混合虚网映射方法技术

本发明专利技术公开了一种混合虚网映射方法，包括如下步骤：S1：根据卫星节点的请求队列，判断是否有请求剩余；S2：通过搜索虚网，判断当前请求是否有全局虚节点剩余；S3：在物理节点中选出满足全局节点需求的物理节点集合；计算该物理节点集合的平均链路负载；从物理节点集合中选择最小节点综合负载或者最大节点综合负载，完成该全局节点的映射；调用丢弃函数，得到虚网请求的处理方式；将包含该全局节点的虚网请求送至等待队列；采用回溯法映射该请求中回溯节点及其链路。本申请均衡了部分关键卫星星间链路的负载，使卫星物理网络负载分布较为均衡，同时也提高了卫星资源的利用率。

【技术实现步骤摘要】
混合虚网映射方法本申请为申请号2017106511841、申请日2017年08月02日、专利技术名称“基于门限式负载的混合虚网映射方法”的分案申请。
本专利技术属于卫星通信网络
，具体说是一种混合虚网映射方法。
技术介绍
随着信息技术的发展，以卫星网络为核心的空间信息系统成为了目前世界各国的研究热点。卫星网络可以不受地面地理位置、气象、自然灾害等因素影响，具有全球全时的覆盖能力。但同时又由于卫星网络资源呈现异构性、分布性、自治性、可扩展性和动态性等特征，使得传统的卫星网络资源管理技术无法满足不断增加且特征差异明显的多种业务需求。在卫星网络中，由于卫星节点的高速运行及其卫星环境的拓扑尺度大，使得卫星节点的CPU、星间链路的带宽等稀缺资源难以得到较高利用。
技术实现思路
鉴于上述问题，为了更好地配合层次型的资源管理体系架构进行虚网映射，本专利技术引入一种负载分解的方法来设计虚网划分，提高了卫星资源利用率。为均衡了部分关键卫星星间链路的负载，使卫星物理网络负载分布较为均衡，同时也提高了卫星资源的利用率，本专利技术的技术方案是这样实现的：混合虚网映射方法，包括如下步骤：步骤1：判断是否有请求剩余，若有剩余，前进至步骤2；若无剩余，则映射完毕，算法结束；步骤2：判断当前请求是否有全局虚节点剩余，若有剩余，前进至步骤3；若无剩余，跳至步骤8；步骤3：在物理节点中选出满足全局节点需求的物理节点集合，若该集合为空，则跳至步骤7；否则前进至步骤4；步骤4：计算该物理节点集合的平均链路负载，若物理节点集合的平均链路负载小于链路负载静态丢弃门限值，前进至步骤5；若物理节点集合的平均链路负载大于等于链路负载静态丢弃门限值且小于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，或物理节点集合的平均链路负载大于等于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，跳至步骤6；步骤5：若物理节点集合的平均链路负载小于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，从物理节点集合中选择最小卫星节点综合负载，完成该全局节点的映射，完成后跳至步骤2；若物理节点集合的平均链路负载大于等于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，从物理节点集合中选择最大卫星节点综合负载来映射该全局节点；映射完成后，跳至步骤2；步骤6：调用丢弃函数，若取值为0，跳至步骤5；否则前进至步骤7；步骤7：将包含该全局节点的虚网请求送至等待队列，虚网请求重新排队的次数DELAY已预先设置，超过DELAY则拒绝该请求；跳至步骤1；步骤8：采用回溯法映射该请求中回溯节点及其链路。进一步地，物理节点集合的平均链路负载为：SE(t,es)为物理链路es在时刻t的利用率，表示该节点的m条链路的平均链路负载；为物理节点集的平均链路负载。进一步地，星间链路负载公式为：其中ev↑es表示虚链路ev映射到物理链路es上，B(es)表示物理链路的总带宽，B(ev)表示已映射虚链路请求的带宽。进一步地，最小卫星节点综合负载公式为：其中P表示一个物理节点集合，SC为卫星节点综合负载，公式为SN(t,ns)为卫星节点的负载，公式为其中nv↑ns表示虚节点nv映射到物理节点ns上，C(ns)表示物理节点的总CPU，C(nv)表示已映射虚节点请求的CPU。进一步地，最大卫星节点综合负载公式为：更进一步地，基于卫星网络分层分域的虚拟资源管理架构下，采用k-负载进行负载分解来设计节点划分与虚网划分。更进一步地，采用门限式负载的混合虚网映射方法时，首先需要统计物理节点的剩余CPU资源，并设置链路负载静态丢弃门限值γ和最大综合负载优先映射的静态逆变门限值η。更进一步地，映射收益为基础设施提供商映射成功虚网可获得的利润，计算公式为：式中B(ev)是映射成功的虚网带宽，C(nv)是映射成功的虚网节点CPU资源，λ和μ是用于调节带宽和CPU的权重系数；映射成本为基础设施提供商成功映射虚网所提供的资源，计算公式为：B(ls)是物理路径提供给虚链路的带宽。作为更进一步地，虚网请求的丢弃概率为一个时间窗内的虚网请求，将虚网请求按照映射收益R(GV)排序，选择出RMAX(GV)，计算公式为：作为更进一步地，丢弃函数的公式为：本专利技术的有益效果是：通过引入基于K核分解的思想来划分虚网，从而降低虚网整网映射的复杂度；将卫星节点负载与星间链路负载综合考虑，设立链路负载静态丢弃门限值和链路负载静态逆变门限值，从而提高虚网的映射收益，最终达到提高卫星资源利用率的目的。附图说明本专利技术共有附图6幅：图1为本专利技术混合虚网映射方法的流程图；图2为门限式负载混合虚网映射算法原理图；图3为映射成功率(时间)分布图；图4为映射成功率(速率)分布图；图5为收益/成本比(时间)分布图；图6为收益/成本比(速率)分布图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。在详细说明混合虚网映射方法之前，先介绍本方法所需的相关参数以及相关计算公式。首先，需要将卫星通信网络所包含的物理资源进行提出与量化。本方法需要以下参数：物理链路的总带宽和剩余带宽；物理节点的总CPU资源和剩余CPU资源数量；链路负载静态丢弃门限值和链路负载静态逆变门限值。其次，本方法涉及了相关指标参数及其计算公式。(1)根据物理节点ns总的CPU资源C(ns)和已映射使用的CPU资源定义时刻t该物理节点的剩余CPU资源如下：其中nv↑ns表示虚节点nv映射到物理节点ns上，C(ns)表示物理节点的总CPU，C(nv)表示已映射虚节点请求的CPU。(2)卫星节点负载：物理节点ns在时刻t的负载SN(t,ns)为该物理节点映射已使用的CPU与节点CPU总量的比值：(3)星间链路负载：物理链路es在时刻t的利用率SE(t,es)，即该物理链路已映射使用的带宽与链路总带宽的比值：其中ev↑es表示虚链路ev映射到物理链路es上，B(es)表示物理链路的总带宽，B(ev)表示已映射虚链路请求的带宽。(4)卫星节点综合负载：(5)最小卫星节点综合负载:其中P表示一个物理节点集合，该集合中的每个物理节点剩余CPU资源均满足虚节点的CPU请求。(6)最大卫星节点综合负载:(7)映射收益是指基础设施提供商映射成功虚网可获得的利润，根据映射成功的虚网带宽和CPU定义:其中，B(ev)是映射成功的虚网带宽，C(nv)是映射成功的虚网节点CPU资源，λ和μ是用于调节带宽和CPU的权重系数，也可以理解为它们的单价，本文中设置λ＝μ＝1，不影响其一般性。(8)映射成本是指基础设施提供商成功映射虚网所提供的资源，根据映射的物理节点与物理路径定义为：其中，B(ls)是物理路径提供给虚链路的带宽。(9)对于一个时间窗内的虚网请求，将虚网请求按照映射收益(Revenue)R(GV)排序，选择出R(GV)，那么每一个虚网请求的丢弃概率为：(10)丢弃函数定义为：该表达式值若为1，则将请求送至等待队列或拒绝请求；若为0，则允许映射。其中rand(x)表示一个(0.00～0.99)的一个随机数，也即x的取值范围。实施例1本方法对划分后的每一个虚拟子网，首先采用二阶段全局最优的思想，以卫星节点综合负载为标准，执行最小综合负载优先的节点映射算法，来映射虚拟子网中的全局节点。同时，考虑到卫星星间链路带宽资源的稀缺，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
混合虚网映射方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：判断是否有请求剩余，若有剩余，前进至步骤2；若无剩余，则映射完毕，算法结束；步骤2：判断当前请求是否有全局虚节点剩余，若有剩余，前进至步骤3；若无剩余，跳至步骤8；步骤3：在物理节点中选出满足全局节点需求的物理节点集合，若该集合为空，则跳至步骤7；否则前进至步骤4；步骤4：计算该物理节点集合的平均链路负载，若物理节点集合的平均链路负载小于链路负载静态丢弃门限值，前进至步骤5；若物理节点集合的平均链路负载大于等于链路负载静态丢弃门限值且小于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，或物理节点集合的平均链路负载大于等于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，跳至步骤6；步骤5：若物理节点集合的平均链路负载小于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，从物理节点集合中选择最小卫星节点综合负载，完成该全局节点的映射，完成后跳至步骤2；若物理节点集合的平均链路负载大于等于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，从物理节点集合中选择最大卫星节点综合负载来映射该全局节点；映射完成后，跳至步骤2；步骤6：调用丢弃函数，若取值为0，跳至步骤5；否则前进至步骤7；步骤7：将包含该全局节点的虚网请求送至等待队列，虚网请求重新排队的次数DELAY已预先设置，超过DELAY则拒绝该请求；跳至步骤1；步骤8：采用回溯法映射该请求中回溯节点及其链路；物理节点集合的平均链路负载为：...

【技术特征摘要】
1.混合虚网映射方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：判断是否有请求剩余，若有剩余，前进至步骤2；若无剩余，则映射完毕，算法结束；步骤2：判断当前请求是否有全局虚节点剩余，若有剩余，前进至步骤3；若无剩余，跳至步骤8；步骤3：在物理节点中选出满足全局节点需求的物理节点集合，若该集合为空，则跳至步骤7；否则前进至步骤4；步骤4：计算该物理节点集合的平均链路负载，若物理节点集合的平均链路负载小于链路负载静态丢弃门限值，前进至步骤5；若物理节点集合的平均链路负载大于等于链路负载静态丢弃门限值且小于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，或物理节点集合的平均链路负载大于等于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，跳至步骤6；步骤5：若物理节点集合的平均链路负载小于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，从物理节点集合中选择最小卫星节点综合负载，完成该全局节点的映射，完成后跳至步骤2；若物理节点集合的平均链路负载大于等于最大综合负载优先映射的静态逆变门限值，从物理节点集合中选择最大卫星节点综合负载来映射该全局节点；映射完成后，跳至步骤2；步骤6：调用丢弃函数，若取值为0，跳至步骤5；否则前进至步骤7；步骤7：将包...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘治国，潘成胜，秦凌宇，刘庆利，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21