一種基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法，包括：S1、設定編碼策略，由編碼策略得出的編碼方案能和節(jié)點映射方案一一對應，將編碼方案視為抗體x，并預設抗體種群的大小；S2、對物理節(jié)點與物理鏈路分別進行初始化；S3、計算抗體x的綜合適應度f(x)＝α·C(x)n+(1-α)·E(x)n，其中C(x)n表示抗體x對應的能耗開銷，E(x)n表示抗體x對應的資源開銷；S4、對抗體x進行復制、交叉和變異的迭代過程，得到最優(yōu)解，進行迭代過程的次數為預設的迭代次數。本發(fā)明還提供一種基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射系統(tǒng)，包括編碼模塊、初始化模塊、計算模塊以及迭代模塊。本發(fā)明能提高物理網絡資源的利用率，優(yōu)化網絡資源開銷，降低物理網絡能耗開銷。
【專利說明】一種基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法及其系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機網絡領域的網絡虛擬化【技術領域】，尤其涉及一種基于人工免疫 系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法及其系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 作為全世界最大的計算機網絡，Internet由于其方便、快捷、跨越時間和空間的特 性，自從其出現以來，以驚人的、前所未有的速度在全球范圍內獲得了飛速發(fā)展。但是，與 此同時，Internet本身也存在嚴重的問題。例如，它只能提供"盡力而為"的服務，使得其 在移動性、可靠性和安全性方面均面臨諸多問題，嚴重阻礙了Internet的進一步發(fā)展。為 了解決這些問題，研究學者試圖提出各種方法，最終卻發(fā)現往往只能以修修補補的方式對 Internet的架構進行"添磚加瓦"，遠遠無法滿足日益出現的新架構和新技術的融入需求。
[0003] 為了更加有效地、更根本性地解決Internet存在的問題，網絡虛擬化技術應運而 生，為Internet的發(fā)展提供了新的契機和方向。其主要思想是，將服務提供商（Service Provider,SP)的角色和基礎設施提供商（InfrastructureProvider,InP)的角色予以解 奉禹。
[0004] 由服務提供商向基礎設施提供商提出虛擬網絡請求，基礎設施提供商在所管理運 營的基礎設施之上創(chuàng)建虛擬網絡，提供虛擬網絡租賃服務?；A設施提供商根據虛擬網絡 的規(guī)模大小以及持續(xù)時間向服務提供商收取一定的收益?，F有研究只將物理網絡的運營收 益作為虛擬網絡映射方法的主要評估指標，即集中在利用有限的物理網絡資源部署盡可能 多的虛擬網絡，而忽略了由于虛擬網絡映射帶來的物理網絡的能耗問題。有關研究顯示，在 數據中心中，能耗開銷已經占到數據中心總開銷的12-20%，占運營開銷的40-50% [11?]。 而在Internet網絡中，能耗開銷也已經成為Internet服務提供商的總開銷的重要組成部 分。因此，降低能耗開銷業(yè)已成為基礎設施提供商們最小化運營開銷、最大化所獲利潤的關 鍵途徑。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的特征和優(yōu)點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或 者可通過實踐本發(fā)明而學習。
[0006] 為克服現有技術的問題，本發(fā)明提供一種基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法 及其系統(tǒng)，將問題的解即編碼方案視為抗體X，借助于生物免疫系統(tǒng)的原理，問題的解經過 復制、交叉和變異的迭代過程，越來越接近最優(yōu)解，直到滿足一定的迭代條件后終止迭代， 從而達到最大化運營收益和最小化能耗開銷的雙重目標。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案如下：
[0008] 根據本發(fā)明的一個方面，提供一種基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法，其特 征在于，包括：
[0009]S1、設定編碼策略，由該編碼策略得出的編碼方案能和節(jié)點映射方案一一對應，將 編碼方案視為抗體X，并預設抗體種群的大小；
[0010]S2、對物理節(jié)點與物理鏈路分別進行初始化；
[0011]S3、計算該抗體x的綜合適應度

【權利要求】
1. 一種基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法，其特征在于，包括： 51、 設定編碼策略，由所述編碼策略得出的編碼方案能和節(jié)點映射方案一一對應，將編 碼方案視為抗體X，并預設抗體種群的大小； 52、 對物理節(jié)點與物理鏈路分別進行初始化； 53、 計算所述抗體x的綜合適應度f(x) = a ?C(x)n+(l_a) *E(x)n，其中C(x)n表示 抗體x對應的能耗開銷，E (x)n表示抗體x對應的資源開銷； 54、 對所述抗體x進行復制、交叉和變異的迭代過程，得到最優(yōu)解，進行所述迭代過程 的次數為預設的迭代次數。
2. 根據權利要求1所述基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法，其特征在于，所述步 驟S1中的編碼策略為： Xi = (x!, X?, ? * * , x〇 e Q(1 < / < P) 其中，P表示抗體的種群大小，d表示虛擬節(jié)點的個數；x/為自然數，表示將編號為j的 虛擬節(jié)點映射到了編號為#的物理節(jié)點上。
3. 根據權利要求1所述基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法，其特征在于，所述步 驟S2具體包括： 構建虛擬節(jié)點的候選物理節(jié)點列表，根據物理節(jié)點的帶寬資源等級值以及CPU能力差 等級值計算所述物理節(jié)點的綜合等級值，并根據所述綜合等級值對所述候選物理節(jié)點列表 中的物理節(jié)點進行非降序排列，并優(yōu)先選擇排序靠前的物理節(jié)點； 尋找能夠滿足虛擬鏈路帶寬需求的所有物理鏈路，構成鏈路集合，將所述物理鏈路上 資源開銷與能耗開銷做歸一化處理，并據此計算所述物理鏈路的綜合適應度函數，在所述 鏈路集合中選擇具有最小綜合適應度函數的物理鏈路。
4. 根據權利要求3所述的基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法，其特征在于，在計 算所述物理節(jié)點的綜合等級值時，計算CPU能力和的CPU約束的差值，據此對所述候選列表 中的物理節(jié)點進行非降序排序，利用CPU能力差等級值NRE(s)表示所述物理節(jié)點在所述非 降序排序中的等級值；計算拓撲感知的節(jié)點帶寬資源等級值記為NRK(s)，所述物理節(jié)點的 綜合等級值 NR = a ?NRK(s) + (l-a) .NRE(s); 在構建鏈路集合P時，計算出每兩個物理節(jié)點u和v之間的最短距離lenuv，從承 載了虛擬節(jié)點u的物理節(jié)點i和承載了虛擬節(jié)點v的物理節(jié)點j之間尋找距離長度在 [lenuv，MAXLEN]之內且能夠滿足虛擬鏈路luv帶寬需求的所有路徑； 在計算所述物理鏈路的綜合適應度函數時，首先計算物理鏈路Pi」上的資源開銷 C(Pij)和能耗開銷E(Pij)，并做以下歸一化處理：
其中，C (lu丄ax和C (lu丄in分別表示在集合P中所有物理鏈路的資源開銷的最大值和 最小值；
其中，E(luv)max和E(luv)min分別表示在集合P中所有物理鏈路的能耗開銷的最大值和 最小值； 再利用公式f(PiP = a ?C(pipn+(l-a)，E(PiPn，計算每條物理鏈路的綜合適應度 函數。
5. 根據權利要求1所述基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法，其特征在于，所述步 驟S4中對所述抗體x進行復制時，包括步驟： 建立二維坐標，所述二維坐標的x軸代表歸一化的資源開銷，y軸代表歸一化的能耗開 銷； 將所述x軸與y軸的（0, 1)范圍進行n等分，使所述二維坐標被均分為n2個區(qū)域； 根據每個所述抗體x的歸一化的資源開銷和能耗開銷分別確定所述抗體x落在所述二 維坐標的第幾個區(qū)域； 用deh表示第i個區(qū)域內所述抗體x的個數，所述第i個區(qū)域內的所有抗體被復制的 概率為：
在所述第i個區(qū)域內的每個抗體x被復制的副本數為「Aft。，其中M。。表示在每次 迭代過程中總的復制副本數。
6. 根據權利要求1所述基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法，其特征在于，所述步 驟S4中在對所述抗體進行交叉時，隨機尋找和所述抗體配對的配對抗體，找到出現在所述 抗體中，但是在所述配對抗體中沒有出現的所有元素；然后對所述元素，檢查所述配對抗體 中的相應的維度是否在所述抗體中出現：如果沒有出現，則進行置換；否則跳過這一元素， 檢查下一個元素，直到對所有元素都檢查完畢或者置換的次數達到預先設置的最大置換次 數。
7. 根據權利要求1所述基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射方法，其特征在于，所述步 驟S4中對所述抗體x進行變異時，將第i次迭代過程中的變異概率動態(tài)地設置為1/i。
8. -種基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射系統(tǒng)，其特征在于，包括： 編碼模塊，用于設定編碼策略，由所述編碼策略得出的編碼方案能和節(jié)點映射方案 --對應，將編碼方案視為抗體X，并預設抗體種群的大??； 初始化模塊，用于對物理節(jié)點與物理鏈路分別進行初始化； 計算模塊，用于計算所述抗體X的綜合適應度f(x) = a ?C(x)n+(l-a) *E(x)n，其中 C(x)n表示抗體x對應的能耗開銷，E (x)n表示抗體x對應的資源開銷； 迭代模塊，用于對所述抗體x進行復制、交叉和變異的迭代過程，得到最優(yōu)解；所述迭 代過程的次數為預設的迭代次數。
9. 根據權利要求8所述基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射系統(tǒng)，其特征在于，所述初 始化模塊包括節(jié)點初始化子模塊和鏈路初始化子模塊，其中： 所述節(jié)點初始化模塊用于構建虛擬節(jié)點的候選物理節(jié)點列表，根據物理節(jié)點的帶寬 資源等級值以及CPU能力差等級值計算所述物理節(jié)點的綜合等級值，并根據所述綜合等級 值對所述候選物理節(jié)點列表中的物理節(jié)點進行非降序排列，并優(yōu)先選擇排序靠前的物理節(jié) 占. 所述鏈路初始化模塊用于尋找能夠滿足虛擬鏈路帶寬需求的所有物理鏈路，構成鏈路 集合，將所述物理鏈路上資源開銷與能耗開銷做歸一化處理，并據此計算所述物理鏈路的 綜合適應度函數，在所述鏈路集合中選擇具有最小綜合適應度函數的物理鏈路。
10. 根據權利要求8所述基于人工免疫系統(tǒng)的虛擬網絡映射系統(tǒng)，其特征在于，所述迭 代模塊由復制子模塊、交叉子模塊以及變異子模塊組成； 所述復制子模塊用于：建立二維坐標，所述二維坐標的x軸代表歸一化的資源開銷，y 軸代表歸一化的能耗開銷；將所述x軸與y軸的（0, 1)范圍進行n等分，使所述二維坐標被 均分為n2個區(qū)域；根據每個所述抗體x的歸一化的資源開銷和能耗開銷分別確定所述抗體 x落在所述二維坐標的第幾個區(qū)域；用derii表示第i個區(qū)域內所述抗體x的個數，所述第i 個區(qū)域內所有抗體被復制的概率為：
在所述第i個區(qū)域內的每個抗體x被復制的副本數為「AL ? ，其中M。。表示在每次迭 代過程中總的復制副本數； 所述交叉子模塊用于：在對所述抗體進行交叉時，隨機尋找和所述抗體配對的配對抗 體，找到出現在所述抗體中，但是在所述配對抗體中沒有出現的所有元素；然后對所述元 素，檢查所述配對抗體中的相應的維度是否在所述抗體中出現：如果沒有出現，則進行置 換；否則跳過這一元素，檢查下一個元素，直到對所有元素都檢查完畢或者置換的次數達到 預先設置的最大置換次數； 所述變異子模塊用于：在對所述抗體x進行變異時，將第i次迭代過程中的變異概率動 態(tài)地設置為1/i。
【文檔編號】H04L12/46GK104348695SQ201410601581
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權日:2014年10月31日
【發(fā)明者】蘇森, 張忠寶, 程祥, 雙鍇, 徐鵬 申請人:北京郵電大學