一种基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法技术

本发明专利技术提出了一种基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法，用以解决虚拟网络映射成本高，资源利用率低的问题；采用基于节点度的节点和链路协同映射方法，缩小虚拟网络映射的物理节点的分布范围，减少链路的带宽资源消耗，一定程度上减小了虚拟网络映射的资源消耗；由于节点映射时考虑虚拟节点的节点度，增加了备份路径的选择范围；通过为虚拟拓扑的最小生成树链路所映射的工作路径提供备份路径减少了底层物理网络预留的资源总量，间接的提高了底层物理网络的资源利用率。本发明专利技术减少虚拟链路的资源消耗，提高了资源的利用率；通过减少备份路径的数量，减少底层物理网络的预留备份资源，减少虚拟网络的映射成本。

A virtual network protection mapping method based on minimum spanning tree

The invention proposes a virtual network protective mapping method based on minimum spanning tree to solve the problems of high mapping cost and low resource utilization of virtual network, and adopts node and link cooperative mapping method based on node degree to reduce the distribution range of physical nodes of virtual network mapping and the bandwidth of link. Source consumption, to a certain extent, reduces the resource consumption of virtual network mapping; because node mapping considers the degree of virtual nodes, increasing the scope of backup path selection; by providing backup path for the virtual topology of the minimum spanning tree link mapped by the workpath to reduce the total resources reserved for the underlying physical network The amount of resources indirectly improves the resource utilization of the underlying physical network. The invention reduces the resource consumption of the virtual link, improves the utilization ratio of the resources, reduces the reserved backup resources of the underlying physical network and reduces the mapping cost of the virtual network by reducing the number of backup paths.

【技术实现步骤摘要】
一种基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法
本专利技术涉及光通信的
，尤其涉及一种基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法，根据虚拟拓扑的最小生成树为虚拟网络提供备份路径，用于弹性光网络环境的虚拟网络保护性映射，能够减少虚拟网络映射的资源消耗。
技术介绍
物联网、云计算等应用的出现推动了互联网技术的快速发展，同时也对底层网络提出了更高的要求。与波分复用光网络相比，弹性光网络能够动态的为业务分配频谱资源,然而多运营商运营的网络环境使得对网络资源的管控具有一定的难度，因此虚拟网络映射技术被提出并用于解决网络管控问题。虚拟网络映射技术是网络虚拟化中的一种关键技术，是指为虚拟网络中的虚拟节点和虚拟链路寻找满足条件的底层物理节点和路径的过程。链路是指两节点之间的物理线路；路径是源节点和目的节点之间的物理线路，可能包含多段链路。另外，随着网络规模的不断扩大，底层物理网络故障将会影响虚拟光网络的正常运行，甚至造成巨大的经济损失。因此，对生存性虚拟网络映射的研究至关重要。生存性是网络发生故障后，尽快将受影响的业务倒换到空闲资源，以减少因故障而造成的社会影响和经济损失，使网络维持一个可接受的业务水平的能力。文献[YeZ,PatelAN,JiPN,etal.Survivablevirtualinfrastructuremappingwithdedicatedprotectionintransportsoftware-definednetworks[J].JournalofOpticalCommunicationsandNetworking,2015,7(2):A183-A189.]提出一种并行的虚拟网络映射方法，虚拟网络映射时，在底层物理网络上寻找两份互不相交且满足约束条件的物理节点和物理路径。若工作网络出现故障则将该工作网络上的业务迁移到备份网络上。这种映射方案不仅对每条工作路径进行了备份，同时也对工作节点进行备份，大大增加了底层物理资源的预留量。文献[ChenB,ZhangJ,XieW,etal.Cost-effectivesurvivablevirtualopticalnetworkmappinginflexiblebandwidthopticalnetworks[J].JournalofLightwaveTechnology,2016,34(10):2398-2412.]提出一种弹性光网络中注重开销的生存性虚拟网络映射方法，为保证高生存性，虚拟网络映射成功后，采用专用路径保护方式为每条工作路径提供一条备份路径。同样，该生存性映射方法的缺陷是虚拟网络映射的物理节点过于分散，底层网络预留的资源过多。目前，生存性虚拟网络映射方法主要分为两个步骤：首先将带有资源约束的虚拟节点和虚拟链路映射到底层物理网络，且虚拟节点和虚拟链路采用两步映射方式；然后采用专用路径保护方法为工作路径提供备份。然而虚拟网络映射时采用两步映射方式易造成虚拟节点映射的物理节点过度分散，从而造成虚拟链路映射的物理路径消耗更多的带宽资源。专用路径保护策略是目前常用的一种提高网络生存性的措施。通过为两个不同节点间的工作路径提供一条互不相交的备份路径来保证该条物理路径上通信的正常进行。由于底层物理网络的资源是有限的，这种方法预留了过多的底层物理网络资源，从而造成虚拟网络的映射成本高，资源利用率低，虚拟网络的阻塞率高。随着虚拟请求的不断增加，所需要的底层物理网络资源也不断增多。然而现有底层物理网络资源并不是无限的，因此在保证不影响虚拟请求的同时减少虚拟网络的映射成本十分重要。
技术实现思路
针对虚拟网络映射成本高，资源利用率低的技术问题，本专利技术提出一种基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法，通过减少虚拟网络映射时虚拟链路的资源消耗及减少底层物理网络预留的备份资源，减少了虚拟网络的映射成本，提高了资源的利用率。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法，其步骤如下：步骤一：获取当前物理网络的资源状态信息，得到物理网络的无向图GS＝(VS,ES,CS(ns),BS(ls))，并初始化未映射物理节点集合UNVS＝VS；其中，VS和ES分别表示物理节点集合和物理链路集合。CS(ns)为物理节点ns∈VS上的可用计算资源，BS(ls)为物理链路ls上的可用带宽；步骤二：在虚拟请求到来时，获取到来的虚拟请求的资源状态信息，得到虚拟网络请求无向图GV＝(VV,EV,CV(nv),BV(lv))；其中，VV和EV分别表示虚拟节点集合和虚拟链路集合。CV(nv)为虚拟节点nv∈VV所需要的计算容量，BV(lv)为虚拟链路lv所需要的带宽；步骤三：计算虚拟网络请求中各虚拟节点的节点度，将节点度最大的虚拟节点，即主动节点nVZ，放入主动节点集合VVZ，与其相连的虚拟节点，即被动节点nVB，放入被动节点集合VVB；步骤四：将剩余未放入集合中的虚拟节点重新按节点度排序，重复步骤三，将主动节点按选取顺序依次放入主动节点集合中，直至所有虚拟节点被放入主动节点集合VVZ或被动节点集合VVB中，即VVZ+VVB＝VV；步骤五：根据主动节点集合VVZ和被动节点集合VVB将虚拟链路分为主动链路和被动链路，其中主动链路集合为EVZ，被动链路集合为EVB；步骤六：将物理节点集合UNVS中的物理节点作为候选物理节点，映射主动节点集合中节点度最大的虚拟节点nVZ，节点映射满足资源约束和位置约束，且映射成功后将该物理节点从集合UNVS中删除；步骤七：映射与主动虚拟节点nVZ相连的主动链路lVZ及该主动链路lVZ另一端的被动节点nVB；步骤八：将已经映射完成的主动虚拟节点nVZ和被动节点nVB分别从主动节点集合VVZ和被动节点集合VVB中删除，并重复步骤六和七，直至所有的虚拟节点和主动链路映射完成。步骤九：映射被动链路集合EVB中全部被动链路lVB，链路映射满足约束条件及频谱连续性约束、频谱邻接性、频谱不冲突性约束。步骤十：计算虚拟拓扑的最小生成树，选取虚拟拓扑中属于最小生成树的虚拟链路，为虚拟链路提供备份路径。所述节点度是节点的关联度，是与该节点相关联的边的条数；所述主动链路是虚拟链路映射时，只有一个端点被映射，另一个端点仍未被映射的链路，被动链路是链路的两端点均已被映射。所述步骤六中节点映射满足的资源约束为：物理节点ns的可用资源CS(M(nv))必须不小于虚拟节点nv所需求的计算资源：在完成虚拟网络映射后，底层的物理节点的剩余容量为：其中，RN(ns)为物理节点ns上的剩余可用计算资源，CV(nv)为物理节点ns上分配给虚拟节点nv所需的计算资源；将虚拟节点nv映射在物理节点ns上表示为M(nv)＝ns，定义如下：nv→ns:M(nv)＝ns,nv∈VV,ns∈VS。所述步骤六中节点映射满足的位置约束为：虚拟节点映射在不同的底层物理节点上：其中，表示不同的虚拟节点。所述链路映射满足的资源约束为：链路映射时需要物理链路上有足够的带宽资源提供给虚拟链路，约束如下：BS(lS)≥BV(lv)；在完成虚拟网络映射后，底层物理链路的剩余容量变化如下：其中，RL(ls)为物理链路ls上的剩余可用带宽资源。所述频谱邻接性约束为每个连接请求分配连续的频谱隙，频谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：获取当前物理网络的资源状态信息，得到物理网络的无向图GS＝(VS,ES,CS(ns),BS(ls))，并初始化未映射物理节点集合UNVS＝VS；其中，VS和ES分别表示物理节点集合和物理链路集合。CS(ns)为物理节点ns∈VS上的可用计算资源，BS(ls)为物理链路ls上的可用带宽；步骤二：在虚拟请求到来时，获取到来的虚拟请求的资源状态信息，得到虚拟网络请求无向图GV＝(VV,EV,CV(nv),BV(lv))；其中，VV和EV分别表示虚拟节点集合和虚拟链路集合。CV(nv)为虚拟节点nv∈VV所需要的计算容量，BV(lv)为虚拟链路lv所需要的带宽；步骤三：计算虚拟网络请求中各虚拟节点的节点度，将节点度最大的虚拟节点，即主动节点nVZ，放入主动节点集合VVZ，与其相连的虚拟节点，即被动节点nVB，放入被动节点集合VVB；步骤四：将剩余未放入集合中的虚拟节点重新按节点度排序，重复步骤三，将主动节点按选取顺序依次放入主动节点集合中，直至所有虚拟节点被放入主动节点集合VVZ或被动节点集合VVB中，即VVZ+VVB＝VV；步骤五：根据主动节点集合VVZ和被动节点集合VVB将虚拟链路分为主动链路和被动链路，其中主动链路集合为EVZ，被动链路集合为EVB；步骤六：将物理节点集合UNVS中的物理节点作为候选物理节点，映射主动节点集合中节点度最大的虚拟节点nVZ，节点映射满足资源约束和位置约束，且映射成功后将该物理节点从集合UNVS中删除；步骤七：映射与主动虚拟节点nVZ相连的主动链路lVZ及该主动链路lVZ另一端的被动节点nVB；步骤八：将已经映射完成的主动虚拟节点nVZ和被动节点nVB分别从主动节点集合VVZ和被动节点集合VVB中删除，并重复步骤六和七，直至所有的虚拟节点和主动链路映射完成。步骤九：映射被动链路集合EVB中全部被动链路lVB，链路映射满足约束条件及频谱连续性约束、频谱邻接性、频谱不冲突性约束。步骤十：计算虚拟拓扑的最小生成树，选取虚拟拓扑中属于最小生成树的虚拟链路，为虚拟链路提供备份路径。...

【技术特征摘要】
1.一种基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：获取当前物理网络的资源状态信息，得到物理网络的无向图GS＝(VS,ES,CS(ns),BS(ls))，并初始化未映射物理节点集合UNVS＝VS；其中，VS和ES分别表示物理节点集合和物理链路集合。CS(ns)为物理节点ns∈VS上的可用计算资源，BS(ls)为物理链路ls上的可用带宽；步骤二：在虚拟请求到来时，获取到来的虚拟请求的资源状态信息，得到虚拟网络请求无向图GV＝(VV,EV,CV(nv),BV(lv))；其中，VV和EV分别表示虚拟节点集合和虚拟链路集合。CV(nv)为虚拟节点nv∈VV所需要的计算容量，BV(lv)为虚拟链路lv所需要的带宽；步骤三：计算虚拟网络请求中各虚拟节点的节点度，将节点度最大的虚拟节点，即主动节点nVZ，放入主动节点集合VVZ，与其相连的虚拟节点，即被动节点nVB，放入被动节点集合VVB；步骤四：将剩余未放入集合中的虚拟节点重新按节点度排序，重复步骤三，将主动节点按选取顺序依次放入主动节点集合中，直至所有虚拟节点被放入主动节点集合VVZ或被动节点集合VVB中，即VVZ+VVB＝VV；步骤五：根据主动节点集合VVZ和被动节点集合VVB将虚拟链路分为主动链路和被动链路，其中主动链路集合为EVZ，被动链路集合为EVB；步骤六：将物理节点集合UNVS中的物理节点作为候选物理节点，映射主动节点集合中节点度最大的虚拟节点nVZ，节点映射满足资源约束和位置约束，且映射成功后将该物理节点从集合UNVS中删除；步骤七：映射与主动虚拟节点nVZ相连的主动链路lVZ及该主动链路lVZ另一端的被动节点nVB；步骤八：将已经映射完成的主动虚拟节点nVZ和被动节点nVB分别从主动节点集合VVZ和被动节点集合VVB中删除，并重复步骤六和七，直至所有的虚拟节点和主动链路映射完成。步骤九：映射被动链路集合EVB中全部被动链路lVB，链路映射满足约束条件及频谱连续性约束、频谱邻接性、频谱不冲突性约束。步骤十：计算虚拟拓扑的最小生成树，选取虚拟拓扑中属于最小生成树的虚拟链路，为虚拟链路提供备份路径。2.根据权利要求1所述的基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法，其特征在于，所述节点度是节点的关联度，是与该节点相关联的边的条数；所述主动链路是虚拟链路映射时，只有一个端点被映射，另一个端点仍未被映射的链路，被动链路是链路的两端点均已被映射。3.根据权利要求1所述的基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法，其特征在于，所述步骤六中节点映射满足的资源约束为：物理节点ns的可用资源CS(M(nv))必须不小于虚拟节点nv所需求的计算资源：在完成虚拟网络映射后，底层的物理节点的剩余容量为：其中，RN(ns)为物理节点ns上的剩余可用计算资源，CV(nv)为物理节点ns上分配给虚拟节点nv所需的计算资源；将虚拟节点nv映射在物理节点ns上表示为M(nv)＝ns，定义如下：nv→ns:M(nv)＝ns,nv∈VV,ns∈VS。4.根据权利要求3所述的基于最小生成树的虚拟网络保护性映射方法，其特征在于，所述步骤六中节点映射满足的位置约束为：虚拟节点映射在不同的底层物理节点上：其中，表示不同的虚拟节点。5.根据权利要求3所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：任丹萍，王伟，赵继军，胡劲华，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北,13