光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛 擬網(wǎng)絡(luò)嵌入系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動(dòng)漫渲染是將某一數(shù)字設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成生動(dòng)動(dòng)畫(huà)的過(guò)程。該技術(shù)涉及大量幾何、燈光 及材料等模型，往往需要運(yùn)行在強(qiáng)大的計(jì)算程序上。隨著精確建模的快速發(fā)展，一幀動(dòng)畫(huà)通 常包含成千上萬(wàn)個(gè)幾何模型，而每個(gè)幾何模型均含有復(fù)雜的參數(shù)設(shè)置。因此，動(dòng)漫渲染是非 常耗時(shí)的，單機(jī)渲染時(shí)間約為每幀兩小時(shí)。對(duì)于一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為160分鐘的動(dòng)畫(huà)，其渲染時(shí)間將 高達(dá)2. 88 X IO6小時(shí)。顯然，動(dòng)漫渲染的核心目標(biāo)就是縮短渲染時(shí)間。
[0003] 采用集群渲染技術(shù)，大批次服務(wù)器對(duì)同一渲染文件進(jìn)行并行計(jì)算處理，縮短了渲 染時(shí)間。但這種并行操作增加了運(yùn)維成本，并可能導(dǎo)致大量計(jì)算資源的閑置。因此，云渲染 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)集群虛擬化，異構(gòu)的服務(wù)器資源被整合入獨(dú)立的云渲染農(nóng)場(chǎng)中。基于 云計(jì)算理念，一個(gè)管理者在遠(yuǎn)端的云渲染農(nóng)場(chǎng)維護(hù)強(qiáng)大的計(jì)算程序，并負(fù)責(zé)接收來(lái)自用戶 的渲染任務(wù)。云渲染農(nóng)場(chǎng)執(zhí)行相應(yīng)的渲染任務(wù)后，將渲染畫(huà)面反饋給用戶終端。無(wú)需購(gòu)買(mǎi) 昂貴卻能力有限的渲染設(shè)備，用戶只需向云渲染農(nóng)場(chǎng)管理者交付短期租賃費(fèi)用，便可借助 云內(nèi)強(qiáng)大的計(jì)算資源獲取理想的渲染效果。
[0004] 但單一的集群虛擬化還無(wú)法滿足完整的云渲染進(jìn)程的實(shí)際需求。一個(gè)完整的云 渲染進(jìn)程需要部署渲染、圖像壓縮及存儲(chǔ)等數(shù)據(jù)中心。由于地理空間的限制，尤其針對(duì)跨 區(qū)域的渲染任務(wù)合作，上述不同類型數(shù)據(jù)中心往往相距較遠(yuǎn)。如果某一用戶想快速獲取由 云渲染農(nóng)場(chǎng)反饋的渲染畫(huà)面，則亟需高速光互聯(lián)以支持用戶與指定數(shù)據(jù)中心之間的信息轉(zhuǎn) 發(fā)。因此，一個(gè)完整的云渲染進(jìn)程需實(shí)現(xiàn)光與數(shù)據(jù)中心的無(wú)縫云融合，從而形成支持云渲染 的光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。具體表現(xiàn)為，除了集群虛擬化（涉及虛擬機(jī)），還要實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)虛擬化 (涉及虛擬光路）。為此，每個(gè)云渲染任務(wù)本質(zhì)上是一個(gè)向云渲染農(nóng)場(chǎng)管理者發(fā)起的虛擬網(wǎng) 絡(luò)嵌入請(qǐng)求，每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)由虛擬光路和虛擬機(jī)組成。此請(qǐng)求被成功受理的條件是管理者 能為該請(qǐng)求的虛擬網(wǎng)絡(luò)成功執(zhí)行節(jié)點(diǎn)和鏈路映射。其中，節(jié)點(diǎn)映射是指虛擬機(jī)到指定數(shù)據(jù) 中心內(nèi)某一服務(wù)器的映射，而鏈路映射是指虛擬光路到指定物理路徑所占用光纖鏈路的映 射?，F(xiàn)有虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入方法均不適用于光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)云渲染的獨(dú)有需求與特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬 網(wǎng)絡(luò)嵌入系統(tǒng)及方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入系統(tǒng)，用于進(jìn)行真實(shí)云渲染任 務(wù)和非真實(shí)云渲染任務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入，該系統(tǒng)包括：光骨干網(wǎng)、渲染數(shù)據(jù)中心、圖像存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)中心和圖像壓縮數(shù)據(jù)中心；
[0008] 光骨干網(wǎng)內(nèi)的各節(jié)點(diǎn)部署光交叉連接器，各光交叉連接器之間的鏈路通過(guò)波分復(fù) 用光纖進(jìn)行連接；
[0009] 將光骨干網(wǎng)中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)作為云渲染數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，分別部署渲染數(shù)據(jù)中心、圖像存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心以及圖像壓縮數(shù)據(jù)中心，光骨干網(wǎng)、渲染數(shù)據(jù)中心、圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心以及圖像 壓縮數(shù)據(jù)中心形成光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)；
[0010] 渲染數(shù)據(jù)中心、圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心和圖像壓縮數(shù)據(jù)中心內(nèi)均部署集群服務(wù)器，集 群服務(wù)器中設(shè)置若干虛擬機(jī)，各虛擬機(jī)間形成虛擬光路。
[0011] 采用所述的光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入系統(tǒng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入 方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟1 :云渲染用戶向光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)出虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入請(qǐng)求；
[0013] 步驟2 :分別對(duì)真實(shí)云渲染任務(wù)和非真實(shí)云渲染任務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入請(qǐng)求進(jìn)行模 型化描述，虛擬網(wǎng)絡(luò)包括虛擬機(jī)和虛擬光路；
[0014] 步驟2-1 :針對(duì)真實(shí)云渲染任務(wù)需由渲染數(shù)據(jù)中心、圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心和圖像壓 縮數(shù)據(jù)中心并行完成的特點(diǎn)，將真實(shí)云渲染任務(wù)請(qǐng)求嵌入的虛擬網(wǎng)絡(luò)表征為以光數(shù)據(jù)中心 網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)處光交叉連接器為根節(jié)點(diǎn)，以渲染數(shù)據(jù)中心對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)、圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 中心對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)和圖像壓縮數(shù)據(jù)中心對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)為三個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)，以三個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)間 形成的虛擬光路為分支的樹(shù)；
[0015] 步驟2-2 :針對(duì)非真實(shí)云渲染任務(wù)僅需渲染數(shù)據(jù)中心、圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心和圖像 壓縮數(shù)據(jù)中心中任意一類數(shù)據(jù)中心獨(dú)立完成的特點(diǎn)，將非真實(shí)渲染任務(wù)請(qǐng)求嵌入的虛擬網(wǎng) 絡(luò)表征為以光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)處光交叉連接器為一端節(jié)點(diǎn)、某一類數(shù)據(jù)中心對(duì)應(yīng) 虛擬機(jī)為另一端節(jié)點(diǎn)的虛擬光路；
[0016] 步驟3 :對(duì)所有云渲染任務(wù)進(jìn)行排序；
[0017] 步驟4:進(jìn)行當(dāng)前云渲染任務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入，即對(duì)當(dāng)前云渲染任務(wù)請(qǐng)求嵌入的 虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)映射和鏈路映射；
[0018] 步驟4-1 :采用服務(wù)器整合方法，將當(dāng)前云渲染任務(wù)請(qǐng)求嵌入的虛擬網(wǎng)絡(luò)的虛擬 機(jī)映射到指定數(shù)據(jù)中心中的第一個(gè)能夠容納該虛擬機(jī)的服務(wù)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)映射；
[0019] 步驟4-2 :采用流量疏導(dǎo)方法，將虛擬光路映射到指定物理路徑所占用的光纖鏈 路上，從而實(shí)現(xiàn)鏈路映射；
[0020] 步驟5 :若步驟4-1與步驟4-2均執(zhí)行成功，根據(jù)映射結(jié)果更新底層光數(shù)據(jù)中心網(wǎng) 絡(luò)資源，并轉(zhuǎn)向步驟4繼續(xù)完成其他云渲染任務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入操作，直至所有云渲染任 務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入完成；否則拒絕當(dāng)前云渲染任務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入請(qǐng)求，并轉(zhuǎn)向步驟4繼 續(xù)完成其他云渲染任務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入操作，直至所有云渲染任務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入完成；
[0021] 步驟6 :完成所有云渲染任務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入操作后，統(tǒng)計(jì)所有云渲染任務(wù)所消 耗的波長(zhǎng)總數(shù)及服務(wù)器總數(shù)；
[0022] 步驟7 :以最小化所有云渲染任務(wù)所消耗的波長(zhǎng)總數(shù)及服務(wù)器總數(shù)為目標(biāo)，對(duì)光 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，得到所有云渲染任務(wù)所消 耗的波長(zhǎng)總數(shù)下界值區(qū)間及服務(wù)器總數(shù)下界值區(qū)間；
[0023] 步驟8 :將統(tǒng)計(jì)的所有云渲染任務(wù)所消耗的波長(zhǎng)總數(shù)及服務(wù)器總數(shù)分別與所有云 渲染任務(wù)所消耗的波長(zhǎng)總數(shù)下界值區(qū)間及服務(wù)器總數(shù)下界值區(qū)間分別進(jìn)行比較分析，從而 驗(yàn)證當(dāng)前虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入操作是否最優(yōu)：若統(tǒng)計(jì)的所有云渲染任務(wù)所消耗的波長(zhǎng)總數(shù)大于所 有云渲染任務(wù)所消耗的波長(zhǎng)總數(shù)下界值區(qū)間，或者所有云渲染任務(wù)所消耗的服務(wù)器總數(shù)大 于所有云渲染任務(wù)所消耗的服務(wù)器總數(shù)下界值區(qū)間，則當(dāng)前虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入操作不是最優(yōu)， 返回步驟3 ;否則，當(dāng)前虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入操作為最優(yōu)。
[0024] 所述對(duì)所有云渲染任務(wù)進(jìn)行排序時(shí)以真實(shí)云渲染任務(wù)優(yōu)先或非真實(shí)云渲染任務(wù) 優(yōu)先。
[0025] 所述步驟4-2的流量疏導(dǎo)方法中，采用最短路徑路由計(jì)算出虛擬光路待映射的物 理路徑及該路徑所占用的光纖鏈路，采用首次命中方法為虛擬光路分配波長(zhǎng)。
[0026] 有益效果：
[0027] 結(jié)合采用服務(wù)器整合及流量疏導(dǎo)方法為真實(shí)云渲染任務(wù)和非真實(shí)云渲染任務(wù)的 虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入請(qǐng)求進(jìn)行節(jié)點(diǎn)映射和鏈路映射，借助混合云渲染方式縮短渲染時(shí)間同時(shí)，達(dá) 到了有效降低渲染開(kāi)銷（所有渲染任務(wù)所消耗的波長(zhǎng)總數(shù)及服務(wù)器總數(shù)）的目的。本發(fā)明 除了采用能夠營(yíng)造類似實(shí)際場(chǎng)景的動(dòng)漫效果的真實(shí)渲染方法外，通過(guò)引入水墨畫(huà)、剪紙等 對(duì)資源需求較低的非真實(shí)渲染方法，減少渲染時(shí)間和開(kāi)銷，同時(shí)能為觀眾呈現(xiàn)出單純真實(shí) 渲染所無(wú)法表現(xiàn)的獨(dú)特視覺(jué)效果。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入系 統(tǒng)拓?fù)鋱D，其中，1?15為光交叉連接器，16為渲染數(shù)據(jù)中心，17為圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心，18 為圖像壓縮數(shù)據(jù)中心；
[0029] 圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入方 法流程圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入方 法的云渲染服務(wù)器開(kāi)銷對(duì)比圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入方 法的云渲染波長(zhǎng)開(kāi)銷對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0033] 一種光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入系統(tǒng)，用于進(jìn)行真實(shí)云渲染任 務(wù)和非真實(shí)云渲染任務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入，如圖1所示，該系統(tǒng)包括：光骨干網(wǎng)、渲染數(shù)據(jù)中 心、圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心和圖像壓縮數(shù)據(jù)中心；
[0034] 光骨干網(wǎng)內(nèi)的各節(jié)點(diǎn)部署光交叉連接器，各光交叉連接器之間的鏈路通過(guò)波分復(fù) 用光纖進(jìn)行連接；將光骨干網(wǎng)中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)作為云渲染數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，分別部署渲染數(shù)據(jù)中心、 圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心以及圖像壓縮數(shù)據(jù)中心，光骨干網(wǎng)、渲染數(shù)據(jù)中心、圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心以 及圖像壓縮數(shù)據(jù)中心形成光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)；渲染數(shù)據(jù)中心、圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心和圖像壓縮 數(shù)據(jù)中心內(nèi)均部署集群服務(wù)器，集群服務(wù)器中設(shè)置若干虛擬機(jī)，各虛擬機(jī)間形成虛擬光路。
[0035] 光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中包括光交叉連接器集合N，光纖鏈路集合E以及數(shù)據(jù)中心集合 D0
[0036] 本實(shí)施方式的光骨干網(wǎng)中有15個(gè)節(jié)點(diǎn)，|N| = 15, |E| = 22, |D| = 3。每個(gè)服務(wù) 器的初始容量相等，單位服務(wù)器容量SC = 16,而每個(gè)波長(zhǎng)的初始容量也相等，單位波長(zhǎng)容 量 WC = 16。
[0037] 采用所述的光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中面向云渲染的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入系統(tǒng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入 方法，如圖2所示，包括以下步驟：
[0038] 步驟1 :云渲染用戶向光數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)出虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入請(qǐng)求；
[0039] 步驟2 :分別對(duì)真實(shí)云渲染任務(wù)和非真實(shí)云渲染任務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入請(qǐng)求進(jìn)行模 型化描述，虛擬網(wǎng)絡(luò)包括虛擬機(jī)和虛擬光路；
[0040] 步驟2-1 :針對(duì)真實(shí)云渲染任務(wù)需由渲染數(shù)據(jù)中心、圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心和圖像壓 縮數(shù)據(jù)中心并行完成的特點(diǎn)，將真實(shí)云渲染任務(wù)請(qǐng)求嵌入的虛擬網(wǎng)絡(luò)表征為以光