软件定义网络虚拟网络映射方法技术

本发明专利技术涉及软件一种定义网络虚拟网络映射方法，属于通信网络技术领域。该方法包括以下步骤：S1：建模SDN底层网络特性；S2：建模底层节点及底层链路状态标识；S3：建模虚拟网络请求资源需求；S4：建模虚拟网络请求节点及链路映射标识；S5：建模虚拟网络请求联合开销函数；S6：建模虚拟网络请求映射成本；S7：建模虚拟网络请求映射功耗；S8：建模虚拟节点映射限制条件；S9：建模虚拟链路映射限制条件；S10：基于联合开销函数最小化确定虚拟网络请求映射策略。本发明专利技术综合考虑SDN底层网络特性、虚拟网络请求资源需求，基于联合开销函数最小化可实现虚拟网络请求优化映射。

【技术实现步骤摘要】
软件定义网络虚拟网络映射方法
本专利技术属于通信网络
，涉及一种软件定义网络虚拟网络映射方法。
技术介绍
网络虚拟化(networkvirtualization,NV)是未来互联网、云计算的重要技术。其通过对底层网络资源抽象、聚合、隔离等机制允许多个异构的虚拟网络共享底层网络资源，可有效提高资源利用率，为用户提供灵活、多样化的服务，同时增强网络的可控性。软件定义网络(softwaredefinednetwork,SDN)所具有的控制平面与数据平面解耦、控制逻辑集中和网络可编程等特点，对于实现网络虚拟化具有典型优势。SDN虚拟化技术结合了SDN及NV两种技术的优势，通过对SDN底层物理网络资源进行抽象，并映射为多个虚拟网络，可实现底层网络资源共享，提升网络灵活性及智能化。NV技术实现过程所涉及核心问题为虚拟网络映射(virtualnetworkembedding,VNE)问题，是指为带有节点和链路资源需求约束的虚拟网络请求分配底层物理网络资源。如何综合考虑SDN底层网络特性、虚拟网络请求资源需求、虚拟网络映射成本及网络整体能耗优化等问题，在保障网络服务质量的前提下，实现虚拟网络映射优化已成为当前研究亟待解决的问题。文献[ZhangP,YaoH,LiuY.VirtualNetworkEmbeddingbasedonComputing,NetworkandStorageResourceConstraints[J].IEEEInternetofThingsJournal,2017,PP(99):1-7.]提出一种基于计算、网络及存储三维资源约束的虚拟网络请求映射模型，并设计了两种启发式算法以实现虚拟网络映射，但所提算法并未考虑虚拟网络请求的映射功耗。文献[ZongY,OuY,HammadA,etal.Location-AwareEnergyEfficientVirtualNetworkEmbeddinginSoftware-DefinedOpticalDataCenterNetworks[J].JournalofOpticalCommunicationsandNetworking,2018,10(7):B58-B70.]提出一种基于总功耗最小化的混合整数线性规划模型，并设计了位置感知的节能VNE算法以减少激活的数据中心及网络组件的功率消耗，但所提算法未充分考虑虚拟网络请求的映射成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种软件定义网络虚拟网络请求映射方法，在该方法中，考虑由一个控制器和多个物理交换机组成的SDN底层物理网络，其中，底层物理网络模型中的底层节点及底层链路可处于激活或休眠两种状态，针对多个虚拟网络请求，在满足虚拟网络请求资源需求及底层物理网络设备性能等约束条件下，以虚拟网络请求联合开销函数最小化为优化目标，优化确定虚拟网络请求映射策略。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：软件定义网络虚拟网络映射方法，该方法包括以下步骤：S1：建模软件定义网络(software-definednetworking,SDN)底层网络特性；S2：建模底层节点及底层链路状态标识；S3：建模虚拟网络请求资源需求；S4：建模虚拟网络请求节点及链路映射标识；S5：建模虚拟网络请求联合开销函数；S6：建模虚拟网络请求映射成本；S7：建模虚拟网络请求映射功耗；S8：建模虚拟节点映射限制条件；S9：建模虚拟链路映射限制条件；S10：基于联合开销函数最小化确定虚拟网络请求映射策略。进一步，所述步骤S1具体为：基于图论理论建模SDN底层网络模型，以带权无向图表示底层网络拓扑，其中，表示底层网络中节点集合，表示底层网络中第i个底层节点，M表示底层节点数量；表示底层网络中链路集合，表示连接和的底层链路；表示底层节点属性集合，其中，和分别表示的CPU计算资源和TCAM流表处理资源，1≤i≤M；表示底层链路属性集合，其中，和分别表示的带宽资源和链路传播时延，1≤i,j≤M,i≠j；令表示与相邻的底层节点集合，表示底层网络最大度数，|x|表示集合x中元素数目。进一步，所述步骤S2具体为：该底层网络模型中的底层节点和底层链路可处于激活或休眠两种状态；令xi,t∈{0,1}表示t时刻激活标识，xi,t＝1表示在t时刻处于激活状态，否则，xi,t＝0；令xi,j,t∈{0,1}表示t时刻激活标识，xi,j,t＝1表示在t时刻处于激活状态，否则，xi,j,t＝0。进一步，所述步骤S3具体为：令表示第k个到达的虚拟网络请求，其中，表示第k个虚拟网络拓扑，表示第k个虚拟网络请求到达时刻，表示第k个虚拟网络请求结束时刻，即若则VNRk失效；令表示VNRk到达标识，若否则，令表示VNRk失效标识，若否则，以带权无向图表示VNRk的虚拟网络拓扑，其中，表示VNRk中虚拟节点集合，表示VNRk中第u个虚拟节点，Mk表示VNRk中虚拟节点数量；表示VNRk中虚拟链路集合，表示连接和的虚拟链路；表示虚拟节点属性集合，和分别表示的CPU资源需求和TCAM流表处理资源需求；表示虚拟链路属性集合，及分别表示的带宽需求和最大可容忍链路传播时延，1≤k≤K，K表示虚拟网络请求数目。进一步，所述步骤S4具体为：令αk,u,i∈{0,1}表示VNRk节点映射标识，αk,u,i＝1表示VNRk中映射至否则，αk,u,i＝0；令βk,u,r,i,j∈{0,1}表示VNRk链路映射标识，βk,u,r,i,j＝1表示VNRk中映射至否则，βk,u,r,i,j＝0。进一步，在步骤S5中，根据公式建模时间T内虚拟网络请求联合开销函数，其中，Θk,t表示VNRk在t时刻的联合开销，所述Θk,t建模为Θk,t＝μQQk,t+μPPk,t，其中，Qk,t表示VNRk在t时刻的映射成本，Pk,t表示VNRk在t时刻的映射功耗，μQ和μP分别表示映射成本及映射功耗的加权系数。进一步，在步骤S6中，所述Qk,t建模为其中，表示VNRk在t时刻的节点映射成本，建模为ηi,t表示t时刻的节点资源利用率，ΓN(ηi,t)表示ηi,t的单位节点资源映射成本函数；表示VNRk在t时刻的链路映射成本，建模为ηi,j,t表示t时刻的链路资源利用率，ΓL(ηi,j,t)表示ηi,j,t的单位链路资源映射成本函数；所述ηi,t建模为其中，和分别表示t时刻已占用CPU资源及TCAM资源，δC和δT分别表示CPU资源利用率及TCAM资源利用率的加权系数，δC+δT＝1；所述ΓN(ηi,t)建模为所述ηi,j,t建模为其中，表示t时刻已占用带宽资源；所述ΓL(ηi,j,t)建模为所述建模为所述建模为所述建模为进一步，在步骤S7中，所述Pk,t建模为其中，表示VNRk在t时刻的节点功耗，建模为其中，PiON表示由休眠状态切换至激活状态对应的功耗，PiMAX表示的满载功耗，r表示校正参数；表示VNRk在t时刻的链路功耗，建模为其中，表示由休眠状态切换至激活状态对应的功耗，表示的满载功耗。进一步，在步骤S8中，建模虚拟节点映射约束条件：1)同一个虚拟网络请求中每个虚拟节点只能映射到一个底层节点上：2)同一个虚拟网络请求中不同的虚拟节点不能同时映射到相同的物理节点上：3)底层节点CPU计算资源约束条件：4)底层节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.软件定义网络虚拟网络映射方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：建模软件定义网络(software‑defined networking,SDN)底层网络特性；S2：建模底层节点及底层链路状态标识；S3：建模虚拟网络请求资源需求；S4：建模虚拟网络请求节点及链路映射标识；S5：建模虚拟网络请求联合开销函数；S6：建模虚拟网络请求映射成本；S7：建模虚拟网络请求映射功耗；S8：建模虚拟节点映射限制条件；S9：建模虚拟链路映射限制条件；S10：基于联合开销函数最小化确定虚拟网络请求映射策略。

【技术特征摘要】
1.软件定义网络虚拟网络映射方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：建模软件定义网络(software-definednetworking,SDN)底层网络特性；S2：建模底层节点及底层链路状态标识；S3：建模虚拟网络请求资源需求；S4：建模虚拟网络请求节点及链路映射标识；S5：建模虚拟网络请求联合开销函数；S6：建模虚拟网络请求映射成本；S7：建模虚拟网络请求映射功耗；S8：建模虚拟节点映射限制条件；S9：建模虚拟链路映射限制条件；S10：基于联合开销函数最小化确定虚拟网络请求映射策略。2.根据权利要求1中所述的软件定义网络虚拟网络映射方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：基于图论理论建模SDN底层网络模型，以带权无向图表示底层网络拓扑，其中，表示底层网络中节点集合，表示底层网络中第i个底层节点，M表示底层节点数量；表示底层网络中链路集合，表示连接和的底层链路；表示底层节点属性集合，其中，和分别表示的CPU计算资源和TCAM流表处理资源，1≤i≤M；表示底层链路属性集合，其中，和分别表示的带宽资源和链路传播时延，1≤i,j≤M,i≠j；令表示与相邻的底层节点集合，表示底层网络最大度数，|x|表示集合x中元素数目。3.根据权利要求1中所述的软件定义网络虚拟网络映射方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：该底层网络模型中的底层节点和底层链路可处于激活或休眠两种状态；令xi,t∈{0,1}表示t时刻激活标识，xi,t＝1表示在t时刻处于激活状态，否则，xi,t＝0；令xi,j,t∈{0,1}表示t时刻激活标识，xi,j,t＝1表示在t时刻处于激活状态，否则，xi,j,t＝0。4.根据权利要求1中所述的软件定义网络虚拟网络映射方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：令表示第k个到达的虚拟网络请求，其中，表示第k个虚拟网络拓扑，表示第k个虚拟网络请求到达时刻，表示第k个虚拟网络请求结束时刻，即若则VNRk失效；令表示VNRk到达标识，若否则，令表示VNRk失效标识，若否则，以带权无向图表示VNRk的虚拟网络拓扑，其中，表示VNRk中虚拟节点集合，表示VNRk中第u个虚拟节点，Mk表示VNRk中虚拟节点数量；表示VNRk中虚拟链路集合，表示连接和的虚拟链路；表示虚拟节点属性集合，和分别表示的CPU资源需求和TCAM流表处理资源需求；表示虚拟链路属性集合，及分别表示的带宽需求和最大可容忍链路传播时延，1≤k≤K，K表示虚拟网络请求数目。5.根据权利要求1中所述的软件定义网络虚拟网络映射方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：令αk,u,i∈{0,1}表示VNRk节点映射标识，αk,u,i＝1表示VNRk中映射至否则，αk,u,i＝0；令βk,u,r,i,j∈{0,1}表示VNRk链路映射标识，βk,...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴蓉，谢德胜，杜春玲，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50