[发明专利]一种基于虚拟交换机的虚拟数据中心资源分配系统及方法

说明书

本发明属于资源优化分配技术领域，公开了一种基于虚拟交换机的虚拟数据中心资源分配系统及方法，提出实时处理和批处理两类资源分配模型及其对应的解决方案，具体包括：创建批处理模型，利用快速转换算法(TAFB)将批处理模型转化为实时处理模型；创建实时处理模型，利用快速启发式取整嵌入算法(FHRE)进行资源分配；使VDC嵌入问题可在多项式时间内找到次优解。本发明的在线模型和批量模型在确保嵌入解决方案在多项式时间内可行的同时，能够最大化云提供商的收入。本发明的算法提高了VDC请求的接受率和降低了虚拟链路的嵌入成本，InPs的利润被大幅提高；启发式算法充分利用了松弛解的信息，因此计算时间大幅降低。

技术领域

本发明属于资源优化分配技术领域，尤其涉及一种基于虚拟交换机的虚拟数据中心资源分配系统及方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：VDC技术能将虚拟资源与物理资源分离，因此允许多个VDC在同一物理数据中心(PDC)上运行。但是，由于PDC中物理资源总量的限制，PDC提供商(称为基础设施提供商，InPs)必须谨慎处理租户的请求。为了降低运营成本并获得更多利润，InPs必须决定接受哪些VDC请求(VDCRs)被接受，并为这些请求分配相应的资源。该资源分配问题通常被称为嵌入问题。VDC嵌入被认为是为未云计算的成功提供性能保证的关键技术。VDC嵌入问题对于InPs说非常重要，因为它决定了InPs的收入。VDC嵌入问题源于虚拟网络嵌入(VNE)问题。然而，与ISP网络中传统的VNE问题不同，VDC嵌入问题具有以下特点：(1)PDC和VDC由更多不同类型的网络元素、实体组成。(2)PDC和VDC有特殊的拓扑结构，例如fat-tree，BCube。(3)PDC和VDC具有良好的可扩展性。(4)PDC通常拥有冗余链路，可实现负载均衡。(5)因为PDC中的物理实体设备分布集中，所以VDC嵌入问题对位置和延迟不敏感。基于以上观察，传统的VNE解决方案不适用于VDC嵌入问题。因此有必要深入研究VDC嵌入问题。

目前，一些相关工作研究了VDC嵌入问题。但是，这些现有的工作并未充分考虑上述特征以及各种类型的资源。特别是在物理交换机(PSs)和物理机(PMs)上嵌入VSs。因为VSs具有灵活控制网络流的功能，所以在软件定义网络(SDN)领域被广泛地研究。SDN支持的交换机在工业领域被划分为两类：一种是基于软件实现，并集成到负责计算虚拟化的管理程序中；另一种是基于支持Openflow协议的硬件交换机(如Pica8，BigSwitch)。因此，在映射VSs时应同时考虑PMs和PSs。VSs嵌入问题及其可能的嵌入位置，提高了VDC嵌入问题的灵活性和可扩展性，以及PDC的利用率和VDCRs的接受率，并进一步提高了InP的利润。与此同时，它带了VDC嵌入问题建模的差异性，及不同的解决方案。

当前，许多租户并不满足单个的虚拟机的租用，许多大客户希望从数据中心租用多个虚拟机、虚拟交换机、带宽及其他虚拟网络功能(VirtualNetworkFuntions，VNF)，这形成了所谓的虚拟数据中心(VirtualDataCenter，VDC)。VDC嵌入被认为是为未云计算的成功提供性能保证的关键技术。但是，VDC嵌入问题是NP难的，其计算时间与VDC的数量和规模呈指数级增长。虽然近年，一些相关工作被提出以提高嵌入问题的效率，但是现有绝大多数工作忽略了虚拟交换机，尤其是将其嵌入在物理交换机上，从而导致物理资源的利用率降低。此外，大多数已有的相关工作，假设多个虚拟节点不能被嵌入到同一个物理节点上。这种假设进一步降低了数据中心的资源的利用率。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有虚拟数据中心的嵌入方案未充分考虑多类资源的分配，尤其是虚拟交换机的嵌入问题。其它技术方案并未考虑到虚拟交换机的多种嵌入位置(物理机和物理交换机)，也未对虚拟交换机独立进行讨论，导致物理资源的利用率降低。