[发明专利]一种多拓扑虚拟网络映射方法

说明书

技术领域

网络虚拟化技术是推动互联网体系架构发展的重要方法之一，其本质是通过抽象、分配、隔离机制在一个公共物理网络上独立地运营多个虚拟子网，各虚拟子网可以使用相互独立的协议体系，并能够根据用户动态变化的需求对整个网络中节点和链路资源进行合理配置，从而增强网络的灵活性与多样性，实现网络的可测可控性，最优化网络资源的分配与调度，提高安全和服务质量、降低运营维护成本，以求根本性地解决互联网现有的僵化、以补丁和更新为主的发展现状。

网络虚拟化技术可以用于为新型网络体系结构的研究提供共享物理实验网络的基础，同时它还能够将底层物理设施提供商与网络服务运营商相分离，允许多个运营商的网络共享同一个公共的底层物理网络基础架构(链路、交换节点等)，每个网络都在其中拥有既不受其他网络影响又可以灵活调整的网络资源份额，不同网络运营商可以采用不同的网络协议，提供创新的端到端服务，因此网络虚拟化也很有希望成为一种未来网络的主流运营模式。

背景技术

虚拟网络映射问题则是网络虚拟化技术中必不可少的环节，它的主要功能是将用户的虚拟网络请求(Virtual Request)合理地映射至运营商提供的底层物理网络设施(Substrate Network)，映射过程不仅要实现虚拟网络之间的分隔与互不影响，从而保证每个虚拟网络用户的服务质量(QoS)，同时也要尽量合理地分配底层物理网络资源，提高资源利用率。如图1所示。

在图1中，两个不同的虚拟网络被映射在底层物理网络上，并向相应的用户提供服务。由于虚拟网络请求拓扑的多样性，以及节点和链路两组限制条件需要同时考虑，使得将多个不同的虚拟网络映射到一个公共底层物理网络成为NP-hard问题。为解决该问题，国外很多研究学者已经提出了一些求解映射匹配次优解的映射方法，但现有算法仅针对随即拓扑的虚网请求进行研究。

虚拟网络映射的实现过程可以分为两个步骤：节点映射和链路映射。现有的主要方法是使用贪婪算法进行节点映射，使用K最短路径算法进行链路映射。系统以时间窗为单位，一个时间窗内的所有虚拟网络请求将按照其收入(Revenue)排序，从规模最大的请求开始进行映射。若映射成功，则更新底层物理网络状态；若失败，则将请求放入等待队列；或直接拒绝该请求。

其中，对每个虚拟网络请求的映射步骤如下：

首先进行节点映射：对虚拟网络请求中的每个虚网节点(V_node)，使用贪婪算法寻找拥有最大剩余资源(Available Resource，AR)的底层物理网节点(S_node)；若该S_node满足该V_node的CPU限制，则该V_node映射成功；若对某V_node，没有满足要求的S_node，则节点映射失败；若所有V_node映射成功，则节点映射完成。

节点映射完成后进行链路映射：对虚拟网络请求中的每条虚网链路(V_link)，确定其两端点V_node1、V_node2映射至底层物理网络中的S_node1、S_node2；使用K最短路径算法寻找S_node1、S_node2之间的第1-K条最短路径；若其中某条路径满足该V_link的带宽要求，则该V_link映射成功；若所有K条路径均不满足带宽要求，则链路映射失败；若所有V_link映射成功，则链路映射完成。

在现阶段的虚拟网络映射算法中，仅考虑了随机拓扑的虚网请求，而在实际应用中，虚网请求往往是针对具体的需求而生成的，因此具有相应的拓扑结构。例如内容分发网络(CDN)一般是星型拓扑，交互式网络电视(IPTV)在进行多播分发时一般使用树型拓扑等等。由于没有考虑到使用拓扑信息对虚网映射算法进行专门优化，现有虚网映射算法对底层物理网络资源的利用率较低，即系统的支出(Cost)较高，收入支出比(Revenue/Cost)较低。

发明内容

本发明分析了虚网拓扑信息对虚网映射算法的影响，发现在虚网节点映射部分，如果可以针对不同的网络拓扑进行优化，则后续链路映射的复杂度可以大大简化，并可以提高底层物理网资源的利用率。