用于虚拟网络映射的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于虚拟网络映射的方法和设备，所述方法从已有的网络虚拟化数学模型着手，提出了一种新的方法模型，并且通过整数线性规划最优解算法求解所述虚拟网络到底层网络的映射，从而求解出具体VNE问题下的网络规划和资源分配。与目前学术界和工业界使用的贪婪算法、协同算法等相比，本发明专利技术所提出的算法具有良好的收敛性和最优解精度。

【技术实现步骤摘要】
用于虚拟网络映射的方法和设备
本申请涉及网络通信领域，更具体地，本申请涉及一种虚拟网络精确映射的方法。
技术介绍
目前，通信网络以及核心网主要是由支持TCP/IP协议的IP网组成。IP网相互之间通过存储/转发的方式进行通信。存储/转发的方式具有很高的可靠性，但其中所进行的数据处理造成了较大的延时。因此，存储/转发方式虽然使IP网络获得了快速的发展，但是也使得当前网络的僵化程度变得严重。为了克服网络僵化以及促进异构网的扁平化及融合，在2012年的ITU-TY.3011文件中，网络虚拟化被正式提出为下一代网络的关键技术。网络虚拟化技术能够在不改变现有网络架构的情况下，实现灵活多样化的网络服务，同时，底层网络的共享也极大提高了网络资源的利用率。网络运营商可以更灵活地对不同应用的流量需求进行宏观调控，进而执行针对性地收费。近年来，学术界和工业界对于网络虚拟化的研究十分重视。在学术界，ACMSIGCOMM、MOBICOM、IEEEINFOCOM、ACM/IEEETON等通信领域的顶级学术会议和期刊上有关网络虚拟化的论文逐年增加。在工业界，近年来关于SDN和OpenFlow的研究让网络实现虚拟化不再是遥不可及的梦想。在网络虚拟化过程中，多个由终端用户提出的虚拟网络需要共享底层网络的节点和链路等网络资源；然而，每个虚拟网络中的虚拟节点和虚拟链路都具有特定的计算、存储和带宽等资源要求。因此，在满足不同虚拟网络资源要求的前提下，如何将虚拟网络中的虚拟节点和链路映射到底层网络中，以实现底层网络资源利用率的最优化，成为网络虚拟化技术获得成功应用的关键问题之一。该问题直接决定了网络资源的利用效率，因此具有重要的现实意义。通常，我们将这一问题称为虚拟网络映射问题(virtualnetworkembedding，VNE)。这一问题的建模和求解极为复杂，并且，大量研究已经证实，VNE问题及其简化子问题均属于NP难问题，无法在多项式时间之内求解。因此，VNE问题是网络虚拟化问题所面临的主要挑战之一，也是该领域的研究热点。依据VNE问题的特性，可以将该问题细分为两个子问题：满足虚拟节点需求(运算、存储能力、位置等)的节点映射和满足虚拟链路需求(带宽、链路延迟等)的链路映射。目前，学术上提出的求解VNE问题的算法主要分为两类：第一类，运用启发式算法(例如，穷举法、最短路径算法等)来实现虚拟网络的映射，进而实现网络虚拟化。但这一类方法，只是在给定的收敛次数和精度要求下，找到一个局部最优解；然而却无法实现全局最优的资源配置。第二类算法是在已有的数学模型上，运用优化理论来建立VNE问题的方法模型，再通过引入和简化一些网络约束，从而让具体的VNE问题可解，此外，还可以在给定的收敛次数下找到该具体VNE问题在可行域内的精确解。本申请属于第二类方法的范畴，通过计算最优解，从而能够为对应的底层网络配置提供准确参考。
技术实现思路
本申请提出了一种新的用于虚拟网络映射的方法，通过整数线性规划最优解算法求解所述虚拟网络到底层网络的映射，从而求解出具体VNE问题下的网络规划和资源分配。与目前学术界和工业界使用的贪婪算法、协同算法等相比，本专利技术所提出的算法具有良好的收敛性和最优解精度。根据本专利技术的一方面，本申请提供了一种用于虚拟网络映射的方法，包括：确定约束条件，所述约束条件包括：在某一实际节点处映射的虚拟节点所需的运算能力的总和不超过所述实际节点的实际运算能力；任意实际链路的延时小于在所述实际链路上映射成功的任意虚拟链路的时延需求；基于所述约束条件，通过整数线性规划最优解算法求解所述虚拟网络到底层网络的映射，并且通过所述算法：映射得到的虚拟网络中的资源消耗为所可能达到的最小值。根据本专利技术的一方面，本申请提供了一种用于虚拟网络映射的设备，包括：处理器；以及存储器，其中存储用于虚拟网络映射的程序；并且所述处理器当执行所述程序时，被配置为执行以下步骤：确定约束条件，所述约束条件包括：在某一实际节点处映射的虚拟节点所需的运算能力的总和不超过所述实际节点的实际运算能力；任意实际链路的延时小于在所述实际链路上映射成功的任意虚拟链路的时延需求；基于所述约束条件，通过整数线性规划最优解算法求解所述虚拟网络到底层网络的映射，并且通过所述算法：映射得到的虚拟网络中的资源消耗为所可能达到的最小值。附图说明本申请的以上方面和其他方面将参照附图通过下面对示例性实施例的详细描述变得更加显然，其中：图1根据一个或多个实施例，示出了执行用于虚拟网络映射的方法100的流程图；图2根据一个或多个实施例，示出了映射成功率随着节点数的增加而变化的趋势的示意图；图3根据一个或多个实施例，示出了平均节点利用率随着节点数的增加而变化的趋势的示意图；图4根据一个或多个实施例，示出了平均链路利用率随着节点数的增加而变化的趋势的示意图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本专利技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术的更好的理解。本专利技术决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本专利技术造成不必要的模糊。在下面的表1中，列出了一些符号以及其实际的含义之间的对应关系。表1另外，本文中所使用的一些变量如下所示：是用来描述任意虚拟节点M与任意实际网络节点m的映射关系，若呈映射关系，则为1，否则为0；是用来描述任意虚拟链路MN与任意实际网络路径mn的映射关系，若呈映射关系，则为1，否则为0。本申请所要实现的目标是：寻求最优情况下，任意虚拟节点M与任意实际网络节点m之间的映射关系，以及任意虚拟链路MN与任意实际网络路径mn之间的映射关系，即完成虚拟网络G(NV，LV)和底层网络G(NS，LS)之间的映射关系；同时，在所完成的虚拟网络和底层网络的映射关系中，尽量提高底层网络的节点和链路的利用率。在图1中，示出了一种用于虚拟网络映射的方法100的流程图。该流程图只是示意，本领域的技术人员可以理解，可以在该图的基础上进行适应性地变化、替代和修改。在计算模型中，进一步确定以下关于约束关系的界定。在待映射的虚拟网络G(NV，LV)和底层网络G(NS，LS)之间的映射中，可以存在以下需要满足的约束条件：1)虚拟节点与实际网络节点之间的映射关系：对于每个虚拟节点，仅可以且必须与一个实际节点建立映射关系：对于每个实际节点，最多与一个虚拟节点建立映射关系：2)虚拟节点、实际节点间的运算能力约束关系在某一实际节点m处映射的虚拟节点所需的运算能力的总和应当小于该实际节点m的实际运算能力：3)虚拟节点、实际节点之间的位置约束关系：被映射的虚拟节点和虚拟链路虽然不具备相应的物理实体，但仍然在空间中具有其各自的物理位置。在本申请的计算中，要求成功映射的虚拟节点和实际节点间的距离应当满足虚拟节点的位置需求不超过LR(M)，这里，LR(M)可根据需求自行设置。在极端情形下，LR(M)可设置为无穷大。4)虚拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于虚拟网络映射的方法，包括：确定约束条件，所述约束条件包括：在某一实际节点处映射的虚拟节点所需的运算能力的总和不超过所述实际节点的实际运算能力；任意实际链路的延时小于在所述实际链路上映射成功的任意虚拟链路的时延需求；基于所述约束条件，通过整数线性规划最优解算法求解所述虚拟网络到底层网络的映射，并且通过所述算法：映射得到的虚拟网络中的资源消耗为所可能达到的最小值。

【技术特征摘要】
1.一种用于虚拟网络映射的方法，包括：确定约束条件，所述约束条件包括：在某一实际节点处映射的虚拟节点所需的运算能力的总和不超过所述实际节点的实际运算能力；任意实际链路的延时小于在所述实际链路上映射成功的任意虚拟链路的时延需求；基于所述约束条件，通过整数线性规划最优解算法求解所述虚拟网络到底层网络的映射，并且通过所述算法：映射得到的虚拟网络中的资源消耗为所可能达到的最小值。2.如权利要求1所述的方法，其中所述约束条件还包括：每个虚拟节点必须且仅与一个实际节点存在映射关系，并且每个实际节点至多与一个虚拟节点存在映射关系；成功映射的虚拟节点和相应的实际节点之间的距离满足虚拟节点的位置需求；任意映射成功的虚拟链路映射到被映射的实际链路的正向或反向；以及任意实际链路上映射成功的虚拟链路带宽的需求总和小于所述实际链路上的带宽。3.如权利要求1或2所述的方法，还包括：映射得到的所述虚拟网络中的延时为所可能达到的最小值。4.如权利要求1-3任一项所述的方法，还包括：在最终确定映射得到所述虚拟网络之中，所述底层网络的已使用资源数与其剩余资源数为所可能达到的最小值。5.如权利要求1-4任一项所述的方法，还包括：配置虚拟网络的资源消耗、延时函数以及带宽需求的以下函数：使所述函数不具有凹性。6.一种用于虚拟网络映射的设备，包括：处理器；以及存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡悦，丁飞，吕严，李凌云，
申请(专利权)人：中国移动通信集团江苏有限公司，中国移动通信集团公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32