一种基于相关光路资源感知的生存性虚拟网络映射方法技术

本发明专利技术涉及一种基于相关光路资源感知的生存性虚拟网络映射方法，属于光纤通信技术领域。本发明专利技术所述的方法通过考虑物理节点可用计算资源、相邻链路可用带宽、最短光路跳数这些因素，设计了多物理节点协作因子的计算公式，并依据协作因子值确定虚拟节点的映射物理节点；采用最短路径算法确定映射物理节点间的工作光路和边分离的保护光路，设计一个综合考虑相关光路频谱碎片化程度和资源减少量的工作频谱块选择公式，选择关联因子值最大的频谱块作为工作光路的传输频谱块；设计一个考虑光路跳数和关联因子值的保护频谱块选择公式，选择匹配因子值最大的频谱块作为保护光路的传输频谱块。该方法可以提高生存性虚拟网络映射的成功率和频谱资源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相关光路资源感知的生存性虚拟网络映射方法
本专利技术属于光通信
，涉及一种基于相关光路资源感知的生存性虚拟网络映射方法。
技术介绍
随着网络通信技术的飞速发展，大量具有高带宽和低时延要求的新型业务不断涌现，如视频通话、虚拟现实、无人驾驶等。虽然这些创新性网络应用极大程度上提高了人们生活质量，但也无形中增加了网络的传输压力，使得当前通信骨干网中的频谱资源越来越紧缺。传统波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)网络采用了固定粒度(50GHz或100GHz)的频谱划分方式，并且无法自适应选择调制格式，造成大量频谱资源的浪费，难以满足业务带宽需求的增长。相较于WDM网络，基于正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)技术的弹性光网络(ElasticOpticalNetworks,EONs)有着更细粒度的频谱资源划分方式，且可以自适应地满足不同业务的频谱资源需求，极大地降低了网络中频谱资源浪费程度。与此同时，由于通信网是由不同网络运营商共同建立，各运营商在构建网络的过程中所使用的通信设配和通信协议不尽相同，这就导致网络资源不能以一种统一的方式被调度和管理。为了解决当前网络存在的结构僵化问题，研究者们提出了网络虚拟化技术。网络虚拟化被视为解决网络结构僵化问题的有力技术手段。然而，网络虚拟化在具体实施过程中，还存在着诸多问题需要被解决，其中最为棘手的便是虚拟网络映射问题。虚拟网络映射问题本质上是如何在底层物理网络上寻找一个与虚拟网络拓扑结构类似的物理拓扑，并有效地为其分配频谱资源。此外，EONs中的光纤链路容易受到链路老化、自然灾害、人为破坏等因素的影响而发生故障，这会造成网络中大量业务请求无法正常传输，给个人以及社会造成巨大经济损失。调查表明，单链路故障占网络中链路故障的70％。因此，单链路故障下生存性虚拟网络映射需要被深入研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于相关光路资源感知的生存性虚拟网络映射方法，用于提高生存性虚拟网络映射的成功率和频谱资源利用率。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于相关光路资源感知的生存性虚拟网络映射方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1:初始化底层物理网络，确定当前底层物理网络中频谱资源的频隙索引值、物理节点的剩余可用计算资源和物理链路的剩余可用带宽资源；S2:首先，采用最短路径算法，在每对物理节点间计算K条物理光路；然后，根据不同物理光路间的链路相交情况，确定每条物理光路的相关光路集；相关光路的定义：如果物理光路P1的链路和物理光路P2的链路相交，那么称P1是P2的相关光路，或者说，P2是P1的相关光路。S3:首先，找出虚拟网络请求的所有未映射虚拟节点，并确定所有未映射虚拟节点的计算资源需求、相邻链路的带宽需求、度数以及相邻已映射虚拟节点个数；其次，根据虚拟节点的计算资源需求、相邻链路的带宽需求、度数以及相邻已映射虚拟节点个数，计算所有未映射虚拟节点的权重排序值；然后，根据虚拟节点的权重排序值，将所有未映射虚拟节点非升序排序；最后，将完成排序的所有未映射虚拟节点依次通过基于多节点协作的虚拟节点映射方法，完成虚拟节点的映射。S4:当虚拟节点全部成功映射后，首先，找出虚拟网络请求的所有未映射虚拟链路，并确定所有未映射虚拟链路的带宽需求；然后，根据虚拟链路的带宽需求，将所有未映射虚拟链路非升序排序；最后，将完成排序的所有未映射虚拟链路依次通过基于相关光路资源感知的虚拟链路映射方法，完成虚拟链路的映射。进一步，所述S3中基于多节点协作的虚拟节点映射方法实现，具体包括以下步骤：S301:找出权重排序值最大的未映射虚拟节点的所有候选物理节点并存入集合R；所述候选物理节点指的是剩余可用计算资源大于虚拟节点计算资源需求的物理节点；未映射虚拟节点的权重排序值通过以下方式计算：其中，Cnv表示虚拟节点v所需的计算资源大小，AeVDv表示v的度数，|adj(v)|表示v的相邻已映射虚拟节点数，表示v的相邻链路带宽需求和。S302:判断集合R是否为空，若是，则此虚拟网络请求映射失败，反之，计算集合R中所有候选物理节点的协作因子值并选择出协作因子值最大的候选物理节点；候选物理节点的协作因子值通过以下方式计算：其中，Nv表示虚拟节点v的相邻未映射虚拟节点集合，s1是虚拟节点v1的预映射物理节点。s'是虚拟节点v'的预映射物理节点，表示物理节点s'的剩余可用计算资源，con(v')表示虚拟节点v'相邻已映射虚拟节点所映射的物理节点集合，hop(ps'a)表示物理节点s'到相邻已映射虚拟节点所映射物理节点a的最短光路ps'a的跳数，表示物理节点s'的相邻链路剩余可用带宽和。S303:将权重排序值最大的未映射虚拟节点映射在协作因子值最大的候选物理节点上。进一步，所述S4中基于相关光路资源感知的虚拟链路映射方法实现，具体包括以下步骤：S401:采用最短路径算法为带宽需求最高的未映射虚拟链路计算一条最短光路作为工作光路；S402:判断工作光路中是否存在可用频谱块，若是，则计算所有可用频谱块的关联因子值，并选取关联因子值最小的频谱块在工作光路上进行频谱分配，反之，则此虚拟网络请求映射失败；所述可用频谱块为光路上在满足频谱一致性和连续性约束下，大于虚拟链路所需频隙数的空闲频谱块；关联因子值通过以下方式计算：其中，χP表示光路p的相关光路集，包含光路p本身，b表示光路p中的一个可用频谱块。FRp'(b)表示光路p'的频谱碎片化度量值，其值越小，则光路p'的频谱碎片化越严重，和分别表示在光路p'上分配频谱块b前后的频谱碎片化度量值，fsi为一个二进制变量，频隙i如果被占用，则为0，反之，则为1，N表示光路p'的频隙总数，|B|表示光路p'的空闲频谱块的数目。ΔFsp'(b)表示在光路p'上分配频谱块b前后的空闲频隙减少数量，ΔFsmax表示ΔFsp'(b)的最大取值。S403:采用最短路径算法为带宽需求最高的未映射虚拟链路计算K条与其工作光路链路不相交的候选保护光路；S404:判断候选保护光路中是否存在可用频谱块，若是，则计算所有可用频谱块的匹配因子值，并选取匹配因子值最小的频谱块在保护光路上进行频谱分配，反之，则此虚拟网络请求映射失败。匹配因子值通过以下方式计算：BS(b)＝hop(p)·AF(b)其中，hop(p)表示光路p的跳数，AF(b)表示光路p上频谱块b的关联因子值，BS(b)值越小，频谱块b被选择的可能性越大。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下图进行说明：图1为基于多节点协作的虚拟节点映射方法示意图；图2为关联因子值的计算示意图；图3为一种基于相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多节点协作和相关光路资源感知的生存性虚拟网络映射方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/nS1:首先，初始化底层物理网络，确定当前底层物理网络中频谱资源的频隙索引值、每条物理光路的跳数、每条物理光路的相关光路集以及物理节点和物理链路的资源剩余情况；其次，找出虚拟网络请求的所有未映射虚拟节点，并确定所有未映射虚拟节点的计算资源需求、相邻链路的带宽需求、度数以及相邻已映射虚拟节点个数；再次，根据虚拟节点的计算资源需求、相邻链路的带宽需求、度数以及相邻已映射虚拟节点个数，计算所有未映射虚拟节点的权重排序值；然后，根据虚拟节点的权重排序值，将所有未映射虚拟节点非升序排序；最后，将已完成排序的所有未映射虚拟节点依次通过基于多节点协作的虚拟节点映射方法，完成虚拟节点的映射；/nS2:当虚拟节点全部成功映射后，首先，找出虚拟网络请求的所有未映射虚拟链路，并确定所有未映射虚拟链路的带宽需求；然后，根据虚拟链路的带宽需求，将所有未映射虚拟链路非升序排序；最后，将已完成排序的所有未映射虚拟链路依次通过基于相关光路资源感知的虚拟链路映射方法，完成虚拟链路的映射。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多节点协作和相关光路资源感知的生存性虚拟网络映射方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1:首先，初始化底层物理网络，确定当前底层物理网络中频谱资源的频隙索引值、每条物理光路的跳数、每条物理光路的相关光路集以及物理节点和物理链路的资源剩余情况；其次，找出虚拟网络请求的所有未映射虚拟节点，并确定所有未映射虚拟节点的计算资源需求、相邻链路的带宽需求、度数以及相邻已映射虚拟节点个数；再次，根据虚拟节点的计算资源需求、相邻链路的带宽需求、度数以及相邻已映射虚拟节点个数，计算所有未映射虚拟节点的权重排序值；然后，根据虚拟节点的权重排序值，将所有未映射虚拟节点非升序排序；最后，将已完成排序的所有未映射虚拟节点依次通过基于多节点协作的虚拟节点映射方法，完成虚拟节点的映射；
S2:当虚拟节点全部成功映射后，首先，找出虚拟网络请求的所有未映射虚拟链路，并确定所有未映射虚拟链路的带宽需求；然后，根据虚拟链路的带宽需求，将所有未映射虚拟链路非升序排序；最后，将已完成排序的所有未映射虚拟链路依次通过基于相关光路资源感知的虚拟链路映射方法，完成虚拟链路的映射。


2.根据权利要求1所述的一种基于相关光路资源感知的生存性虚拟网络映射方法，其特征在于：所述S1中基于多节点协作的虚拟节点映射方法实现，具体包括以下步骤：
S101:找出权重排序值最大的未映射虚拟节点的所有候选物理节点并存入集合R；
未映射虚拟节点的权重排序值通过以下方式计算：



其中，Cnv表示虚拟节点v所需的计算资源大小，Dv表示v的度数，|adj(v)|表示v的相邻已映射虚拟节点数，表示v的相邻链路带宽需求和。
S102:判断集合R是否为空，若是，则此虚拟网络请求映射失败，反之，计算集合R中所有候选物理节点的协作因子值并选择出协作因子值最大的候选物理节点；
候选物理节点的协作因子值通过以下方式计算：






其中，Nv表示虚拟节点v的相邻未映射虚拟节点集合，s1是虚拟节点v1的预映射物理节点。s'是虚拟节点v'的预映射物理节点，表示物理节点s'...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焕淋，杜理想，陈勇，胡俊岭，唐畅，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50