一種節(jié)能的虛擬網(wǎng)絡(luò)遷移方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)領(lǐng)域，用于解決網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境中 虛擬網(wǎng)絡(luò)迀移問(wèn)題，具體地說(shuō)，是指一種節(jié)能的虛擬網(wǎng)絡(luò)迀移方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，作為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用本身所具備的關(guān)鍵特性之一，越 來(lái)越受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。在該技術(shù)中，其核心思想是將基礎(chǔ)設(shè)施提供商和服 務(wù)提供商兩個(gè)角色予以解耦：由基礎(chǔ)設(shè)施提供商管理物理網(wǎng)絡(luò)，由服務(wù)提供商向基礎(chǔ)設(shè)施 提供商提出租賃虛擬網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求，創(chuàng)建個(gè)性化應(yīng)用以提供給終端用戶。該虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求往 往包含節(jié)點(diǎn)需求和鏈路需求。將此種虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求映射到物理網(wǎng)絡(luò)上的問(wèn)題，被稱為虛擬 網(wǎng)絡(luò)映射問(wèn)題（參見參考文獻(xiàn)[1 ]M? Yu，Y? Yi，J ? Rexford，and M? Chiang，"Rethinking virtual network embedding:substrate support for path splitting and migration，''ACM SIGC0MM Computer Communication Review, vol. 38 ,no . 2, pp. 17-29, 2008. )〇
[0003] 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問(wèn)題在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注。但是，虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求到 達(dá)和離開十分的頻繁，物理網(wǎng)絡(luò)的資源隨著時(shí)間的變化十分大。一段時(shí)間后，之前的映射方 案可能并不能有效的節(jié)省能量。因此，很有必要設(shè)計(jì)一個(gè)有效的算法來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè) 施提供商的能耗問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于在虛擬網(wǎng)絡(luò)映射完成后，針對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和鏈路資源動(dòng)態(tài)變 化的情況，設(shè)計(jì)高效的虛擬網(wǎng)絡(luò)迀移方法，進(jìn)一步節(jié)能，以使得在保持物理網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)收 益的同時(shí)，降低物理網(wǎng)絡(luò)的能耗開銷。
[0005] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)需求下節(jié)能的虛擬網(wǎng)絡(luò)迀移方法，所述方法包括如下步 驟：
[0006]第一步，確定待迀移的虛擬節(jié)點(diǎn)；
[0007] 設(shè)置一個(gè)CPU使用率門限值0，CPU使用率高于門限值0的物理節(jié)點(diǎn)，將作為目標(biāo)物 理節(jié)點(diǎn)接收其它待迀移虛擬節(jié)點(diǎn)，而CPU使用率低于門限值0的物理節(jié)點(diǎn)，其上所有虛擬節(jié) 點(diǎn)將作為待迀移虛擬節(jié)點(diǎn)；
[0008] 第二步，對(duì)待迀移虛擬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，得到迀移序列；
[0009] 第三步，周期性的進(jìn)行虛擬節(jié)點(diǎn)迀移；
[0010] 迀移周期用MC表示，所有待迀移虛擬節(jié)點(diǎn)組成集合U，所有目標(biāo)物理節(jié)點(diǎn)組成集合 G，這兩個(gè)集合將構(gòu)成一個(gè)二分圖；對(duì)于該二分圖定義其邊權(quán)值Wug如下：
(8)
[0012]其中，/r為一個(gè)二進(jìn)制數(shù)當(dāng)且僅當(dāng)虛擬鏈路iuv映射到物理路徑pst上時(shí)等于1，否 則等于〇，B( 1st)是虛擬鏈路1st請(qǐng)求的帶寬值，/『為一個(gè)二進(jìn)制數(shù)當(dāng)且僅當(dāng)虛擬鏈路Itq映 射到物理路徑Ptq上時(shí)等于1，否則等于0，B(ltq)是虛擬鏈路ltq請(qǐng)求的帶寬值;將邊權(quán)值表示 為該虛擬節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的原始鏈路映射方案和完成預(yù)匹配后的鏈路映射方案的鏈路資源消耗 的差值;定義二分圖匹配的含義為多對(duì)一的匹配，采用改進(jìn)的KM節(jié)點(diǎn)重匹配算法逐步為每 一個(gè)待迀移虛擬節(jié)點(diǎn)找到一條增廣路徑，如果在M次中無(wú)法找到增廣路徑，則修改頂標(biāo)使得 一條新邊加入，再次搜索增廣路徑，直到找到這樣的增廣路徑或算法超出預(yù)設(shè)的最大嘗試 次數(shù);然后進(jìn)行節(jié)點(diǎn)迀移、鏈路重建和時(shí)間復(fù)雜度分析。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0014] (1)本發(fā)明首次將迀移技術(shù)應(yīng)用于虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的問(wèn)題中，提出了迀移模型。
[0015] (2)相比于之前的最優(yōu)算法，本發(fā)明中提出的算法進(jìn)一步節(jié)能20%。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1A為物理網(wǎng)絡(luò)能耗(小規(guī)模虛擬網(wǎng)絡(luò)）；
[0017]圖1B為物理網(wǎng)絡(luò)能耗(正常規(guī)模虛擬網(wǎng)絡(luò)）；
[0018]圖1C為物理網(wǎng)絡(luò)能耗(大規(guī)模虛擬網(wǎng)絡(luò)）；
[0019]圖2A為物理網(wǎng)絡(luò)開啟節(jié)點(diǎn)數(shù)(小規(guī)模虛擬網(wǎng)絡(luò)）；
[0020]圖2B為物理網(wǎng)絡(luò)開啟節(jié)點(diǎn)數(shù)(正常規(guī)模虛擬網(wǎng)絡(luò)）；
[0021]圖2C為物理網(wǎng)絡(luò)開啟節(jié)點(diǎn)數(shù)(大規(guī)模虛擬網(wǎng)絡(luò)）。
[0022]圖3是實(shí)施例中虛擬網(wǎng)絡(luò)遷移不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] 本發(fā)明首先給出虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問(wèn)題中涉及到的物理網(wǎng)絡(luò)、虛擬網(wǎng)絡(luò)和虛擬網(wǎng)絡(luò)映 射的概念描述如下。
[0025]物理網(wǎng)絡(luò)：本發(fā)明將物理網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記為帶權(quán)無(wú)向圖GP=(NP，LP)，其中N P表示物理網(wǎng) 絡(luò)中所有物理節(jié)點(diǎn)的集合，"表示物理網(wǎng)絡(luò)中所有物理鏈路的集合。對(duì)于物理節(jié)點(diǎn)，其可以 提供CPU計(jì)算能力和Memory存儲(chǔ)能力;對(duì)于物理鏈路，其可以提供帶寬能力。
[0026]虛擬網(wǎng)絡(luò):本發(fā)明將虛擬網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記為帶權(quán)無(wú)向圖Gv=(Nv，Lv)，其中Nv表示所有虛 擬節(jié)點(diǎn)的集合，Lv表示所有虛擬鏈路的集合。在每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)u上，存在CPU計(jì)算能力約束和 Memory存儲(chǔ)需求約束，分別用Cu和Memu表示；在虛擬鏈路上，存在帶寬能力需求的約束，用 Buv表示。根據(jù)已有研究（參考文獻(xiàn)[2 ]: G ? Sun，H ? Yu，L ? Li，V ? Anand，Y ? Cai，and H ? Di， "Exploring online virtual networks mapping with stochastic bandwidth demand in multi-datacenter，'，Photonic Network Communications ,vol. 23 ,no. 2 ,pp. 109-122, 2012;參考文南犬[3]: B? Heller，S ? Seetharaman，P .Mahadevan，Y? Yiakoumis，P ? Sharma， S.Banerjee,and N?McKeown，"Elastic Tree:Saving energy in data center networksin Proceedings of the 7th NSDI.USENIX Association,2010,pp.249-264； 參考文南犬[4]: X. Wang，Y. Yao，X. Wang，K. Lu，and Q. Cao，"Carpo: Correlation-aware power optimization in data center networks，" in INF0C0M. IEEE，2012，pp. 1125-1133;參考 文南犬[5]:L.Wang，F(xiàn).Zhang，J.A.Aroca，A.V.Vasilakos，K.Zheng，C.Hou，D.Li，and Z.Liu， "Greendcn:a general framework for achieving energy efficiency in data center networks,"Selected Areas in Communications,IEEE Journal on,vol.32,no.l,pp.4-15,2014;參考文南犬[6] :M.Wang,X.Meng,and L.Zhang, "Consolidating virtual machines with dynamic bandwidth demand in data centers in INFOCOM.IEEE,2011,pp.71-75。），在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，CPU計(jì)算能力的需求和帶寬能力的需求往往是動(dòng)態(tài)變化的，且滿足高 斯分布，即：Q~州從，<)，式)，其中，y u，of分別表示CPU計(jì)算能力需求的約 束Cu的均值和方差，yuv，<分別表示寬帶能力需求的約束Buv的均值和方差。由于虛擬網(wǎng)絡(luò) 可以動(dòng)態(tài)地到達(dá)和離開，本發(fā)明用t4Pte分別表示虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求到達(dá)和離開物理網(wǎng)絡(luò)的時(shí) 間。
[0027] 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射:給定一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)的帶權(quán)無(wú)向圖Gv和物理網(wǎng)絡(luò)的帶權(quán)無(wú)向圖GP，在 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射M: Gv^GP映射中，包含兩個(gè)映射:Mr^PMi。
[0028] Mn是指從虛擬節(jié)點(diǎn)的集合Nv到物理節(jié)點(diǎn)的集合Np的單射函數(shù)。在此單射函數(shù)中，對(duì) 于任意虛擬節(jié)點(diǎn)ueNv和物理路由節(jié)AMn(u)eNP，Mn(u)需要滿足以下兩個(gè)條件：（1)滿足物 理節(jié)點(diǎn)U的CPU計(jì)算能力約束C u: (2)滿足物理節(jié)點(diǎn)u的Memory存儲(chǔ)需求約束Memu:
[0029] 1^表示從虛擬鏈路的集合Lv到無(wú)環(huán)路徑的集合Pp的單射函數(shù)，