天地一体化信息网络下改进社团发现的虚拟网络映射方法技术

本发明专利技术公开了一种天地一体化信息网络下改进社团发现的虚拟网络映射方法，本发明专利技术通过在对虚拟网络请求进行映射前，首先构建出天地一体化信息网络的时空连续图，来确定虚拟网络请求生存时间内的相对静态拓扑。在映射过程中首先利用改进的Louvain算法在相对静态网络拓扑上进行社团划分，优先选择网络资源最丰富，物理节点密度最高的社团进行虚拟节点映射。在社团划分的基础上，对同一社团内的网络节点按照资源中心性排序来选择物理节点进行节点映射。在解决卫星子网移动性带来的网络拓扑不确定性问题的同时也降低了虚拟网络请求链路映射时节点相距过远造成的链路资源的消耗，从而降低映射能耗，高效利用网络资源。高效利用网络资源。高效利用网络资源。

【技术实现步骤摘要】
天地一体化信息网络下改进社团发现的虚拟网络映射方法


[0001]本专利技术属于天地一体化信息网络虚拟化领域，具体涉及一种基于天地一体化信息网络的虚拟网络映射方法。

技术介绍

[0002]天地一体化信息网络是由多层网络体系结构组成的多维异构网络，其主体主要是以传统地面网络作为基础、天基卫星网络作为进一步的补充，覆盖到空中、地面、海洋等多种环境中，能为用户提供更为全面、可靠的网络服务。通过多维度多层次的网络深度融合，天地一体化信息网络可以有效地综合利用各种资源，打破每一层网络之间相互独立而不能进行信息共享的瓶颈，在实现广域全覆盖和各层次网络的互联互通的基础上，进行智能网络控制和信息处理，进而为多类型的用户需求提供可靠的网络服务。
[0003]为解决天地空一体化网络物理资源的高效利用问题，需要采用资源虚拟化技术从物理资源中抽象出逻辑资源，在此基础上完成虚拟网络请求所需的资源与物理网络中的资源的映射。在不改变物理网络结构的同时给多个网络服务使用者赋予各自所需的网络功能，使得基础设施运营商能在现存的实际物理网络上容纳大量虚拟网络，从而能够高效利用空天地一体化网络中的资源。
[0004]虚拟网络请求由多条虚拟链路和多个虚拟节点连接构成。在传统虚拟网络映射问题中，通常采用二阶段映射算法，在完成虚拟节点后再映射虚拟链路。在映射虚拟节点时通常采用贪婪策略来确定映射的节点。在链路映射阶段通过最短路径算法在已确定的映射节点之间确定一条最短路径。由于天地一体化信息网络中卫星子网的移动性造成了整个物理网络拓扑的不确定性，对虚拟网络映射的时延及可靠性都有更高的要求。同时由于卫星子网物理资源稀缺，在选择网络节点进行映射时，若选择的两个物理网络节点相距过远，会加大链路映射时的资源消耗。若直接采用传统方法来映射虚拟网络请求，将无法适用天地一体化信息网络的动态物理拓扑，同时带来映射请求接受率低、网络资源利用率低等问题，最终导致网络基础设施提供商收益降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决在天地一体化信息网络架构下卫星子网的移动性以及卫星子网物理资源稀缺性导致的映射效率低以及虚拟链路映射时物理链路资源消耗过多的问题，提出了在构建时空连续拓扑图的基础上确定多个时间片内的静态物理网络拓扑，利用改进的Louvain算法在静态物理拓扑上进行社团划分。优先选择网络子结构最紧密且社团资源量最大的子社团，在子社团内按照物理节点的资源中心性对子社团内节点进行排序，映射过程优先考虑网络节点资源中心性高的虚拟网络映射算法。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0007]本专利技术提供的一种天地一体化信息网络下基于改进社团发现的虚拟网络映射方法，包括：
[0008]构建天地一体化信息网络的时变连续拓扑图，确定虚拟网络请求生存时间内的相对静态拓扑；
[0009]构建物理网络和虚拟网络拓扑模型，对虚拟网络映射问题进行数学描述；
[0010]接收虚拟网络请求，并判断虚拟网络请求的生存时间内物理网络拓扑是否会发生变化，如不改变则进行后续映射，否则构建物理网络拓扑的候选集；
[0011]通过构建网络演化图和链路权重个性化定义的方式对Louvain算法进行改进，利用改进的Louvain算法对天地一体化信息网络的物理拓扑进行社团发现，划分多个子网络社团；
[0012]计算经过社团发现后的每个社团内各节点的资源中心性，并按资源中心性的大小排序，完成节点映射；
[0013]在节点映射后，利用最短路径算法完成链路映射，链路映射完成后更新物理网络中的物理资源量。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，在构建时空连续拓扑图的基础上，将天地一体化信息网络的动态拓扑快照划分为多个时间片的相对静态拓扑，然后判断虚拟网络请求的生存时间内物理网络拓扑是否发生变化，包括：
[0015](31)判断映射窗口内待映射的虚拟网络请求所需映射的生存时间，生存时间内物理网络拓扑是否会发生变化；
[0016](32)如果物理网络拓扑会发生变化，则构造该虚拟网络请求的候选集，候选集中包含该虚拟网络请求在后续多个时刻内的物理网络拓扑；
[0017](33)如果在该虚拟网络请求所需的生存时间内拓扑无变化，则不需构造候选集，直接进行后续的社团发现算法。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，对Louvain算法改进包括通过构建网络演化图的方式进行，通过定义物理网络节点变化事件和物理链路变化事件来构建网络时空演化图；将多个时间片下的静态拓扑与物理节点变化事件和物理链路的变化事件进行组合，从而得到网络时间演化图来刻画网络的动态变化关系。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，物理网络节点变化事件包括网络节点的加入和退出以及网络节点内物理资源的消耗和回收；物理链路变化事件包括节点间链路的建立、断开以及链路带宽资源的消耗和回收。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，对Louvain算法改进包括通过对一体化网络中不同链路权重进行个性化定义的方式进行，包括卫星网络间链路权重、地面网络间链路权重和通过星地链路权重来连接卫星子网和地面子网。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，天地一体化信息网络中网络节点被划分为多个子社团，组内的网络节点间链路紧密，不同组间的链路相对稀疏；将天地空一体化网络划分为多个社团，在虚拟节点映射时，优先选择同一社团下的物理网络节点。
[0022]本专利技术进一步的改进在于，通过控制社团资源量差异度使得划分社团在资源量上更加均衡，包括：
[0023](41)初始时将每个物理节点作为一个单独的社团；
[0024](42)依次将每个网络节点与相邻网络节点合并在一起，计算ΔQ，若ΔQ>0且
则将该网络节点加入相邻社团；
[0025](43)重复步骤(42)直到所有网络节点所属社团不再变化；
[0026](44)将所有同一社团的网络节点压缩成一个新节点，社团内网络节点的权重化为新节点环的权重；
[0027](45)重复步骤(42)至步骤(44)直至整个网络的模块度不再发生变化。
[0028]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0029]本专利技术提出了一种动态物理网络拓扑下的虚拟网络映射算法，在构建时空连续拓扑图的基础上，将天地一体化信息网络的动态拓扑快照划分为多个时间片的相对静态拓扑，来确定虚拟网络请求生存时间内的相对静态拓扑。在映射过程中首先利用改进的Louvain算法在相对静态网络拓扑上进行社团划分，优先选择网络资源最丰富，物理节点密度最高的社团进行虚拟节点映射。在社团划分的基础上，对同一社团内的网络节点按照资源中心性排序来选择物理节点进行节点映射，在解决卫星子网移动性带来的网络拓扑不确定性问题的同时也降低了虚拟网络请求链路映射时节点相距过远造成的链路资源的消耗，从而降低映射能耗，高效利用资源。
[0030]对已确定天地一体化信息网络的拓扑进行社团发现。天地一体化信息网络中社团结构是指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.天地一体化信息网络下改进社团发现的虚拟网络映射方法，其特征在于，包括：构建天地一体化信息网络的时变连续拓扑图，确定虚拟网络请求生存时间内的相对静态拓扑；构建物理网络和虚拟网络拓扑模型，对虚拟网络映射问题进行数学描述；接收虚拟网络请求，并判断虚拟网络请求的生存时间内物理网络拓扑是否会发生变化，如不改变则进行后续映射，否则构建物理网络拓扑的候选集；通过构建网络演化图和链路权重个性化定义的方式对Louvain算法进行改进，利用改进的Louvain算法对天地一体化信息网络的物理拓扑进行社团发现，划分多个子网络社团；计算经过社团发现后的每个社团内各节点的资源中心性，并按资源中心性的大小排序，完成节点映射；在节点映射后，利用最短路径算法完成链路映射，链路映射完成后更新物理网络中的物理资源量。2.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络下改进社团发现的虚拟网络映射方法，其特征在于，天地一体化信息网络的时变连续拓扑图表示为：CG＝{N,L,T,B
u,v
(t),C
u,v
(T)},u∈N,(u,v)∈L,t∈T其中，N表示网络节点集合，L表示物理链路的集合，B
u,v
(t)表示t时刻链路(u,v)的链路带宽，C
u,v
(T)表示给定时间范围T内节点u和v之间的所有连通时段集合。3.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络下改进社团发现的虚拟网络映射方法，其特征在于，物理网络的节点表示为：Node＝{ID，Type，Resources，Other}其中Node代表天地一体化信息网络下的物理网络节点；ID代表节点的唯一编号；Type代表节点的网络类型；Resources代表节点拥有的资源；Other代表节点其他的相关属性；虚拟网络为：其中，N
v
和L
v
分别表示虚拟网络请求中虚拟节点和虚拟链路的集合；和分别代表虚拟网络对应的节点约束和链路约束。4.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络下改进社团发现的虚拟网络映射方法，其特征在于，在构建时空连续拓扑图的基础上，将天地一体化信息网络的动态拓扑快照划分为多个时间片的相对静态拓扑，然后判断虚拟网络请求的生存时间内物理网络拓扑是否发生变化，包括：(31)判断映射窗口内待映射的虚拟网络请求所需映射的生存时间，生存时间内物理网络拓扑是否会发生变化；(32)如果物理网络拓扑会发生变化，则构造该虚拟网络请求的候选集，候选集中包含该虚拟网络请求在后续多个时刻内的物理网络拓扑；(33)如果在该虚拟网络请求所需的生存时间内拓扑无变化，则不需构造候选集，直接进行后续的社团发现算法。5.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络下改进社团发现的虚拟网络映射方法，其特征在于，对Louvain算法改进包括通过构建网络演化图的方式进行，通过定义物理网络
节点变化事件和物理链路变化事件来构建网络时空演化图；将多个时间片下的静态拓扑与物理节点变化事件和物理链路的变化事件进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲桦，赵季红，余秋雨，袁晓东，邹孟阳，马楠，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：