一种可靠的SDN虚拟网络映射算法制造技术

技术编号:20627761 阅读:49 留言:0更新日期:2019-03-20 17:21
本发明专利技术提出一种可靠的SDN虚拟网络映射算法,引入了具有容错能力的虚拟网络映射模型,并通过混合整数线性规划方式求解。针对虚拟网络映射完后节点和链路失效问题,提出了联合主动保护和被动恢复的策略。在主动保护方面为虚拟网络请求中重要性高的虚拟节点和虚拟链路预留备份资源。针对节点和链路重要性高的拓扑如果发生故障,则故障恢复成功率较低,因此需要提前预留备份子网络保护可能发生故障的子网络,针对对节点和链路重要性较低的拓扑如果发生故障,则故障恢复容易成功,因此可以不用预留备份资源,只采用重映射方式进行故障恢复。本方法中重要性度量准则是基于虚拟网络中节点可行域资源占比和链路可恢复性。

A Reliable SDN Virtual Network Mapping Algorithm

The invention provides a reliable SDN virtual network mapping algorithm, introduces a fault-tolerant virtual network mapping model, and solves it by mixed integer linear programming. Aiming at the problem of node and link failure after virtual network mapping, a joint active protection and passive recovery strategy is proposed. In the aspect of active protection, backup resources are reserved for virtual nodes and links which are of high importance in virtual network requests. In view of the high importance of nodes and links, the success rate of failure recovery is low. Therefore, it is necessary to reserve backup subnetworks in advance to protect the subnetworks that may fail. In view of the low importance of nodes and links, failure recovery is easy to succeed. Therefore, it is possible to reserve backup resources and only use remapping method to fail. Restore. The criterion of importance measurement in this method is based on the resource proportion of node feasible region and link recoverability in virtual network.

【技术实现步骤摘要】
一种可靠的SDN虚拟网络映射算法
本专利技术属于网络
,涉及SDN(SoftwareDefinedNetwork,软件定义网络)网络中虚拟网络映射问题,特别涉及一种可靠的SDN虚拟网络映射算法,是一种SDN物理网络节点链路故障恢复的机制。
技术介绍
1、SDN背景随着网络规模的不断扩大,封闭的网络设备内置了过多的复杂协议,增加了运营商定制优化网络的难度,科研人员无法在真实环境中规模部署新协议。同时,互联网流量的快速增长,用户对流量的需求不断扩大,各种新型服务不断出现,增加了网络运维成本。为了解决TCP/IP网络体系结构的问题,业界提出了很多未来网络的架构,于是软件定义网络的概念被提了出来。SDN实现了网络控制平面与转发平面的分离,网络控制转发分离架构提出由专有设备来部署高层策略,网络设备在高层策略的指导下进行数据转发,减少了网络设备承载的诸多复杂功能,提高了网络新技术和新协议实现和部署的灵活性和可操作性。2、SDN中可靠的虚拟网络映射常见方法在SDN网络环境里,基础设施提供商(InfrastructureProviders,InPs)负责搭建和维护底层物理网络架构,并将物理网络资源租赁给服务提供商(ServiceProviders,SPs)使用,从而获得收益,SPs按需向InPs租赁资源用以构建定制化的vSDN网络,为客户提供定制化的端到端的网络服务。因此如何为SPs所定制化的虚拟SDN网络分配合适的物理网络资源即虚拟网络映射(VitualNetworkEmbedding,VNE)问题,对于提高物理网络资源利用率,增加InPs收益,减少虚拟网络请求阻碍率和拒绝率是VNE所关注的焦点。到目前为止,主要存在两种解决可靠的虚拟网络映射的方法,主动保护机制和被动恢复机制,前一种方案中是在虚拟网络映射之前,对虚拟网络中的所有节点和链路设置备份节点和链路,将添加了备份节点和备份链路的扩展虚拟网络,采用映射算法进行映射。该方案在映射时不仅需要提供该虚拟网络的所有节点和链路的资源需求,还要提供所有备份节点和备份链路的资源需求,若备份资源不满足虚拟网络请求就会被拒绝。由于重新备份节点和链路对资源需求较大,因此这种方法请求接受率很低。后一种方法,是在虚拟网络映射完成后,当网络出现故障,需要动态的利用剩余的资源进行故障恢复,对于节点故障用节点的迁移的方式,对于链路故障用链路的重映射方式。这种方法由于在虚拟网络映射完成之后后,此时物理网络剩余的资源不足,因此对于虚拟网络中资源需求量大的节点和链路,可能无法完成备份节点和备份链路的映射,故障恢复率较低,恢复浮动率大。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点,针对大规模SDN网络中虚拟网络映射的问题,本专利技术的目的在于提供一种可靠的SDN虚拟网络映射算法,该方法通过引入虚拟网络的主动保护和被动恢复的方式,联合考虑映射冗余和可靠性两个方面,最大限的提高了虚拟网络映射接受率,并提供了可靠的可映射的物理网络。为了实现上述目的,本专利技术采用的技术方案是:一种可靠的SDN虚拟网络映射算法,联合主动保护机制和被动恢复机制,以提供可靠的SDN虚拟网络映射,其中可靠的SDN虚拟网络映射算法中所述主动保护机制是当虚拟请求到来时,通过对虚拟网络切分子图,对虚拟网络每个节点和每条链路衡量故障恢复的可行性,设置主动保护的备份资源,对于有备份资源的虚拟节点和虚拟链路,当发生故障时,备份子网络直接代替故障子网络,其中可靠的SDN虚拟网络映射算法中所述被动保护机制是对于没有备份资源的虚拟节点和虚拟链路,当发生故障时,通过节点的重映射和链路的重路由完成故障的恢复。在主动保护阶段。分为节点的主动保护和链路的主动保护,节点的主动保护和映射过程同时进行,即对虚拟网络拓展,变为扩展虚拟网络图,然后进行映射。链路的主动保护是在映射完成后再设置备份物理链路的。对于虚拟节点,衡量节点故障恢复可行性,根据虚拟节点可行域资源占比,对虚拟节点可行域资源占比大于阈值的虚拟节点,设置备份物理节点;对于虚拟链路,衡量链路故障恢复可行性,对不满足链路故障恢复可行性条件的虚拟链路,设置备份物理链路。1.设置节点备份资源的方法,具体包括以下步骤:1.1)计算虚拟网络中每个虚拟节点nv的资源需求量NR(nv),包括虚拟节点nv的CPU计算需求CPU(nv)、Openflow流表需求F(nv)和虚拟网络中与虚拟节点nv直接相连的虚拟链路lv的带宽需求量BW(lv);同时计算该虚拟节点可行映射域每个物理节点剩余资源NR(ns),即物理节点重要性;其中,nv表示虚拟节点,nv∈NV,NV表示虚拟节点的集合,ns表示物理节点,ns∈Loc(nv),λ用于衡量两种资源的重要性占比,Loc(nv)表示虚拟节点nv的可行映射域;ls表示物理链路,nbr(nv)表示虚拟节点nv直接相连的虚拟链路集合,F(nv)表示虚拟节点nv需要的流表资源;CPU(ns)表示物理节点ns剩余的CPU计算需求,F(ns)表示物理节点ns剩余的流表资源,nbr(ns)表示与物理节点ns直接相连的物理链路集合,BW(ls)表示物理链路ls剩余的带宽资源;1.2)计算虚拟网络中每个虚拟节点在可行域内的资源占比γ(nv):其中N表示Loc(nv)中物理节点的数量;1.3)引入判断是否需要预留备份物理节点的条件,取λ=0.5,当γ(nv)≥threshold时,需要提前预留备份物理节点和相关物理链路;当时,不用预留备份资源,用被动恢复机制保障节点可靠性;其中threshold是根据具体虚拟网络用户需求设置的可靠性阈值。1.4)对于需要预留备份资源的虚拟节点,对原虚拟网络增加扩展备份节点和相关链路,构成一个扩展的虚拟拓扑,同一个虚拟网络对有相同Loc(nv)的两个虚拟节点,设置同一个备份节点,同时对该虚拟节点设置备份标记B(nv)=1,对与该虚拟节点相连的相关链路设置备份标记B(lv)=1;1.5)扩展拓扑虚拟节点映射通过MILP方法求解,获得映射结果,如果求解失败则拒绝该虚拟网络,求解成功则节点的主动保护的阶段完成。2.设置链路备份资源的方法,具体包括以下步骤:2.1)虚拟网络扩展拓扑映射成功后,对原虚拟网络中的每条虚拟链路根据B(lv)值判断该链路是否已经预留备份资源,如果B(lv)=1,则预留节点时已经预留备份链路,此时不再考虑该虚拟链路,如果B(lv)=0,则利用Dijkstra算法计算k条可替换原物理路径的路径ls,1,ls,2,...,ls,k;2.2)定义物理路径的剩余带宽资源BW(ls),用物理路径各跳中剩余带宽最小值表示;其中ls表示物理路径,m表示该路径中的链路数量,表示该路径中的第i条链路;2.3)对于该虚拟链路,由上述公式,计算k条可替换路径的剩余带宽资源BW(ls,1),...,BW(ls,k);2.4)引入该虚拟链路故障恢复可行性条件,若满足:k>K且BW(lv)≥BW(ls,1)...BW(ls,k)则该虚拟链路故障恢复是可行的,不用预留备份物理链路,发生所映射的物理链路故障时直接交由被动恢复机制处理,如果不能满足上述条件则需要预留备份链路;其中K根据具体虚拟网络可靠性需求设置具体的值。2.5)对于不能满足链路故障恢复可行性条件的,选择k条链路中BW本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种可靠的SDN虚拟网络映射算法,其特征在于,联合主动保护机制和被动恢复机制,以提供可靠的SDN虚拟网络映射,其中可靠的SDN虚拟网络映射算法中所述主动保护机制是当虚拟请求到来时,通过对虚拟网络切分子图,对虚拟网络每个节点和每条链路衡量故障恢复的可行性,设置主动保护的备份资源,对于有备份资源的虚拟节点和虚拟链路,当发生故障时,备份子网络直接代替故障子网络,其中可靠的SDN虚拟网络映射算法中所述被动保护机制是对于没有备份资源的虚拟节点和虚拟链路,当发生故障时,通过节点的重映射和链路的重路由完成故障的恢复。

【技术特征摘要】
1.一种可靠的SDN虚拟网络映射算法,其特征在于,联合主动保护机制和被动恢复机制,以提供可靠的SDN虚拟网络映射,其中可靠的SDN虚拟网络映射算法中所述主动保护机制是当虚拟请求到来时,通过对虚拟网络切分子图,对虚拟网络每个节点和每条链路衡量故障恢复的可行性,设置主动保护的备份资源,对于有备份资源的虚拟节点和虚拟链路,当发生故障时,备份子网络直接代替故障子网络,其中可靠的SDN虚拟网络映射算法中所述被动保护机制是对于没有备份资源的虚拟节点和虚拟链路,当发生故障时,通过节点的重映射和链路的重路由完成故障的恢复。2.根据权利要求1所述可靠的SDN虚拟网络映射算法,其特征在于,所述设置主动保护的备份资源的原则是:对于虚拟节点,衡量节点故障恢复可行性,根据虚拟节点可行域资源占比,对虚拟节点可行域资源占比大于阈值的虚拟节点,设置备份物理节点;对于虚拟链路,衡量链路故障恢复可行性,对不满足链路故障恢复可行性条件的虚拟链路,设置备份物理链路。3.根据权利要求2所述可靠的SDN虚拟网络映射算法,其特征在于,主动保护设置节点备份资源的方法,具体包括以下步骤:3.1)计算虚拟网络中每个虚拟节点nv的资源需求量NR(nv),包括虚拟节点nv的CPU计算需求CPU(nv)、Openflow流表需求F(nv)和虚拟网络中与虚拟节点nv直接相连的虚拟链路lv的带宽需求量BW(lv);同时计算该虚拟节点可行映射域每个物理节点剩余资源NR(ns),即物理节点重要性;其中,nv表示虚拟节点,nv∈NV,NV表示虚拟节点的集合,ns表示物理节点,ns∈Loc(nv),λ用于衡量两种资源的重要性占比,Loc(nv)表示虚拟节点nv的可行映射域;ls表示物理链路,nbr(nv)表示虚拟节点nv直接相连的虚拟链路集合,F(nv)表示虚拟节点nv需要的流表资源;CPU(ns)表示物理节点ns剩余的CPU计算需求,F(ns)表示物理节点ns剩余的流表资源,nbr(ns)表示与物理节点ns直接相连的物理链路集合,BW(ls)表示物理链路ls剩余的带宽资源;3.2)计算虚拟网络中每个虚拟节点在可行域内的资源占比γ(nv):其中N表示Loc(nv)中物理节点的数量;3.3)引入判断是否需要预留备份物理节点的条件,取λ=0.5,当时,需要提前预留备份物理节点和相关物理链路;当时,不用预留备份资源,用被动恢复机制保障节点可靠性;3.4)对于需要预留备份资源的虚拟节点,对原虚拟网络增加扩展备份节点和相关链路,构成一个扩展的虚拟拓扑,同一个虚拟网络对有相同Loc(nv)的两个虚拟节点,设置同一个备份节点,同时对该虚拟节点设置备份标记B(nv)=1,对与该虚拟节点相连的相关链路设置备份标记B(lv)=1;3.5)扩展拓扑虚拟节点映射通过MILP方法求解,获得映射结果,如果求解失败则拒绝该虚拟网络,求解成功则节点的主动保护的阶段完成。4.根据权利要求2或3所述可靠的SDN虚拟网络映射算法,其特征在于,主动保护设置链路备份资源的方法,具体包括以下步骤:4.1)虚拟网络扩展拓扑映射成功后,对原虚拟网络中的每条虚拟链路根据B(lv)值判断该链路是否已经预留备份资源,如果B(lv)=1,则预留节点时已经预留备份链路,此时不再考虑该虚拟链路,如果B(lv)=0,则利用Dijkstra算法计算k条可替换原物理路径的路径ls,1,ls,2,...,ls,k;4.2)定义物理路径的剩余带宽资源BW(ls),用物理路径各跳中剩余带宽最小值表示;其中ls表示物理路径...

【专利技术属性】
技术研发人员:曲桦赵季红殷振宇杨绮昊蒲胜强
申请(专利权)人:西安交通大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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