一種基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法，總體上分為物理網(wǎng)絡(luò)初始化、初始映射階段和重映射階段，具體過(guò)程包括：(1)基于啟發(fā)式算法的邏輯子網(wǎng)絡(luò)劃分方法，構(gòu)建子網(wǎng)絡(luò)；(2)基于分治策略的節(jié)點(diǎn)候選資源池生成方法，劃分節(jié)點(diǎn)資源；(3)基于分治策略的鏈路候選資源池生成方法，劃分鏈路資源；(4)基于可恢復(fù)度的虛擬網(wǎng)絡(luò)初始映射方法，降低虛擬網(wǎng)絡(luò)故障概率；(5)基于相似函數(shù)的故障節(jié)點(diǎn)相似性度量，計(jì)算節(jié)點(diǎn)資源間相似度；(6)虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射的混合整數(shù)規(guī)劃模型，優(yōu)化虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射。本發(fā)明有效地解決了傳統(tǒng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性較差的問(wèn)題，為虛擬網(wǎng)絡(luò)提供了一種穩(wěn)定高效的生存性保障，具有重要的實(shí)際意義和很好的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種基于分治策略的増強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明具體設(shè)及一種基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法，屬于網(wǎng)絡(luò) 虛擬化虛擬網(wǎng)絡(luò)映射技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展W及對(duì)多樣化移動(dòng)服務(wù)的日益需求，未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 將會(huì)呈現(xiàn)部署密集性、業(yè)務(wù)多樣性和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性，不斷涌現(xiàn)的新的技術(shù)和新的應(yīng)用也對(duì)網(wǎng) 絡(luò)提出了更高和更嚴(yán)格的要求，譬如微服務(wù)提供商、個(gè)人網(wǎng)絡(luò)、資源定制服務(wù)等，然而目前 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無(wú)法承載運(yùn)些新的網(wǎng)絡(luò)特征，運(yùn)將嚴(yán)重阻礙網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)創(chuàng)新，也將推遲新 興網(wǎng)絡(luò)鵬起的進(jìn)程。
[0003] 網(wǎng)絡(luò)虛擬化則被視為一種解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)僵化問(wèn)題和解禪未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)最有潛力 的技術(shù)，它使得復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管控功能可W從硬件中分離出來(lái)，抽取到上層做統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理 和多樣化配置，從而降低網(wǎng)絡(luò)管理成本，提升網(wǎng)絡(luò)管控效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的抽象、統(tǒng)一 表征、資源共享和高效復(fù)用，也為異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的共存與融合提供了一種可行性方案。網(wǎng)絡(luò) 虛擬化作為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)核屯、范式已經(jīng)獲得越來(lái)越多的關(guān)注和深入的研究，比如X-Bone 項(xiàng)目和GENI項(xiàng)目。X-Bone通過(guò)封裝技術(shù)構(gòu)建一種虛擬網(wǎng)絡(luò)，支持動(dòng)態(tài)資源的發(fā)現(xiàn)、部署和監(jiān) 控功能;GENI是由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(化tional Science Foundation,NSF)發(fā)起的一個(gè) 全球范圍的網(wǎng)絡(luò)虛擬化項(xiàng)目，它在原有網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)成果基礎(chǔ)上，從時(shí)間和空間角度分 片資源來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬化，進(jìn)而構(gòu)建一個(gè)W開(kāi)放性和大規(guī)模性為特征的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)，為探索 下一代互聯(lián)網(wǎng)提供條件和基礎(chǔ)。
[0004] 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射作為網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一個(gè)重要分支，負(fù)責(zé)將虛擬網(wǎng)絡(luò)資源有效地映射 到物理網(wǎng)絡(luò)資源上。但是目前的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射機(jī)制大多基于網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的假設(shè)下，而在 實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，物理網(wǎng)絡(luò)會(huì)遇到不同程度的自然災(zāi)害、人為攻擊等惡劣場(chǎng)景，運(yùn)使得網(wǎng)絡(luò) 呈現(xiàn)更復(fù)雜的突發(fā)性和動(dòng)態(tài)性。為了使虛擬網(wǎng)絡(luò)具備更高的可靠性，則虛擬網(wǎng)絡(luò)必須具有 更強(qiáng)大的生存性和健壯性機(jī)制，進(jìn)而在物理網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)仍然保證虛擬網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn) 行，運(yùn)也是本發(fā)明所要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明目的是提供一種基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方 法，主要解決由物理網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性所引起的虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性較差的問(wèn)題，為虛擬網(wǎng)絡(luò)的 正常運(yùn)行提供一種生存性保障。
[0006] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供了一種基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法， 該方法包括W下過(guò)程：（1)基于啟發(fā)式算法的邏輯子網(wǎng)絡(luò)劃分方法，用于對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏 輯分區(qū)；（2)基于分治策略的節(jié)點(diǎn)候選資源池生成方法，用于將每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源劃分 為工作資源和備份資源，W便為故障節(jié)點(diǎn)提供候選節(jié)點(diǎn)；（3)基于分治策略的鏈路候選資源 池生成方法，用于將每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的鏈路資源劃分為工作資源和備份資源，W便為故障鏈路 和受影響鏈路提供候選鏈路；（4)基于可恢復(fù)度的虛擬網(wǎng)絡(luò)初始映射方法，用于在初始映射 階段將重要的虛擬資源優(yōu)先映射到可恢復(fù)度高的物理資源上；（5)基于相似函數(shù)的故障節(jié) 點(diǎn)相似性度量，用于描述和計(jì)算故障節(jié)點(diǎn)和候選節(jié)點(diǎn)的相似度，W提高重映射成功率；（6) 虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射的混合整數(shù)規(guī)劃模型，用于優(yōu)化虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射，W提高重映射機(jī)制的效 率。
[0007] (1)基于啟發(fā)式算法的邏輯子網(wǎng)絡(luò)劃分方法，對(duì)于給定的物理網(wǎng)絡(luò)Gs和區(qū)數(shù)K，定 義估價(jià)函數(shù)f (i，n)=g(i，n)+h(i，n)(l y卽），其中，i表示第i個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，g(i，n)表示從初 始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)η的實(shí)際代價(jià)即從初始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的實(shí)際步長(zhǎng)(節(jié)點(diǎn)跳數(shù)），h(i，n) 表示從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)η到目的結(jié)點(diǎn)的最佳路徑的估計(jì)代價(jià)即預(yù)生成網(wǎng)絡(luò)巧中距離初始節(jié)點(diǎn)的最 大步長(zhǎng)，用于提供捜索過(guò)程所需的啟發(fā)式信息。根據(jù)估價(jià)函數(shù)從狀態(tài)空間中選擇最有可能 到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑，從而對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏輯分區(qū)。在一次啟發(fā)式捜索過(guò)程中，一旦捜索 到的節(jié)點(diǎn)是已經(jīng)被標(biāo)記的節(jié)點(diǎn)則表示該節(jié)點(diǎn)一定處在子網(wǎng)絡(luò)的邊界上，因此此次啟發(fā)式捜 索結(jié)束，需要重新開(kāi)啟一次捜索，直到在當(dāng)前子網(wǎng)絡(luò)中與初始節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)均被標(biāo)記為 已訪問(wèn)狀態(tài)，則當(dāng)前子網(wǎng)絡(luò)巧劃分成功。
[000引（2)基于分治策略的節(jié)點(diǎn)候選資源池生成方法，針對(duì)所述過(guò)程（1)所生成的每個(gè) 子網(wǎng)絡(luò)巧，按照其節(jié)點(diǎn)備份比例蝶，計(jì)算節(jié)點(diǎn)資源備份數(shù)目，將該子網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源劃 分為工作資源和備份資源，進(jìn)而構(gòu)建該子網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)候選池，W便為故障節(jié)點(diǎn)提供候選節(jié) 點(diǎn)。為了盡可能解決節(jié)點(diǎn)備份資源不足和節(jié)點(diǎn)備份資源冗余的問(wèn)題，該節(jié)點(diǎn)候選資源池生 成方法采用歷史故障數(shù)據(jù)更新資源備份比例，使得候選資源池與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況更加 協(xié)調(diào)，進(jìn)而解決上述問(wèn)題。
[0009] (3)基于分治策略的鏈路候選資源池生成方法，針對(duì)所述過(guò)程（1)所生成的每個(gè)子 網(wǎng)絡(luò)Gi，按照其鏈路備份比例if，計(jì)算鏈路資源備份數(shù)目*5!'，將該子網(wǎng)絡(luò)的鏈路資源劃分 為工作資源和備份資源，進(jìn)而構(gòu)建該子網(wǎng)絡(luò)的鏈路候選池，W便為故障鏈路和受影響的鏈 路提供候選路徑。
[0010] (4)基于可恢復(fù)度的虛擬網(wǎng)絡(luò)初始映射方法，本方法首先計(jì)算物理網(wǎng)絡(luò)對(duì)虛擬網(wǎng) 絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源影響度}\,(巧，和鏈路資源影響度MgU)，其次求得物理節(jié)點(diǎn)資源的可恢 復(fù)度"、片:."、）=1-;'、（6>.)和物理鏈路資源的可恢復(fù)度衝(成&) = ：1-化(巧，馬):。由于 資源的可恢復(fù)度與資源的影響度成負(fù)相關(guān)，所W在初始映射階段將重要的虛擬資源優(yōu)先映 射到可恢復(fù)度高的物理資源上，便可W在初始映射時(shí)就為虛擬網(wǎng)絡(luò)提供一定程度的生存 性。
[0011] (5)基于相似函數(shù)的故障節(jié)點(diǎn)相似性度量，在過(guò)程(2)和(3)的基礎(chǔ)上，該過(guò)程首先 利用物理節(jié)點(diǎn)資源的屬性，比如CPU處理能力Cl、存儲(chǔ)能力mi、地理位置h等，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)屬性 列向量乂/=(。，1111，11)\進(jìn)而描述和計(jì)算故障節(jié)點(diǎn)資源和候選節(jié)點(diǎn)資源的相似度 57.心/(^；.\1^；)，篩選與故障節(jié)點(diǎn)具有最相似物理特征的候選節(jié)點(diǎn)資源，^提高重映射的成 功率。針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的不同要求的問(wèn)題，在具體重映射時(shí)，為 資源的不同屬性賦予不同的權(quán)重f = acf，π/ f =曲If，]/ f = AlfW表現(xiàn)對(duì)不同特征的需求，增 加生存性映射的靈活性。
[0012] (6)虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射的混合整數(shù)規(guī)劃模型，W受故障節(jié)點(diǎn)X影響的需要遷移的虛擬 節(jié)點(diǎn)集合FN (η，X)和W受故障節(jié)點(diǎn)X影響的需要遷移的虛擬鏈路集合FL (1，X)為基礎(chǔ)，建立 資源能力約束方程、節(jié)點(diǎn)映射約束方程、流量守恒約束方程W及變量取值約束方程，分別 保證候選資源能力不小于總虛擬資源需求、待重映射的虛擬資源映射唯一性、網(wǎng)絡(luò)流量守 恒W及整型變量取值合法，并在所述過(guò)程巧）的基礎(chǔ)之上建立目標(biāo)函數(shù)0F，用于優(yōu)化虛擬網(wǎng) 絡(luò)重映射，W提高重映射機(jī)制的效率。
[OOU]有益效果
[0014]本發(fā)明有效地解決了傳統(tǒng)虛擬網(wǎng)絡(luò)映射中虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性較差的問(wèn)題，為虛擬網(wǎng) 絡(luò)提供了一種穩(wěn)定高效的生存性方法，具有重要的實(shí)際意義和很好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[001引圖1本發(fā)明實(shí)施例的整體系統(tǒng)流程圖；
[0016] 圖2本發(fā)明實(shí)施例的物理網(wǎng)絡(luò)邏輯劃分示意圖；
[0017] 圖3本發(fā)明實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)資源相似性度量示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] W下將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明所述的基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò) 生存性的映射方法做詳細(xì)描述。
[0019] 如圖1所示，一種基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法，主要包括如下 過(guò)程：
[0020] (1)基于啟發(fā)式算法的邏輯子網(wǎng)絡(luò)劃分方法，用于對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏輯分區(qū)；
[0021] (2)基于分治策略的節(jié)點(diǎn)候選資源池生成方法，用于將每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源劃 分為工作資源和備份資源，W便為故障節(jié)點(diǎn)提供候選節(jié)點(diǎn)；
[0022] (3)基于分治策略的鏈路候選資源池生成方法，用于將每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的鏈路資源劃 分為工作資源和備份資源，W便為故障鏈路和受影響鏈路提供候選鏈路；
[0023] (4)基于可恢復(fù)度的虛擬網(wǎng)絡(luò)初始映射方法，用于在初始映射階段將重要的虛擬 資源優(yōu)先映射到可恢復(fù)度高的物理資源上；
[0024] (5)基于相似函數(shù)的故障節(jié)點(diǎn)相似性度量，用于描述和計(jì)算故障節(jié)點(diǎn)和候選節(jié)點(diǎn) 的相似度，W提高重映射成功率；
[0025] (6)虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射的混合整數(shù)規(guī)劃模型，用于優(yōu)化虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射，W提高重 映射機(jī)制的效率。
[0026] 根據(jù)圖1對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)操作流程進(jìn)行描述：
[0027] 1.過(guò)程（1)基于啟發(fā)式算法的邏輯子網(wǎng)絡(luò)劃分方法，對(duì)于給定的物理網(wǎng)絡(luò)Gs和區(qū) 數(shù)K，定義估價(jià)函數(shù)f(i，n)=g(i，n)+h(i，n)(ly非），其中，i表示第i個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，g(i，n)表 示從初始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)η的實(shí)際代價(jià)即從初始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的實(shí)際步長(zhǎng)(節(jié)點(diǎn)跳數(shù)），h (i，n)表示從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)η到目的結(jié)點(diǎn)的最佳路徑的估計(jì)代價(jià)即預(yù)生成網(wǎng)絡(luò)中距離初始節(jié) 點(diǎn)的最大步長(zhǎng)，用于提供捜索過(guò)程所需的啟發(fā)式信息。根據(jù)估價(jià)函數(shù)從狀態(tài)空間中選擇最 有可能到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑，從而對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏輯分區(qū)。在一次啟發(fā)式捜索過(guò)程中，一 旦捜索到的節(jié)點(diǎn)是已經(jīng)被標(biāo)記的節(jié)點(diǎn)則表示該節(jié)點(diǎn)一定處在子網(wǎng)絡(luò)的邊界上，因此此次啟 發(fā)式捜索結(jié)束，需要重新開(kāi)啟一次捜索，直到在當(dāng)前子網(wǎng)絡(luò)中與初始節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)均被 標(biāo)記為已訪問(wèn)狀態(tài)，則當(dāng)前子網(wǎng)絡(luò)巧劃分成功?，F(xiàn)W生成第i個(gè)邏輯子網(wǎng)絡(luò)為例，闡述構(gòu)造 邏輯子網(wǎng)絡(luò)的啟發(fā)式算法。
[002引（1似初始節(jié)點(diǎn)m構(gòu)造子網(wǎng)絡(luò)G:和集合0PEN，G; ，0PEN^{m}，令CLOSE為空 集，將m標(biāo)記為已訪問(wèn)。
[0029] (2)開(kāi)啟循環(huán)，若OPEN為空集，則算法W失敗而結(jié)束。
[0030] (3)從OPEN中取出具有最小f (i，η)的節(jié)點(diǎn)η，并使OPEN^OPEN-{η}，CLOSED化0SE U {η} ο
[0031] (4)若η已被其他子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記，則此次捜索過(guò)程結(jié)束，同時(shí)重新啟動(dòng)一個(gè)啟發(fā)式捜 索，從步驟①開(kāi)始。
[0032] (5)展開(kāi)η且令Μ為η的子節(jié)點(diǎn)且不為其父輩節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)集，則巧仁巧UM。
[0033] (6)對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)mEM:
[0034] ①如果況《0戶(hù)勵(lì)^，.且(60沿怨，.則OPEN^Im}，同時(shí)估h(i ,m)并計(jì)算f (i ,m) =g (i,m)+h(i,m)。
[0035] ②如果meOPEN或者meCLOSE，則將其回溯指針調(diào)整到給出最小g(i，m)值的路徑。
[0036] ③如果m的回溯指針被調(diào)整且me化0SE，則重新OPEN^Im}。
[0037] (7)返回到循環(huán)狀態(tài)。
[0038] 經(jīng)過(guò)上述構(gòu)造邏輯子網(wǎng)絡(luò)的步驟，物理網(wǎng)絡(luò)&=價(jià)',，&，聲，4)被劃分為1(區(qū)，其中 化和Es分別代表物理網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源集合和鏈路資源集合，4"代表物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)屬性集合 即節(jié)點(diǎn)《,(々>1，eWs)的屬性用名集合表示，代表物理網(wǎng)絡(luò)鏈路屬性集合即節(jié)點(diǎn)is和 Λ (作克e馬)之間的鏈路e(is，js)EEs的屬性用聲集合表示。設(shè)巧，.若若。')為第i 子網(wǎng)絡(luò)(各個(gè)變量的意義類(lèi)同Gs)，顯然G;是Gs的子圖，約束條件如下：
[0039]
[0040] 具體示意參見(jiàn)圖2,圖中物理網(wǎng)絡(luò)Gs被邏輯劃分為G1-G4等4個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。（注:為了表 述方便，轉(zhuǎn)等同于Gi，下同）
[0041] 2.過(guò)程(2)基于分治策略的節(jié)點(diǎn)候選資源池生成方法，針對(duì)所述過(guò)程(1)所生成的每 個(gè)子網(wǎng)絡(luò)巧，按照其節(jié)點(diǎn)備份比例if，計(jì)算節(jié)點(diǎn)資源備份數(shù)目=pwf|·巧]?將該子網(wǎng)絡(luò) 的節(jié)點(diǎn)資源劃分為工作資源和備份資源。定義巧(巧《)=<^巴戶(hù)巧《)+粒'舶勘麵）（細(xì)6滬） 表示網(wǎng)絡(luò)G中節(jié)點(diǎn)η的資源度，其中Ci、C2分別為大于零的平衡因子，CPU(n)和MEM(n)分別表 示物理節(jié)點(diǎn)η的CPU能力和存儲(chǔ)能力，該函數(shù)表征了節(jié)點(diǎn)η在網(wǎng)絡(luò)G中擁有的資源能力大小。 設(shè)~f'，巧）是由第i個(gè)子網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)按照D(Gi，n)降序排列的前個(gè)元素構(gòu)成的節(jié)點(diǎn) 集合，則第i個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)備份集合為
，從而構(gòu)建該子網(wǎng) 絡(luò)的節(jié)點(diǎn)候選池，W便為故障節(jié)點(diǎn)提供候選節(jié)點(diǎn)。具體示意參見(jiàn)圖2,圖中4個(gè)子網(wǎng)絡(luò)均被分 配了候選資源池。
[0042] 為了盡可能解決節(jié)點(diǎn)備份資源不足和節(jié)點(diǎn)備份資源冗余的問(wèn)題，該節(jié)點(diǎn)候選資源 池生成方法采用歷史故障數(shù)據(jù)更新資源備份比例，使得候選資源池與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況更加協(xié) 調(diào)。具體實(shí)現(xiàn)方案:定義
表示在T段時(shí)間內(nèi)第i個(gè)子網(wǎng)絡(luò)辭中發(fā)生故 障節(jié)點(diǎn)的總?cè)萘?，其中nfaii表示故障節(jié)點(diǎn)。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障是隨機(jī)發(fā)生的，因而Μ完r是一 個(gè)隨機(jī)變量，那么在下一個(gè)VN映射之前，首先對(duì)隨機(jī)變量計(jì)算統(tǒng)計(jì)平均
，并 按照公式
I更新子網(wǎng)絡(luò)G;的節(jié)點(diǎn)備份比例:，εΝ表示節(jié) 點(diǎn)限定因子，用于保證發(fā)生大型網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)新的節(jié)點(diǎn)備份比例不會(huì)大于1，〇￡心(>('）表示 子網(wǎng)絡(luò)巧的舊節(jié)點(diǎn)備份比例。
[0043] 3.過(guò)程(3)基于分治策略的鏈路候選資源池生成方法，針對(duì)所述過(guò)程（1)所生成的 每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)G，按照其鏈路備份比例呼，計(jì)算鏈路資源備份數(shù)目
.將該 子網(wǎng)絡(luò)的鏈路資源劃分為工作資源和備份資源。同過(guò)程(2)建模，構(gòu)建第i子網(wǎng)絡(luò)巧的鏈路 備份集合為
從而生成該子網(wǎng)絡(luò)的鏈路候選池，W便為故障鏈 路和受影響的鏈路提供候選路徑。
[0044] 4.過(guò)程(4)基于可恢復(fù)度的虛擬網(wǎng)絡(luò)初始映射方法，本方法首先計(jì)算物理網(wǎng)絡(luò)對(duì) 虛擬網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源影響度?巧，:?)和鏈路資源影響度;(、G: A ；):，具體計(jì)算如下：
[0045] 節(jié)點(diǎn)資源影響度
[0046] 其中，S表示已映射在子網(wǎng)絡(luò)巧中的虛擬資源總數(shù)；在物理節(jié)點(diǎn)ns為割點(diǎn)的情況 下，P表示在其發(fā)生故障時(shí)導(dǎo)致當(dāng)前子網(wǎng)絡(luò)被分割成的簇?cái)?shù)，Sj表示第j簇網(wǎng)絡(luò)中的虛擬資 源總數(shù);在物理節(jié)點(diǎn)ns為非割點(diǎn)情況下，Mig(ns)表示在其發(fā)生故障時(shí)需要遷移的虛擬資源 總數(shù)，MigW(ns)表示在其發(fā)生故障時(shí)需要遷移的虛擬節(jié)點(diǎn)資源總數(shù)，MigE(ns)表示在其發(fā)生 故障時(shí)需要遷移的虛擬鏈路資源總數(shù)。
[0047] 鏈路資源影響度
[004引其中，S表示已映射在子網(wǎng)絡(luò)K中的虛擬資源總數(shù)；在物理鏈路es為割邊的情況 下，若其發(fā)生故障將導(dǎo)致當(dāng)前子網(wǎng)絡(luò)被分割成的兩簇;在物理鏈路es為非割邊的情況下， Mig(es)表示物理鏈路es發(fā)生故障時(shí)需要遷移的虛擬資源總數(shù)，MigE(es)表示物理鏈路es發(fā) 生故障時(shí)需要遷移的虛擬鏈路資源數(shù)目。則物理節(jié)點(diǎn)資源的可恢復(fù)度和物理鏈路資源的可 恢復(fù)度分別為0、'(巧.",）=^746>:)和64《^) = 1-)^(6>,)。由于資源的可恢復(fù)度與 資源的影響度成負(fù)相關(guān)，所W在初始映射階段將重要的虛擬資源優(yōu)先映射到可恢復(fù)度高的 物理資源上，便可W在初始映射階段就為虛擬網(wǎng)絡(luò)提供一定程度的生存性。
[0049] 5.過(guò)程(5)基于相似函數(shù)的故障節(jié)點(diǎn)相似性度量，在過(guò)程(2)和(3)的基礎(chǔ)上，該過(guò) 程首先利用物理節(jié)點(diǎn)資源的屬性:CPU處理能力Cl、存儲(chǔ)能力mi、地理位置h等，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)屬 性列向量￥/=(。1，化，11八對(duì)于備份資源池的任意節(jié)點(diǎn)11^構(gòu)成的列向量^^二仁,，"?,，/,y， 則其與故障節(jié)點(diǎn)nf構(gòu)成的列向量之間的相似度，F(xiàn)/；)定義為(為 了保證相似度非負(fù)，對(duì)相似函數(shù)取絕對(duì)值）
癢中，
[0化4]通過(guò)5'^^(;^^,.\{//'；)篩選與故障節(jié)點(diǎn)具有最相似物理特征的候選節(jié)點(diǎn)^提高重映 射的成功率。具體示意參見(jiàn)圖3,圖中A、B、C、D均為候選節(jié)點(diǎn)，若此時(shí)nl節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障，貝U 候選節(jié)點(diǎn)A、B便成為nl的候選節(jié)點(diǎn)，且SIM(nl ,A)〉SIM(nl ,Β)。由前述分析可知，應(yīng)該將A作 為nl的實(shí)際替代節(jié)點(diǎn)，因?yàn)榕cnl相比，B與n2的相似度更高，因此將B作為n2的替代節(jié)點(diǎn)會(huì)更 合理(在n2發(fā)生故障的前提下）。同理，如果n3發(fā)生故障，應(yīng)該將D作為它的替代節(jié)點(diǎn)而非C節(jié) 點(diǎn)。針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的不同要求的問(wèn)題，在具體重映射時(shí)，為資 源的不同屬性賦予不同的權(quán)重c/f = αcf，π/f = 曲lf，l/f = λl擬表現(xiàn)對(duì)不同特征的需求，增加 生存性映射的靈活性，其中α，β > 1，表示需要更高的CPU處理能力和存儲(chǔ)能力，λ-般等于1， 表示地理位置與故障節(jié)點(diǎn)的地理位置越近越好。
[0055] 6.過(guò)程(6)虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射的混合整數(shù)規(guī)劃模型，W受故障節(jié)點(diǎn)X影響的需要遷移 的虛擬節(jié)點(diǎn)集合FN(n，x)和W受故障節(jié)點(diǎn)X影響的需要遷移的虛擬鏈路集合FL(l，x)為基 礎(chǔ)，建立資源能力約束方程、節(jié)點(diǎn)映射約束方程、流量守恒約束方程w及變量取值約束方 程D
[0056]①資源能力約束
[0059] 其中，表示第k子網(wǎng)絡(luò)中虛擬節(jié)點(diǎn)m(nieFN(n，x))是否重映射到物理節(jié)點(diǎn)ny，若 是，則否則
表示重映射受故障節(jié)點(diǎn)X影響的所有鏈路在物 理鏈路C.上占有的總流量，記表示第k子網(wǎng)絡(luò)中重映射虛擬鏈路(<^6化(/，.叫;在物理 鏈路C上占有的流量；巧(句表示節(jié)點(diǎn)候選池中節(jié)點(diǎn)ny的剩余資源能力；S的(C)表示鏈 路候選池中鏈路C的剩余帶寬。
[0060] ②節(jié)點(diǎn)映射約束
[0061 ] %《1 ν?
[0062] 其中
表示VNi在重映射階段的節(jié)點(diǎn)映射結(jié)果。
[0063] ③流量守恒約束
[0067] A(x)表示與物理節(jié)點(diǎn)X相鄰的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合。第一式既表示了與故障節(jié)點(diǎn)相鄰 的鏈路不參與重映射也表示了流量守恒;第二式表示若瑪作為承載虛擬鏈路/,!的物理鏈 路的終點(diǎn)則9=1，此時(shí)該節(jié)點(diǎn)的流入流量等于皂的需求帶寬，否則口 =0,此時(shí)該節(jié)點(diǎn)的流入 流量等于流出流量W保持流量守恒;第Ξ式表示若虛擬節(jié)點(diǎn)m重映射到物理節(jié)點(diǎn)ny，則將ny 作為承載虛擬鏈路的物理鏈路的起點(diǎn)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)ny的流出流量等于^；的需求帶寬，否則節(jié) 點(diǎn)ny的流出流量等于流入流量W保持流量守恒。
[006引④變量取值約束
[0072]資源能力約束方程、節(jié)點(diǎn)映射約束方程、流量守恒約束方程W及變量取值約束方 程分別保證候選資源能力不小于總虛擬資源需求、待重映射的虛擬資源映射唯一性、網(wǎng)絡(luò) 流量守恒W及整型變量取值合法。
[0073]在上述分析和所述過(guò)程巧)的基礎(chǔ)之上建立目標(biāo)函I
用于優(yōu)化虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射。其中，第一項(xiàng)中的相似函數(shù)既保證了故障資源與候選資源擁有 最大的物理特征也最優(yōu)化了剩余候選資源池的連通性，第二項(xiàng)則表示最小化虛擬鏈路重映 射占用的網(wǎng)絡(luò)流量;σ，τ分別為平衡第一項(xiàng)和第二項(xiàng)的權(quán)重因子。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法，其特征在于:基于啟發(fā)式算 法劃分邏輯子網(wǎng)絡(luò)、基于分治策略構(gòu)建候選資源池、基于可恢復(fù)度完善虛擬網(wǎng)絡(luò)初始映射 以及基于相似函數(shù)重映射虛擬網(wǎng)絡(luò)，具體過(guò)程包括： (1) 基于啟發(fā)式算法的邏輯子網(wǎng)絡(luò)劃分方法，用于對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏輯分區(qū)； (2) 基于分治策略的節(jié)點(diǎn)候選資源池生成方法，用于將每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源劃分為 工作資源和備份資源，以便為故障節(jié)點(diǎn)提供候選節(jié)點(diǎn)； (3) 基于分治策略的鏈路候選資源池生成方法，用于將每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的鏈路資源劃分為 工作資源和備份資源，以便為故障鏈路和受影響鏈路提供候選鏈路； (4) 基于可恢復(fù)度的虛擬網(wǎng)絡(luò)初始映射方法，用于在初始映射階段將重要的虛擬資源 優(yōu)先映射到可恢復(fù)度高的物理資源上； (5) 基于相似函數(shù)的故障節(jié)點(diǎn)相似性度量，用于描述和計(jì)算故障節(jié)點(diǎn)和候選節(jié)點(diǎn)的相 似度，以提高重映射成功率； (6) 虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射的混合整數(shù)規(guī)劃模型，用于優(yōu)化虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射，以提高重映射機(jī) 制的效率。2. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法，其特征 在于:所述過(guò)程（1)基于啟發(fā)式算法的邏輯子網(wǎng)絡(luò)劃分方法，對(duì)于給定的物理網(wǎng)絡(luò)G s和區(qū)數(shù) 〖，定義估價(jià)函數(shù);^(：[，11)=8(;[，11)+11(;[，11)(1<;[<1〇，其中，;[表示第;[個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，8(;[，11)表示 從初始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)η的實(shí)際代價(jià)即從初始節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的實(shí)際步長(zhǎng)即節(jié)點(diǎn)跳數(shù)，h (i，n)表示從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)η到目的結(jié)點(diǎn)的最佳路徑的估計(jì)代價(jià)即預(yù)生成網(wǎng)絡(luò)切中距離初始節(jié) 點(diǎn)的最大步長(zhǎng)，用于提供搜索過(guò)程所需的啟發(fā)式信息;根據(jù)估價(jià)函數(shù)從狀態(tài)空間中選擇最 有可能到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑，從而對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏輯分區(qū);在一次啟發(fā)式搜索過(guò)程中，一 旦搜索到的節(jié)點(diǎn)是已經(jīng)被標(biāo)記的節(jié)點(diǎn)則表示該節(jié)點(diǎn)一定處在子網(wǎng)絡(luò)的邊界上，因此此次啟 發(fā)式搜索結(jié)束，需要重新開(kāi)啟一次搜索，直到在當(dāng)前子網(wǎng)絡(luò)中與初始節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)均被 標(biāo)記為已訪問(wèn)狀態(tài)，則當(dāng)前子網(wǎng)絡(luò)C?丨劃分成功。3. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法，其特征 在于:所述過(guò)程(2)基于分治策略的節(jié)點(diǎn)候選資源池生成方法，針對(duì)所述過(guò)程（1)所生成的 每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)€，按照其節(jié)點(diǎn)備份比例Pf，計(jì)算節(jié)點(diǎn)資源備份數(shù)目，將該子網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資 源劃分為工作資源和備份資源，進(jìn)而構(gòu)建該子網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)候選池，以便為故障節(jié)點(diǎn)提供候 選節(jié)點(diǎn)，同時(shí)采用歷史故障數(shù)據(jù)更新資源備份比例，解決節(jié)點(diǎn)備份資源不足和節(jié)點(diǎn)備 份資源冗余問(wèn)題。4. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法，其特征 在于:所述過(guò)程(3)基于分治策略的鏈路候選資源池生成方法，針對(duì)所述過(guò)程（1)所生成的 每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)g，按照其鏈路備份比例if%計(jì)算鏈路資源備份數(shù)目，將該子網(wǎng)絡(luò)的鏈路資 源劃分為工作資源和備份資源，進(jìn)而構(gòu)建該子網(wǎng)絡(luò)的鏈路候選池，以便為故障鏈路和受影 響的鏈路提供候選路徑。5. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法，其特征 在于:所述過(guò)程(4)基于可恢復(fù)度的虛擬網(wǎng)絡(luò)初始映射方法，首先計(jì)算物理網(wǎng)絡(luò)對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò) 的節(jié)點(diǎn)資源影響度}V〇^，n4；)和鏈路資源影響度其次求得物理節(jié)點(diǎn)資源的可恢 復(fù)度^4(7丨及；)=1-7^(^及；)和物理鏈路資源的可恢復(fù)度馬(〇：^ = 1-)，￡(6弋\在初始 映射階段將重要的虛擬資源優(yōu)先映射到可恢復(fù)度高的物理資源上。6. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法，其特征 在于:所述過(guò)程(5)基于相似函數(shù)的故障節(jié)點(diǎn)相似性度量，在所述過(guò)程(2)和(3)的基礎(chǔ)上， 該過(guò)程首先利用物理節(jié)點(diǎn)資源的屬性，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)屬性列向量彳=((^nujy，進(jìn)而描述和 計(jì)算故障節(jié)點(diǎn)資源和候選節(jié)點(diǎn)資源的相似度57Μ ，|// ；)，篩選與故障節(jié)點(diǎn)資源具有最相 似物理特征的候選節(jié)點(diǎn)資源，以提高重映射的成功率;針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景對(duì) 網(wǎng)絡(luò)性能的不同要求的問(wèn)題，在具體重映射時(shí)，為資源的不同屬性賦予不同的權(quán)重(3、= α Cf ,π/ f = ftnf，]/ f = Alf以表現(xiàn)對(duì)不同特征的需求，增加生存性映射的靈活性。7. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的基于分治策略的增強(qiáng)虛擬網(wǎng)絡(luò)生存性的映射方法，其特征 在于:所述過(guò)程(6)虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射的混合整數(shù)規(guī)劃模型，以受故障節(jié)點(diǎn)X影響的需要迀移 的虛擬節(jié)點(diǎn)集合FN (η，X)和以受故障節(jié)點(diǎn)X影響的需要迀移的虛擬鏈路集合FL (1，X)為基 礎(chǔ)，建立資源能力約束方程、節(jié)點(diǎn)映射約束方程、流量守恒約束方程以及變量取值約束方 程，分別保證候選資源能力不小于總虛擬資源需求、待重映射的虛擬資源的映射唯一性、網(wǎng) 絡(luò)流量守恒以及整型變量取值合法，并在所述過(guò)程(5)的基礎(chǔ)之上建立目標(biāo)函數(shù)0F，用于優(yōu) 化虛擬網(wǎng)絡(luò)重映射，以提高重映射機(jī)制的效率。
【文檔編號(hào)】H04L12/46GK105871606SQ201610188764
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】趙夙, 王艷軍, 朱曉榮, 黃正超, 王振
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)