一种数据中心虚拟网络映射方法及系统技术方案

本发明专利技术属于通信技术领域，公开了一种数据中心虚拟网络映射方法及系统，所述数据中心虚拟网络映射方法包括：对于Fat

【技术实现步骤摘要】
一种数据中心虚拟网络映射方法及系统


[0001]本专利技术属于通信
，尤其涉及一种数据中心虚拟网络映射方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，云计算应用发展迅速。作为云计算的关键技术，虚拟化技术将底层数据中心基础设施资源(计算，存储和网络资源)池化，采用虚拟网络映射算法，为不同用户分配资源，实现资源按需共享。虚拟网络映射是指在虚拟网络请求的物理资源需求、服务质量要求等约束下，在共享的底层物理网络中为虚拟网络请求进行物理资源的分配。
[0003]虚拟网络映射问题最早出现在互联网场景中，并得到了广泛研究。然而数据中心的规则拓扑以及承载应用的多租户、异构化的特性，为数据中心虚拟网络映射算法的设计带来了挑战。首先，现有的虚拟网络映射算法大都针对一般网络拓扑，而数据中心网络拓扑一般具有对称性，需要有针对性的设计数据中心的虚拟网络映射算法。其次，数据中心多租户、异构化的特性使得数据中心资源分配不均衡问题突出。现有研究大多仅关注单维资源的均衡问题，而没有考虑多维资源之间的均衡问题，使得映射资源利用率和均衡性受到了一定的限制。
[0004]Luo Shouxi等人在其发表论文“Traffic
‑
Aware VDC Embedding in Data Center:A Case Study ofFat
‑
Tree”(Communications,China,2014.)中提出一种流量感知的数据中心虚拟网络映射算法。该方法的步骤是，第一步：将数据中心按照可用服务器数对机架和pod进行降序排序。第二步：选择带宽资源需求最大的虚拟节点作为首个待映射节点。第三步：在第一步排好序的数据中心中，按顺序找到第一台满足资源约束的服务器，将虚拟节点映射至该服务器。第四步：在所有连接未映射节点和已映射节点的链路中选择带宽需求最大的未映射节点u。第五步：在与u相连的带宽最大的链路所连接的已映射节点v所在机架中，选择第一台满足资源需求的服务器并将虚拟节点映射至该服务器；若该机架没有满足条件的服务器，则扩展到相同pod下的其他机架中寻找满足资源需求的服务器；如果相同pod的其他机架中也没有满足资源需求的服务器，再扩展到其他pod中，依次类推；如果整个数据中心中都没有满足资源需求的服务器，则节点映射失败。该方法存在的不足之处是，在为虚拟节点选择服务器时，只是选择了第一台满足资源约束的服务器，没有考虑服务器计算资源和链路资源的均衡性，容易造成单维资源耗尽，导致其他维资源不可用，造成资源浪费，影响资源利用率。因此，亟需一种新的数据中心虚拟网络映射方法。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0006](1)现有的虚拟网络映射算法大都针对一般网络拓扑，而数据中心网络拓扑一般具有对称性，需要有针对性的设计数据中心的虚拟网络映射算法，且数据中心多租户、异构化的特性使得数据中心资源分配不均衡问题突出。
[0007](2)现有研究大多仅关注单维资源的均衡问题，而没有考虑多维资源之间的均衡问题，容易造成单维资源耗尽，导致其他维资源不可用，造成资源浪费，使得映射资源利用率和均衡性受到了一定的限制。
[0008]解决以上问题及缺陷的难度为：数据中心网络的多维资源之间以及虚拟网络请求的多维资源需求之间均具有耦合关系，如何设计合理的数据中心虚拟网络映射算法，实现各单维资源内部以及多维资源之间的负载均衡是一个关键难题。
[0009]解决以上问题及缺陷的意义为：通过解决各单维资源内部以及多维资源之间的负载不均衡问题，能够提升用户体验、避免单维资源耗尽、提高数据中心的资源利用率。

技术实现思路

[0010]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种数据中心虚拟网络映射方法及系统，尤其涉及一种基于近域均衡的数据中心虚拟网络映射方法及系统。
[0011]本专利技术是这样实现的，一种数据中心虚拟网络映射方法，所述数据中心虚拟网络映射方法包括：
[0012]对于Fat
‑
Tree拓扑的数据中心，计算数据中心每个机架和pod的可用资源，并根据可用资源对机架和pod进行降序排序；计算虚拟网络请求中所有虚拟节点的带宽资源需求，并根据资源需求对虚拟节点进行降序排序；在排好序的数据中心中，根据均衡性公式选择服务器，即计算机架下的所有服务器的均衡性，并选择均衡性指标最小的服务器承载当前虚拟节点；所有节点映射完成后，进行链路映射，所有节点和链路都映射成功后，该虚拟网络映射成功，否则映射失败。
[0013]进一步，所述数据中心虚拟网络映射方法包括以下步骤：
[0014]步骤一，构建虚拟网络请求，用以刻画用户请求的物理资源需求；
[0015]步骤二，确定虚拟节点的映射顺序，作为计算资源分配的顺序规则；
[0016]步骤三，对数据中心的pod和机架进行排序，用以实现近域节点映射；
[0017]步骤四，映射虚拟节点，实现计算资源分配；
[0018]步骤五，映射虚拟链路，实现带宽资源分配。
[0019]进一步，步骤一中，所述虚拟网络请求为：
[0020]G
v
＝(N
v
,L
v
)；
[0021]其中，N
v
表示虚拟节点集合，L
v
表示虚拟链路集合；每个虚拟节点v∈N
v
都有一个权重，该权重表示虚拟节点v的计算资源请求为c(v)；虚拟链路vv'∈L
v
连接虚拟节点v和v'，虚拟链路vv'上的权重表示虚拟链路的带宽资源请求为bw(vv')。
[0022]进一步，步骤二中，所述确定虚拟节点的映射顺序，包括：
[0023](1)按照下式计算每个虚拟节点v∈N
v
的带宽资源需求：
[0024][0025]其中，ω(v)表示与虚拟节点v相连的所有虚拟链路的集合；
[0026](2)根据bw(v)对所有的虚拟节点进行降序排列，依次映射。
[0027]进一步，步骤三中，所述对数据中心的pod和机架进行排序，包括：
[0028]若虚拟节点个数不大于机架下的服务器数，按照机架可用资源对所有机架进行降序排列，保持机架中的服务器顺序不变；
[0029]若虚拟节点个数大于机架下的服务器数，则先按照pod可用资源对所有pod进行降序排列，然后按照机架可用资源对每个pod内的机架进行降序排列，保持机架中的服务器顺
序不变；
[0030]其中，机架可用资源为机架下的服务器可用资源之和，pod可用资源为pod下的服务器可用资源之和；
[0031]所述服务器可用资源为可用计算资源和可用带宽资源之和，利用计算资源为满足如下约束时的服务器剩余计算资源：
[0032][0033]该约束表示服务器剩余计算资源需要大于等于所有虚拟节点中的最大计算资源请求；
[0034]可用带宽资源为满足如下约束时的与服务器相连的链路的剩余带宽资源：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据中心虚拟网络映射方法，其特征在于，所述数据中心虚拟网络映射方法包括：对于Fat
‑
Tree拓扑的数据中心，计算数据中心每个机架和pod的可用资源，并根据可用资源对机架和pod进行降序排序；计算虚拟网络请求中所有虚拟节点的带宽资源需求，并根据资源需求对虚拟节点进行降序排序；在排好序的数据中心中，根据均衡性公式选择服务器，即计算机架下的所有服务器的均衡性，并选择均衡性指标最小的服务器承载当前虚拟节点；所有节点映射完成后，进行链路映射，所有节点和链路都映射成功后，该虚拟网络映射成功，否则映射失败。2.如权利要求1所述数据中心虚拟网络映射方法，其特征在于，所述数据中心虚拟网络映射方法包括以下步骤：步骤一，构建虚拟网络请求；步骤二，确定虚拟节点的映射顺序；步骤三，对数据中心的pod和机架进行排序；步骤四，映射虚拟节点；步骤五，映射虚拟链路。3.如权利要求2所述数据中心虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤一中，所述虚拟网络请求为：G
v
＝(N
v
,L
v
)；其中，N
v
表示虚拟节点集合，L
v
表示虚拟链路集合；每个虚拟节点v∈N
v
都有一个权重，该权重表示虚拟节点v的计算资源请求为c(v)；虚拟链路vv'∈L
v
连接虚拟节点v和v'，虚拟链路vv'上的权重表示虚拟链路的带宽资源请求为bw(vv')。4.如权利要求2所述数据中心虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤二中，所述确定虚拟节点的映射顺序，包括：(1)按照下式计算每个虚拟节点v∈N
v
的带宽资源需求：其中，ω(v)表示与虚拟节点v相连的所有虚拟链路的集合；(2)根据bw(v)对所有的虚拟节点进行降序排列，依次映射。5.如权利要求2所述数据中心虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤三中，所述对数据中心的pod和机架进行排序，包括：若虚拟节点个数不大于机架下的服务器数，按照机架可用资源对所有机架进行降序排列，保持机架中的服务器顺序不变；若虚拟节点个数大于机架下的服务器数，则先按照pod可用资源对所有pod进行降序排列，然后按照机架可用资源对每个pod内的机架进行降序排列，保持机架中的服务器顺序不变；其中，机架可用资源为机架下的服务器可用资源之和，pod可用资源为pod下的服务器可用资源之和；所述服务器可用资源为可用计算资源和可用带宽资源之和，可用计算资源为满足如下约束时的服务器剩余计算资源：
该约束表示服务器剩余计算资源需要大于等于所有虚拟节点中的最大计算资源请求；可用带宽资源为满足如下约束时的与服务器相连的链路的剩余带宽资源：该约束表示与服务器相连的链路的最大剩余带宽资源需要大于等于所有虚拟节点中的最大带宽资源请求。6.如权利要求2所述数据中心虚拟网络映射方法，其特征在于，步骤四中，所述映射虚拟节点，包括：(1)对首个虚拟节点，在排好序的数据中心中，依次检查所有服务器，选择满足资源约束的首个服务器，将该服务器所在机架的编号记作rackIndex，在该机架下选出所有满足资源约束的服务器；其中所述资源约束为以下两个约束：源约束的服务器；其中所述资源约束为以下两个约束：表示服务器的剩余计算资源需要大于等于虚拟节点的计算资源请求，与服务器相连的链路的剩余带宽资源需要大于等于虚拟节点的带宽资源请求；对其余虚拟节点，基于近域原则选择服务器，从rackIndex机架开始检查，选择满足资源约束的服务器，若该机架中没有满足资源约束的服务器，则去该机架所在pod的其他机架下检查，若仍没有满足资源约束的服务器，则扩展到其他pod检查，直到找到满足资源约束的服务器，并选出该服务器所在机架中的所有满足资源约束的服务器；其中，所述检查机架的顺序依据步骤三中的机架顺序，所述检查pod的顺序依据步骤三中的pod顺序；(2)按照下...

【专利技术属性】
技术研发人员：马英红，杨妮，李建东，索龙，李红艳，钱声攀，祁超帅，李续楠，刘伟，刘勤，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：