[發(fā)明專利]一種虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210173765.6
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN103457752A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王子厚;韓言妮;林濤;唐暉;慈松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L29/08;H04L1/00
• 代理公司: 北京法思騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及一種虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法。

背景技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)在過去的20年取得了巨大的發(fā)展，而同時(shí)也面臨著一系列的問題，包括可擴(kuò)展性、安全性等，而網(wǎng)絡(luò)虛擬化被認(rèn)為是解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)僵化問題的重要技術(shù)手段。在云計(jì)算與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)虛擬化能夠幫助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源的高效利用、動(dòng)態(tài)調(diào)度、有效隔離。網(wǎng)絡(luò)虛擬化通過抽象、分配、隔離機(jī)制，選擇性地進(jìn)行資源分配與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)在相同的物理網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，并提高物理資源利用率、提高服務(wù)質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)的能耗開銷和運(yùn)營成本。

在網(wǎng)絡(luò)虛擬化中，虛擬資源如何有效地分配到物理網(wǎng)絡(luò)，即虛擬網(wǎng)如何映射到底層網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。虛擬網(wǎng)映射問題就是如何高效地根據(jù)虛擬網(wǎng)請求，在底層網(wǎng)絡(luò)上尋找合適的物理資源，創(chuàng)建滿足請求的虛擬網(wǎng)絡(luò)的過程。虛擬資源的有效分配，需要同時(shí)考慮物理資源的CPU能力限制、帶寬限制、降低能耗、負(fù)載均衡、提高底層網(wǎng)絡(luò)收益、地理位置信息等眾多約束。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下虛擬資源的分配問題抽象為一個(gè)圖論問題，虛擬網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浜臀锢砭W(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涠加脠D的形式來進(jìn)行描述。通常底層網(wǎng)絡(luò)可以描述為帶權(quán)重的無向圖，標(biāo)記為G_S=(N_S，E_S)，N_S為底層節(jié)點(diǎn)的集合，E_S為底層鏈路的集合。虛擬網(wǎng)也可以表示為帶權(quán)重的無向圖，描述為G_V=(N_V，E_V)，包括虛擬節(jié)點(diǎn)N_V與虛擬鏈路的集合E_V。虛擬網(wǎng)的映射過程，就是尋找合適的滿足需求的底層資源，將虛擬網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淦ヅ涞轿锢砭W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪^程。虛擬網(wǎng)絡(luò)的映射，需要將節(jié)點(diǎn)需求與鏈路需求都映射到底層的物理資源上，一般包括節(jié)點(diǎn)映射與鏈路映射兩個(gè)階段。節(jié)點(diǎn)映射主要考慮節(jié)點(diǎn)CPU能力的限制，鏈路映射考慮鏈路上的可用帶寬。圖1展示了虛擬網(wǎng)絡(luò)向底層網(wǎng)絡(luò)的映射示意。其中虛擬網(wǎng)A與虛擬網(wǎng)B共享了節(jié)點(diǎn)A、B和A與B之間的鏈路資源。

現(xiàn)有技術(shù)中存在多個(gè)虛擬資源的分配方法，可以按照以下幾種方式對目前的虛擬資源分配方法進(jìn)行分類：

（1）按照是否充分考慮了底層網(wǎng)絡(luò)或虛擬網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)和鏈路資源約束進(jìn)行分類，可分為同時(shí)考慮節(jié)點(diǎn)和鏈路資源約束的映射方法和部分考慮節(jié)點(diǎn)或鏈路資源約束的方法。

（2）按照虛擬網(wǎng)絡(luò)請求的處理方式進(jìn)行分類，可分為在線映射方法和離線映射方法。離線映射是指在其被映射前，所有的虛擬網(wǎng)絡(luò)請求信息是已知的，而在線映射方法不對虛擬網(wǎng)絡(luò)請求的到達(dá)時(shí)間、持續(xù)時(shí)間以及拓?fù)湫畔⒌茸骷僭O(shè)。

（3）按照不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射計(jì)算方式進(jìn)行分類，可分為集中式映射方法和分布式映射方法。分布式的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法一般通過底層節(jié)點(diǎn)協(xié)同完成虛擬網(wǎng)絡(luò)映射，集中式的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法由中心控制機(jī)構(gòu)根據(jù)底層網(wǎng)絡(luò)資源情況，為虛擬網(wǎng)絡(luò)請求分配相應(yīng)的資源。

（4）按照不同的虛擬節(jié)點(diǎn)和鏈路映射順序進(jìn)行分類，可分為二階段映射（虛擬節(jié)點(diǎn)優(yōu)先映射）與一階段映射（虛擬節(jié)點(diǎn)和鏈路同時(shí)映射）。二階段映射方法的節(jié)點(diǎn)映射和鏈路映射階段是分離的，而一階段映射的虛擬節(jié)點(diǎn)和鏈路映射是在同一階段完成的。

下面對現(xiàn)有技術(shù)中幾種典型的虛擬資源分配方法進(jìn)行說明。

1、參考文獻(xiàn)1“ZHU?Y，AMMAR?M.Algorithms?for?assigning?substrate?network?resources?to?virtual?network?components[A].Proc.IEEE?INFOCOM[C],IEEE,2006：1-12”提出了一種基于貪婪算法解決節(jié)點(diǎn)映射問題的啟發(fā)式方法，該方法將虛擬網(wǎng)映射問題抽象成圖論問題，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)資源是無限的，提出了無重配置的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法（VNA-I）和帶有重配置的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法（VNA-II）。無重配置的虛擬網(wǎng)分配是指在整個(gè)虛擬網(wǎng)生命周期內(nèi)虛擬網(wǎng)分配固定，其基本思想是將虛擬節(jié)點(diǎn)映射到負(fù)載較輕并且離已被映射的虛擬節(jié)點(diǎn)較近的底層節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)映射完所有虛擬節(jié)點(diǎn)后，使用最短路徑算法映射虛擬鏈路。隨著虛擬網(wǎng)絡(luò)請求的到達(dá)與離開，底層網(wǎng)絡(luò)資源狀況會(huì)發(fā)生改變，這會(huì)導(dǎo)致底層網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡，資源利用率下降等問題。為此，進(jìn)一步提出了帶有重配置的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法（VNA-II），該方法周期性地檢查底層節(jié)點(diǎn)和鏈路負(fù)載狀況，當(dāng)節(jié)點(diǎn)或鏈路的負(fù)載超越預(yù)先定義的閾值后，將對映射于該節(jié)點(diǎn)或鏈路上的所有虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重映射，以消除資源熱點(diǎn)問題。