面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法，网络初始化，建立以虚拟网络映射成本最低为目标函数的优化方法，建立满足目标函数优化方法的约束条件，计算光再生器的数量。本发明专利技术可以极大的降低虚拟光网络在映射过程中使用的光再生器的数量，从而降低虚拟光网络的映射成本，在完成相同的虚拟光网络映射时，可以使网络运营商获得更高的利润。的利润。的利润。

【技术实现步骤摘要】
面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法


[0001]本专利技术涉及一种资源分配方法，特别是一种面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法，属于光通信领域。

技术介绍

[0002]5G业务，人工智能、云计算、大数据、智能家居和物联网的快速发展，网络资源效率成为一个严重的挑战问题。此外，由于网络数据存储与计算能力的提升，急需要提高数据中心网络的存储能力，以提供充足的带宽接入与数据存储能力。通过考虑面向数据中心的光网络虚拟化技术，可以消除光网络的资源分配与调度僵化问题。这是因为网络虚拟化技术为在多个虚拟网络请求之间共享物理计算和网络资源提供了一种有效的方法，并在分配资源时提供了更大的灵活性和效率。虚拟光网络(VON)映射是网络虚拟化研究的基本内容之一，它的主要目的是在满足节点计算资源和带宽资源约束的基础上，将虚拟光网络映射到物理网络，从而实现物理层资源的有效利用。由此可见研究面向数据中心的空分复用频谱灵活光网络(SDM
‑
EON)中的网络虚拟化技术是解决当前存在的网络资源效率问题的重要途径之一。
[0003]虚拟光网络映射目前面临三大难题：资源约束，拓扑多样化，在线请求的即时性，这些难题导致在多项式时间内很难求出它的最优解(NP
‑
Hard)，即是NP
‑
Hard问题。虚拟网络映射是NP
‑
Hard问题，一般通过设计启发式算法求出近似解。到目前为止，在频谱灵活光网络上映射虚拟网络已经取得了许多成果。例如，如何降低底层物理网络的映射成本，如何降低阻塞率提高资源利用率，如何使底层网络节点和链路负载均衡等。然而，对于网络运营商而言，如何提高虚拟网络映射后的总利润是他的主要目标，所以优化网络的映射成本和提高网络的资源利用率将成为一个关键技术，以使网络运营达到最佳状态。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法，实现了面向数据中心的空分复用频谱灵活光网络中虚拟光网络的最低映射成本，提高了网络运营商的总收益。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法，其特征在于包含以下步骤：
[0007]步骤一：网络初始化；
[0008]步骤二：建立以虚拟网络映射成本最低为目标函数的优化方法；
[0009]步骤三：建立满足目标函数优化方法的约束条件；
[0010]步骤四：计算光再生器的数量。
[0011]进一步地，所述步骤一具体为
[0012]给定一个物理网络G
p
(V
p
，E
p
，C
p
，F
p
)，其中，V
p
代表一组数据中心，E
p
代表一组物理
链路，C
p
代表每个数据中心拥有的计算资源，F
p
代表每条链路上可用的频谱间隙数目；
[0013]一组虚拟光网络G
v
(V
v
，E
v
，C
v
，B
v
)，其中，V
v
，E
v
，C
v
和B
v
分别代表一组虚拟节点，一组虚拟链路，一组节点计算资源需求和一组链路带宽需求；
[0014]设定|V
p
|、|E
p
|、|C
p
|、|F
p
|的个数，分别表示物理光网络中数据中心数目、光纤链路数目、每个数据中心的可用计算资源数目及每个纤芯的频谱间隙数目；
[0015]同时设定每根光纤的纤芯数目。
[0016]进一步地，所述步骤二具体为
[0017]面向数据中心的空分复用频谱灵活光网络中虚拟光网络映射的成本问题，优化目标函数用如下式子表示：
[0018][0019]由于虚拟光网络的映射成本只与光转发器和光再生器的数量有关，式(2)的目标是在满足虚拟光网络映射的相关约束条件的同时，使用最少的光转发器和光再生器。
[0020]进一步地，所述步骤三具体为
[0021]在虚拟光网络映射时，节点和数据中心需要满足以下约束条件：
[0022](1)光交换节点约束条件；
[0023](2)数据中心计算资源容量约束；
[0024](3)流守恒约束；
[0025](4)路由约束；
[0026](5)带宽容量约束；
[0027](6)频谱连续性约束；
[0028](7)频谱一致性约束；
[0029](8)纤芯唯一性约束。
[0030]进一步地，所述光交换节点约束条件为
[0031][0032][0033]其中，为二进制变量，如果虚拟节点i成功映射到光交换节点k上则值为1，否则为0；
[0034]所述数据中心计算资源容量约束为
[0035][0036]其中，表示第n个虚拟光网络上虚拟节点i的计算资源需求，C
k
表示在面向数据
中心的空分复用频谱灵活光网络上数据中心k的总计算资源的数量。
[0037]进一步地，所述流守恒约束为
[0038][0039]其中，为二进制变量，如果第n个虚拟光网络上的虚拟链路(i,j)占用了物理链路(k,l)的c核的第f个slot则为1，否则为0，表示的是虚拟链路(i,j)所需要的频谱间隙数。
[0040]进一步地，所述路由约束为
[0041][0042]其中，为二进制变量，如果第n个虚拟光网络上的虚拟链路(i,j)成功映射到数据中心对(k,l)上则为1，否则为0；
[0043]所述带宽容量约束为
[0044][0045]|F|为每个物理链路上频谱间隙的数目。
[0046]进一步地，所述频谱连续性约束为
[0047][0048][0049]为一个虚拟链路在物理路径上分配的频谱资源必须是连续的，在公式(9)中，如果并且所有索引值高于f+1的频谱间隙都不会用于在节点对(k,l)上映射虚拟链路；在公式(10)中，如果则索引值低于f的频谱间隙都不会被分配给虚拟链路(i,j)。
[0050]为了降低计算的复杂度，需要降低二进制变量的维数空间，因此引入额外的二进制变量和来分解其中代表的是第n个虚
拟光网络上的虚拟链路(i,j)是否占用了物理链路(k,l)；代表的是第n个虚拟光网络上的虚拟链路(i,j)是否占用了纤芯c；代表的是第n个虚拟光网络上的虚拟链路(i,j)是否占用了索引为f的频谱间隙；二进制变量和之间的关系为：
[0051][0052][0053][0054]进一步地，所述频谱一致性约束为
[0055][0056]所述纤芯唯一性约束为
[0057][0058]进一步地，所述步骤四具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：网络初始化；步骤二：建立以虚拟网络映射成本最低为目标函数的优化方法；步骤三：建立满足目标函数优化方法的约束条件；步骤四：计算光再生器的数量。2.按照权利要求1所述的面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法，其特征在于：所述步骤一具体为给定一个物理网络G
p
(V
p
,E
p
,C
p
,F
p
)，其中，V
p
代表一组数据中心，E
p
代表一组物理链路，C
p
代表每个数据中心拥有的计算资源，F
p
代表每条链路上可用的频谱间隙数目；一组虚拟光网络G
v
(V
v
,E
v
,C
v
,B
v
)，其中，V
v
,E
v
,C
v
和B
v
分别代表一组虚拟节点，一组虚拟链路，一组节点计算资源需求和一组链路带宽需求；设定|V
p
|、|E
p
|、|C
p
|、|F
p
|的个数，分别表示物理光网络中数据中心数目、光纤链路数目、每个数据中心的可用计算资源数目及每个纤芯的频谱间隙数目；同时设定每根光纤的纤芯数目。3.按照权利要求1所述的面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法，其特征在于：所述步骤二具体为面向数据中心的空分复用频谱灵活光网络中虚拟光网络映射的成本问题，优化目标函数用如下式子表示：由于虚拟光网络的映射成本只与光转发器和光再生器的数量有关，式(2)的目标是在满足虚拟光网络映射的相关约束条件的同时，使用最少的光转发器和光再生器。4.按照权利要求1所述的面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法，其特征在于：所述步骤三具体为在虚拟光网络映射时，节点和数据中心需要满足以下约束条件：(1)光交换节点约束条件；(2)数据中心计算资源容量约束；(3)流守恒约束；(4)路由约束；(5)带宽容量约束；(6)频谱连续性约束；(7)频谱一致性约束；(8)纤芯唯一性约束。5.按照权利要求4所述的面向数据中心的虚拟光网络映射成本的资源分配方法，其特征在于：所述光交换节点约束条件为
其中，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：揭水平，陈伯文，吴水清，符小东，马宗仰，房洪莲，
申请(专利权)人：中天宽带技术有限公司江苏中天科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：