息交互類型的不斷豐富，數(shù)據(jù)流量的日益增大，保障和提高用戶的服務(wù)體驗質(zhì)量成為互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域所要面對的新挑戰(zhàn)。而虛擬化技術(shù)的發(fā)展成為解決移動性需求的問題提供了可能。虛擬化的目標(biāo)就是在無需考慮底層物理網(wǎng)絡(luò)屬性的情況下實現(xiàn)虛擬服務(wù)的平滑移動，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的按需分配，提高用戶的體驗質(zhì)量。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)虛擬化示意圖。如圖1所示，虛擬化技術(shù)通過抽象、分離、隔離機制，在一個公共的底層物理網(wǎng)絡(luò)(Substrate Network, SN)上支持多個虛擬網(wǎng)絡(luò)(Virtual Network, VN)每個虛擬網(wǎng)絡(luò)可以使用相互獨立的協(xié)議體系，并根據(jù)動態(tài)變化的用戶需求對整個網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點資源與鏈路資源進行合理配置，以極大地發(fā)揮資源共享的優(yōu)勢，最大限度的提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，獲取最大化的收益。
[0003]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中Flowvisor實現(xiàn)虛擬化的示意圖。如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)虛擬化平臺FlowVisor通過劃分流表空間產(chǎn)生獨立的網(wǎng)絡(luò)分片，有效地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化，將物理網(wǎng)絡(luò)分割成多個網(wǎng)絡(luò)分片。各個網(wǎng)絡(luò)分片上的網(wǎng)絡(luò)流量相互隔離，管理帶寬、CPU的使用和流表的配置等。用戶可在各個分片上進行互不干擾的各種流量模型和協(xié)議創(chuàng)新等試驗研究。目前FlowVisor已經(jīng)在美國斯坦福大學(xué)等一些大型校園中實現(xiàn)部署，著名的未來網(wǎng)絡(luò)實驗床GENI和Internet 2項目上也在使用FlowVisor進行虛擬化的管理。
[0004]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)虛擬化分層服務(wù)提供模型的示意圖。如圖3所示，在虛擬化環(huán)境中，服務(wù)提供商(Service Provider, SP)根據(jù)用戶(User)的需求,將需要的資源(網(wǎng)絡(luò)資源、計算資源、存儲資源等)以一定形式描述給底層的基礎(chǔ)設(shè)施提供商(InfrastructureProvider, InP)?；A(chǔ)設(shè)施提供商部署和管理底層物理資源，從虛擬資源池中選擇相應(yīng)的資源，以完成對虛擬網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建。服務(wù)提供商向基礎(chǔ)實施提供商租賃網(wǎng)絡(luò)資源，為用戶提供所需要的服務(wù)。
[0005]由于一些新用戶加入，一些老用戶的移出，以及一些用戶在網(wǎng)絡(luò)中位置的改變，網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)量、用戶行為、用戶偏好的變化，或一些底層網(wǎng)絡(luò)的更改，都需要根據(jù)變化對虛擬服務(wù)進行調(diào)整和遷移。如何根據(jù)這些變化及時的對虛擬網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、資源分布進行調(diào)整，保障網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)和用戶體驗質(zhì)量(Quality ofExperience，QoE)，以最小的延遲獲取可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，是實現(xiàn)虛擬服務(wù)的挑戰(zhàn)之一。本發(fā)明中的虛擬化主要指服務(wù)器/主機的虛擬化，將虛擬化的可共享可復(fù)用的軟硬件資源和信息按需提供給計算機和其他設(shè)備。
[0006]圖4為現(xiàn)有技術(shù)中用戶遷移示意圖。如圖4所示，服務(wù)遷移需要考慮各種代價的平衡。當(dāng)與用戶越近的虛擬節(jié)點作為服務(wù)提供者時，服務(wù)的延遲可能會越小，服務(wù)質(zhì)量和體驗質(zhì)量越高。但同時遷移也會帶來其他的開銷，產(chǎn)生負面影響，如遷移時大量數(shù)據(jù)傳輸對網(wǎng)絡(luò)的壓力，甚至可能會導(dǎo)致服務(wù)中斷。服務(wù)遷移問題就是如何合理的調(diào)整網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的位置，更加有效的節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源，降低服務(wù)響應(yīng)時間和成本，改善用戶使用體驗的問題。
[0007]在現(xiàn)有技術(shù)中，目前在虛擬化環(huán)境下，利用服務(wù)遷移以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源管理和降低能耗的研究和應(yīng)用還是比較初步的，如J Grassier, S Schmid等人在“at 32nd IEEEConference on Computer Communications (INF0C0M Demo)，Turin, Italy, April2013.，，((Move-with-the-Sun or Move~with-the-Moon?ffide~Area CloudNet Migrations UnderLatency and Resource Constraints.Demo》做出的研究。虛擬化環(huán)境下的服務(wù)遷移問題主要分為單域和多域兩種應(yīng)用場景。
[0008]在單域環(huán)境下，節(jié)點之間在資源的類型、質(zhì)量等方面差異較小，遷移所需要的代價較少。但當(dāng)域內(nèi)的節(jié)點無法滿足用戶的需求時，需要遷移到其他域中的節(jié)點以提供服務(wù)。多個域中的節(jié)點之間不僅存在差異，還會由于跨域產(chǎn)生額外的漫游代價。
[0009]下面對與本專利有關(guān)的M Bienkowski, A Feldmann等人在“In Proc.ACMSIGC0MM VISA, 2010.”《Competitive analysis for service migration in vnets》提出的虛擬服務(wù)平衡遷移算法(MIG)和D Arora, M Bienkowski等人在“Proceedings ofthe5th International Conference on Principles, Systems and Applications of IPTelecommunication, 2011.，，《0nline strategies for intra and inter provider servicemigration in virtual networks》提出的跨域平衡算法(MIXk)進行簡要介紹。
[0010](I)虛擬服務(wù)平衡遷移算法(MIG)
[0011]虛擬服務(wù)平 衡遷移算法(MIG)對遷移代價與收益的各個參數(shù)進行量化，通過動態(tài)比較的方法，判斷遷移的時機。MIG算法的基本思想是當(dāng)遷移發(fā)生時，達成遷移代價Costmig和收益Costa。。之間的平衡，選擇一個可行的、更優(yōu)的服務(wù)提供商。
[0012]當(dāng)用戶的位置發(fā)生變化時，從虛擬服務(wù)器端到客戶端的延遲將增大，這將影響一些服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。通過遷移，可以實現(xiàn)對服務(wù)延遲的優(yōu)化，即服務(wù)時延是遷移收益Costacx的一部分。另外，遷移能否實現(xiàn)也與服務(wù)器的可用負載有關(guān)。如果潛在節(jié)點不能滿足用戶的需求，則遷移無法進行。而在進行遷移時，相同的條件下，應(yīng)該選擇服務(wù)器的可用負載較大的節(jié)點進行遷移。因此在t時刻，對請求序列Rt，進行遷移會產(chǎn)生的收益Costa。?？梢员硎緸?br> [0013]Cas/,?, (O = YjJ i^eIayirl ),1ad(i.))( I )


R1
[0014]文中假設(shè)所有服務(wù)器的可用負載都能夠滿足用戶的需求，對Costa。。進行簡化，得到
[0015]C，°SL, (0 = TjJidcIayirl))( 2 )


Rt
[0016]由于遷移路徑上的帶寬和服務(wù)本身大小的影響，需要慎重考慮是否進行服務(wù)遷移。服務(wù)本身的大小Size(S)和遷移路徑的帶寬《(P)共同決定了遷移所需要的時間。文中將進行遷移的服務(wù)s的遷移代價Costmig表示為
[0017]Cost,r.1At) =P)Sizcis))( 3 )[0018]在虛擬服務(wù)平衡遷移算法中，只考慮在一個基礎(chǔ)設(shè)施提供域中的服務(wù)遷移問題，因此服務(wù)遷移的代價Costmig可以簡化為
[0019]Costmig(U，V) = maxesize(s)/w(e) (4)
[0020]虛擬服務(wù)平衡遷移算法將時間分為多個時隙，假設(shè)最初的提供服務(wù)商為節(jié)點V。當(dāng)請求到達時,時隙開始,計算由于請求的變化而產(chǎn)生的代價Costacx(v)。若由其他的虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，如節(jié)點U，作為服務(wù)提供商，即發(fā)生服務(wù)遷移，則會產(chǎn)生遷移代價Costmig (V，U)。設(shè)β =maxu(Costmig (u, V)}。如果滿足Costacx (ν)> β ,則發(fā)生遷移,從滿足不等式Costacx (U)<β的解集中隨機選擇一個節(jié)點作為該請求的服務(wù)提供商。如果不存在這樣的節(jié)點U，則不需要進行遷移，時隙結(jié)束。當(dāng)下一個請求到達時，新時隙開始，重新計算Costacx (V)。
[0021](2)跨域平衡算法(MIXk)
[0022]跨域平衡算法(MIXk)是對虛擬服務(wù)平衡遷移算法的改進與優(yōu)化，考慮服務(wù)提供節(jié)點位于多個虛擬網(wǎng)絡(luò)的情況。請求的時延為Costacx(V),遷移代價β =maxuICostmig(U，V)}。假設(shè)跨越一個域所產(chǎn)生的額外代價為η (其中，n ^ β2)，則跨越k個域的漫游代價為
k* π ο
[0023]假設(shè)最初的提供服務(wù)商為節(jié)點V，當(dāng)服務(wù)請求序列到達時，首先考慮在一個域內(nèi)的遷移情況。計算由請求產(chǎn)生的收益Costacx (V),并與遷移代價β =maxuICostmig (u, v) }做比較。如果滿足Costacx (V) > β ,貝U從滿足不等式Costacx Cu) < β的解集中隨機選擇一個節(jié)點作為遷移的目的節(jié)點。如果在域中不存在這樣的節(jié)點U，則考慮跨域情況下的服務(wù)遷移。如果收益Costa。。(V)優(yōu)于跨域產(chǎn)生的額外代價則進行遷移。
[0024]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的遷移方法中存在諸如以下問題:MIG遷移算法只簡單考慮了服務(wù)時延和鏈路帶寬兩種影響因素，而影響遷移節(jié)點選擇的因素有很多。服務(wù)時延簡單的量化為服務(wù)請求接入節(jié)點到服務(wù)提供商之間的跳數(shù)。兩種因素的量化過于簡單、死板，不利于遷移時機的動態(tài)調(diào)整。并且，決定`遷移的各個因素之間是相互作用影響的，簡單比較大小不能反映各個因素之間的相互關(guān)系。雖然MIXk算法中增加了由于跨域而產(chǎn)生的漫游代價，但仍然存在上述量化和相互關(guān)系刻畫簡單的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供了一種基于公平、公正和動態(tài)QoS計算模型的虛擬服務(wù)遷移方法。
[0026]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種虛擬服務(wù)遷移方法，所述方法包括:
[0027]根據(jù)服務(wù)類型和用戶需求選擇遷移評價參數(shù)，監(jiān)視器監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中的虛擬節(jié)點，當(dāng)新請求到達或用戶請求發(fā)生改變時，得到所述虛擬節(jié)點關(guān)于評價參數(shù)的狀態(tài)信息；
[0028]根據(jù)所述狀態(tài)信息計算每個虛擬節(jié)點的服務(wù)遷移代價；
[0029]通過所述計算每個虛擬節(jié)點的服務(wù)遷移代價從虛擬節(jié)點中獲取虛擬服務(wù)遷移代價最小的虛擬節(jié)點作為服務(wù)節(jié)點；
[0030]選擇所述服務(wù)節(jié)點對所述虛擬服務(wù)進行遷移。
[0031]優(yōu)選地，所述狀態(tài)信息包括服務(wù)的時延、服務(wù)器的可用負載、遷移路徑上的帶寬、服務(wù)本身的大小、服務(wù)中斷及恢復(fù)的代價、服務(wù)提供者信用和執(zhí)行價格。
[0032]優(yōu)選地，所述根據(jù)所述狀態(tài)信息計算每個虛擬節(jié)點的服務(wù)遷移代價具體包括:[0033]根據(jù)所述狀態(tài)信息建立生成基于QoS的計算模型。
[0034]優(yōu)選地，所述根據(jù)所述狀態(tài)信息建立生成基于QoS的計算模型具體包括:
[0035]根據(jù)所述狀態(tài)信息，得到矩陣Q:
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種虛擬服務(wù)遷移方法，其特征在于，所述方法包括: 根據(jù)服務(wù)類型和用戶需求選擇遷移評價參數(shù)，監(jiān)視器監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中的虛擬節(jié)點，當(dāng)新請求到達或用戶請求發(fā)生改變時，得到所述虛擬節(jié)點關(guān)于評價參數(shù)的狀態(tài)信息； 根據(jù)所述狀態(tài)信息計算每個虛擬節(jié)點的服務(wù)遷移代價； 通過所述計算每個虛擬節(jié)點的服務(wù)遷移代價從虛擬節(jié)點中獲取虛擬服務(wù)遷移代價最小的虛擬節(jié)點作為服務(wù)節(jié)點； 選擇所述服務(wù)節(jié)點對所述虛擬服務(wù)進行遷移。
2.如權(quán)利要求1所述的虛擬服務(wù)遷移方法，其特征在于，所述狀態(tài)信息包括服務(wù)的時延、服務(wù)器的可用負載、遷移路徑上的帶寬、服務(wù)本身的大小、服務(wù)中斷及恢復(fù)的代價、服務(wù)提供者信用和執(zhí)行價格。
3.如權(quán)利要求1所述的虛擬服務(wù)遷移方法，其特征在于，所述根據(jù)所述狀態(tài)信息計算每個虛擬節(jié)點的服務(wù)遷移代價具體包括: 根據(jù)所述狀態(tài)信息建立生成基于QoS的計算模型。
4.如權(quán)利要求3所述的虛擬服務(wù)遷移方法，其特征在于，所述根據(jù)所述狀態(tài)信息建立生成基于QoS的計算模型具體包括: 根據(jù)所述狀態(tài)信息，得到矩陣Q:
5.如權(quán)利要求4所述的虛擬服務(wù)遷移方法，其特征在于，所述根據(jù)所述狀態(tài)信息建立生成基于QoS的計算模型具體還包括: 對所述矩陣Q進行歸一化，將不同量綱的所述狀態(tài)信息標(biāo)準(zhǔn)化為無量綱的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，形成一個統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)； 將所述標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)進行分組，每組包括多種所示標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，并按組操作，得出分組后各個虛擬節(jié)點的遷移代價信息。
6.如權(quán)利要求5所述的虛擬服務(wù)遷移方法，其特征在于，所述對所述矩陣Q進行歸一化，將不同量綱的所述狀態(tài)信息標(biāo)準(zhǔn)化為無量綱的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，形成一個統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)具體包括: 第一矩陣用N=In1, n2,..., nj表示,其中η」=0或I, I≤j≤m ; 第二矩陣用C=Ic1, C2,, cj表示，Cj是一個常數(shù)，I≤j≤m ; 對矩陣Q中的每個元素用以下公式進行歸一化:
7.如權(quán)利要求1所述的虛擬服務(wù)遷移方法，其特征在于，所述方法還包括:當(dāng)沒有新請求到達或用戶請求發(fā)送未發(fā)生改變時不進行虛擬節(jié)點的遷移。
【文檔編號】H04L12/927GK103825963SQ201410101765
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】于冰, 韓言妮, 趙志軍, 譚紅艷, 慈松 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所