本發(fā)明涉及一種無線虛擬網(wǎng)絡中的資源映射方法，屬于資源分配領域和無線虛擬網(wǎng)絡的協(xié)作計算機網(wǎng)絡技術領域。

背景技術：

虛擬網(wǎng)絡技術被視為構建新一代internet體系架構的重要技術。利用網(wǎng)絡虛擬化技術，服務提供商(sps)可以在同一個物理網(wǎng)絡上創(chuàng)建多個虛擬網(wǎng)絡，從而為用戶提供多樣化的可定制端到端服務。隨著現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡互聯(lián)技術的發(fā)展，無線網(wǎng)絡已逐漸成為未來internet的一種重要接入形式，如何解決無線網(wǎng)絡環(huán)境下的網(wǎng)絡虛擬化問題成為了越來越多學者們重點關注的問題之一。

目前已存在不少關于無線網(wǎng)絡虛擬化技術的研究，但這些研究旨在解決如何為虛擬網(wǎng)絡請求提供獨占的服務。事實上，一些虛擬網(wǎng)絡用戶并不總是需要使用他們預購的資源，這就造成了物理資源的浪費；此外，現(xiàn)有的研究方法在支持用戶服務質量(qos)和更多的承載多樣化業(yè)務等方面也存在嚴重不足。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠使物理資源得到充分利用、用戶服務質量得到保障的無線虛擬網(wǎng)絡中的資源映射方法。

本發(fā)明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發(fā)明設計了一種無線虛擬網(wǎng)絡中的資源映射方法，基于網(wǎng)絡架構所構建的虛擬網(wǎng)絡用戶模型，將虛擬網(wǎng)絡請求映射到物理網(wǎng)絡，包括如下步驟：

步驟1.將虛擬網(wǎng)絡請求上各個用戶的狀態(tài)分別模擬為離散時間馬爾可夫開-合過程，并獲得用戶開啟狀態(tài)下所要求網(wǎng)絡帶寬a，以及開啟概率α，然后進入步驟2；

步驟2.根據(jù)用戶開啟狀態(tài)下所要求網(wǎng)絡帶寬a，以及開啟概率α，計算虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲完全可用性帶寬bw^full，以及用戶所獲有限可用性帶寬bw^lim，然后進入步驟3；

步驟3.根據(jù)虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲完全可用性帶寬bw^full，以及用戶所獲有限可用性帶寬bw^lim，獲得虛擬網(wǎng)絡請求所對應的實際帶寬需求bw，然后進入步驟4；

步驟4.針對虛擬網(wǎng)絡用戶模型，分別計算各個物理節(jié)點所對應的可用資源，以及各個虛擬節(jié)點所對應的資源；然后按各自可用資源降序順序，針對各個物理節(jié)點進行排序，以及按各自資源降序順序，針對各個虛擬節(jié)點進行排序，進入步驟5；

步驟5.根據(jù)各個物理節(jié)點的排序，以及各個虛擬節(jié)點的排序，將各個虛擬節(jié)點映射到各個物理節(jié)點，并判斷是否映射成功，是則進入步驟6；否則待物理網(wǎng)絡中的資源釋放后，返回步驟4；

步驟6.基于各個虛擬節(jié)點到物理節(jié)點的映射，根據(jù)虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型，按預設規(guī)則，選取每條虛擬鏈路的最佳物理映射路徑，如無物理路徑滿足映射條件，則待物理網(wǎng)絡中物理資源釋放后，返回步驟4。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟2中，按如下過程，計算虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲完全可用性帶寬bw^full；

首先，根據(jù)用戶開啟狀態(tài)下所要求網(wǎng)絡帶寬a，以及開啟概率α，獲得滿足如下公式：

的表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶獲得完全可用性帶寬所對應活躍狀態(tài)用戶數(shù)，n表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶的總數(shù)，(1-δ1)表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶獲得完全可用性帶寬的概率；

然后，根據(jù)獲得虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲完全可用性帶寬bw^full。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟2中，按如下過程，計算虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲有限可用性帶寬bw^lim；

首先，根據(jù)用戶開啟狀態(tài)下所要求網(wǎng)絡帶寬a，以及開啟概率α，獲得滿足如下公式：

的表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶獲得有限可用性帶寬所對應活躍狀態(tài)用戶數(shù)，n表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶的總數(shù)，(1-δ2)表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶獲得有限可用性帶寬的概率；

然后，根據(jù)獲得虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲有限可用性帶寬bw^lim，其中，γ為衰減因子。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟3中，按如下公式：

bw＝max{bw^full,bw^lim}

獲得虛擬網(wǎng)絡請求所對應的實際帶寬需求bw。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟4中，針對虛擬網(wǎng)絡用戶模型，按如下公式：

分別計算各個物理節(jié)點所對應的可用資源ar(n^s)，其中，ar(n^s)表示某個物理節(jié)點n^s所對應的可用資源，rcpu(n^s)表示該物理節(jié)點n^s所對應的剩余計算能力，表示與該物理節(jié)點n^s直接相連的物理鏈路的集合，表示與該物理節(jié)點n^s直接相連物理鏈路集合中的某條物理鏈路，表示與該物理節(jié)點n^s直接相連物理鏈路集合中某條物理鏈路所對應的剩余帶寬資源。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟4中，針對虛擬網(wǎng)絡用戶模型，按如下公式：

分別計算各個虛擬節(jié)點所對應的資源ar(n^v)，其中，ar(n^v)表示某個虛擬節(jié)點n^v所對應的資源，cpu(n^v)表示該虛擬節(jié)點n^v所對應的計算能力，表示與該虛擬節(jié)點n^v直接相連的虛擬鏈路的集合，表示與該虛擬節(jié)點n^v直接相連虛擬鏈路集合中的某條虛擬鏈路，表示與該虛擬節(jié)點n^v直接相連虛擬鏈路集合中某條虛擬鏈路所對應的帶寬資源。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟6中，基于各個虛擬節(jié)點到物理節(jié)點的映射，根據(jù)虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型，按如下預設規(guī)則：

若虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型為吞吐量敏感型業(yè)務，則選取帶寬相對偏移度最小的物理映射路徑；

若虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型為分組丟失敏感型業(yè)務，則選取分組丟包率最小的物理映射路徑；

若虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型為時延敏感型業(yè)務，則選取時延最短的物理映射路徑；

如此，獲取每條虛擬鏈路的最佳物理映射路徑。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟6預設規(guī)則中，根據(jù)如下公式：

獲得物理映射路徑的帶寬相對偏移度bw(p^s)，其中，p^s表示滿足虛擬鏈路映射條件的某條物理路徑，表示p^s物理路徑包含的物理鏈路，表示物理路徑p^s中物理鏈路所對應的剩余帶寬資源。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟6預設規(guī)則中，根據(jù)如下公式：

獲得物理映射鏈路的分組丟包率loss(p^s)，其中，p^s表示滿足虛擬鏈路映射條件的某條物理路徑，表示p^s物理路徑包含的物理鏈路，表示物理路徑p^s中物理鏈路所對應的分組丟包率。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟6預設規(guī)則中，根據(jù)如下公式：

獲得物理映射鏈路的時延delay(p^s)，其中，p^s表示滿足虛擬鏈路映射條件的某條物理路徑，表示p^s物理路徑包含的物理鏈路，表示物理路徑p^s中物理鏈路所對應的時延。

本發(fā)明所述一種無線虛擬網(wǎng)絡中的資源映射方法采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：本發(fā)明設計的無線虛擬網(wǎng)絡中的資源映射方法，針對虛擬網(wǎng)絡用戶活躍的動態(tài)性，分析使用靈活級別的可用性向用戶提供服務等級協(xié)議(sla)，確保能剛好滿足虛擬網(wǎng)絡用戶的需求，達到一種“物盡其用”的狀態(tài)，提高了物理資源利用率；而且本發(fā)明還同時考慮了虛擬網(wǎng)絡請求業(yè)務的多樣性，使得用戶的服務質量(qos)得以保障，提高了網(wǎng)絡的整體滿意度。

附圖說明

圖1是虛擬網(wǎng)絡與物理網(wǎng)絡之間的映射關系示意圖；

圖2是本發(fā)明所設計無線虛擬網(wǎng)絡中的資源映射方法的概要流程示意圖；

圖3是本發(fā)明所設計無線虛擬網(wǎng)絡中的資源映射方法的實施具體流程示意圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

如圖1所示為虛擬網(wǎng)絡映射示意圖，本發(fā)明旨在將虛擬網(wǎng)絡請求映射到物理網(wǎng)絡。

如圖2所示，本發(fā)明所述的基于多業(yè)務的虛擬網(wǎng)絡映射算法流程分為兩部分：

(1)當一個虛擬請求網(wǎng)絡(vnrequest)到來時，包含滿足用戶需求的多個qos參數(shù)，通過服務等級協(xié)議(sla，servicelevelagreement)模塊的預處理，得到滿足當前請求要求的網(wǎng)絡帶寬以及分組丟包率和時延的大小。系統(tǒng)必須保證分配給虛擬網(wǎng)絡的資源至少符合sla預處理計算得到的結果，以滿足用戶需求。

(2)根據(jù)sla預處理計算所得的結果和虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型，多業(yè)務映射(vne-ms，virtualnetworkembeddingbasedonmulti-service)單元為虛擬網(wǎng)絡分配最佳的映射路徑，以實現(xiàn)多業(yè)務qos保障的同時降低底層網(wǎng)絡的運營成本。

本發(fā)明所述的技術方案采用無向帶權圖表示物理網(wǎng)絡和虛擬網(wǎng)絡。

(1)物理網(wǎng)絡模型

無線物理網(wǎng)絡用帶權值無向圖g^s＝(n^s,l^s)表示，其中n^s表示底層節(jié)點的集合，l^s表示底層鏈路的集合，并把l^s中鏈路組成的路徑記為p^s。對于每個物理節(jié)點n^s∈n^s，cpu(n^s)表示該物理節(jié)點的計算能力。每條物理鏈路表示物理節(jié)點與物理節(jié)點之間的物理鏈路，它包含bw(l^s)、loss(l^s)和delay(l^s)三個屬性，分別表示物理鏈路上的帶寬資源、分組丟包率和時延的大小。

(2)虛擬網(wǎng)絡模型

無線虛擬網(wǎng)絡用帶權重的無向圖g^v＝(n^v,l^v)表示，其中n^v表示底層節(jié)點的集合，l^v表示底層鏈路的集合。對于每個虛擬節(jié)點n^v∈n^v，cpu(n^v)表示該虛擬節(jié)點的計算能力。每條虛擬鏈路表示虛擬節(jié)點與虛擬節(jié)點之間的虛擬鏈路，它包含bw(l^v)、loss(l^v)和dalay(l^v)三個屬性，分別表示虛擬鏈路上的帶寬資源、分組丟包率和時延，由sla預處理得到。

本發(fā)明為了解決虛擬請求網(wǎng)絡的多業(yè)務情形，根據(jù)3gpp和itu-t中對于業(yè)務的吞吐量、時延、抖動、分組丟失率的相關指導性規(guī)定，將目前的主體網(wǎng)絡業(yè)務分為三大類：

(1)吞吐量敏感型(視頻流業(yè)務)

這類業(yè)務對分組丟失、時延沒有嚴格的要求。以vod為例，如一個用戶在觀看網(wǎng)上直播，若一幀圖像丟掉了或是延遲1s到達，對用戶來說仍然是可以接受的。但視頻這類業(yè)務具有流量大、實時性、相關性等特點，因此傳輸過程中需要高帶寬。

(2)分組丟失敏感型(下載數(shù)據(jù)業(yè)務)

數(shù)據(jù)業(yè)務具有高離散性的特點，它可以容忍一定的時延，但是對業(yè)務傳遞的可靠性要求非常高，分組丟失率、誤碼率是其最重要的指標。

(3)時延敏感型(話音業(yè)務)

話音業(yè)務要求時延很小，不能超過150ms，并具有固定的傳輸速率，當其時延超過500ms，即便此項服務的提供費用為0，對用戶來說都是不可接受的，因為時延會造成話音的變聲、變調等。

以上三種業(yè)務類型分別對寬帶、分組丟失率和時延提出了要求，為方便描述，本方案用s1、s2、s3分別表示這三種業(yè)務類型。

如圖3所示，本發(fā)明所設計無線虛擬網(wǎng)絡中的資源映射方法，基于網(wǎng)絡架構所構建的虛擬網(wǎng)絡用戶模型，將虛擬網(wǎng)絡請求映射到物理網(wǎng)絡，實際應用過程當中，具體包括如下步驟：

步驟1.將虛擬網(wǎng)絡請求上各個用戶的狀態(tài)分別模擬為離散時間馬爾可夫開-合過程，并獲得用戶開啟狀態(tài)下所要求網(wǎng)絡帶寬a，以及開啟概率α，然后進入步驟2。

步驟2.根據(jù)用戶開啟狀態(tài)下所要求網(wǎng)絡帶寬a，以及開啟概率α，計算虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲完全可用性帶寬bw^full，以及用戶所獲有限可用性帶寬bw^lim，然后進入步驟3。

虛擬請求網(wǎng)絡的qos參數(shù)包括有：虛擬網(wǎng)絡請求上用戶獲得完全可用性帶寬的概率(1-δ1)；虛擬網(wǎng)絡請求上用戶獲得有限可用性帶寬的概率(1-δ2)；衰減因子γ，相比于完全可用性用戶提供給有限可用性用戶的能力因子。完全可用性表示分配的帶寬至少等于所請求的帶寬；有限可用性表示分配的帶寬小于或等于所請求的寬度但仍然大于或等于請求的帶寬的γ倍，因此δ≥ε。如果ε＝0，虛擬網(wǎng)絡將會嚴格提供完全可用性和有限可用性兩種狀態(tài)。

上述步驟2中，按如下過程，計算虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲完全可用性帶寬bw^full。

基于即用戶獲得完全可用帶寬的概率必須大于1-δ1，則執(zhí)行如下操作，其中，(1-δ1)表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶獲得完全可用性帶寬的概率，qⁿ表示虛擬網(wǎng)絡請求上第n個用戶的帶寬要求。

首先，根據(jù)用戶開啟狀態(tài)下所要求網(wǎng)絡帶寬a，以及開啟概率α，獲得滿足如下公式：

的表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶獲得完全可用性帶寬所對應活躍狀態(tài)用戶數(shù)，n表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶的總數(shù)。

然后，根據(jù)獲得虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲完全可用性帶寬bw^full。

同樣基于執(zhí)行如下操作。

計算虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲有限可用性帶寬bw^lim，其中，(1-δ2)表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶獲得有限可用性帶寬的概率。

首先，根據(jù)用戶開啟狀態(tài)下所要求網(wǎng)絡帶寬a，以及開啟概率α，獲得滿足如下公式：

的表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶獲得有限可用性帶寬所對應活躍狀態(tài)用戶數(shù)，n表示虛擬網(wǎng)絡請求上用戶的總數(shù)。

然后，根據(jù)獲得虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲有限可用性帶寬bw^lim，其中，γ為衰減因子。

事實上，bw^full≥bw^lim并不總是成立，當γ接近1，且ε遠小于δ時，bw^full≤bw^lim。為同時滿足完全可用性和有限可用性的要求，因此分配帶寬必須選取bw^full和bw^lim中較大的，執(zhí)行如下步驟3。

步驟3.根據(jù)虛擬網(wǎng)絡請求上用戶所獲完全可用性帶寬bw^full，以及用戶所獲有限可用性帶寬bw^lim，按如下公式：

bw＝max{bw^full,bw^lim}

獲得虛擬網(wǎng)絡請求所對應的實際帶寬需求bw，然后進入步驟4。

步驟4.針對虛擬網(wǎng)絡用戶模型，分別計算各個物理節(jié)點所對應的可用資源ar(n^s)，以及各個虛擬節(jié)點所對應的資源ar(n^v)；然后按各自可用資源降序順序，針對各個物理節(jié)點進行排序，以及按各自資源降序順序，針對各個虛擬節(jié)點進行排序，進入步驟5。

上述步驟4具體操作為，針對虛擬網(wǎng)絡用戶模型，按如下公式：

分別計算各個物理節(jié)點所對應的可用資源ar(n^s)，其中，ar(n^s)表示某個物理節(jié)點n^s所對應的可用資源，rcpu(n^s)表示該物理節(jié)點n^s所對應的剩余計算能力，表示與該物理節(jié)點n^s直接相連的物理鏈路的集合，表示與該物理節(jié)點n^s直接相連物理鏈路集合中的某條物理鏈路，表示與該物理節(jié)點n^s直接相連物理鏈路集合中某條物理鏈路所對應的剩余帶寬資源。

以及針對虛擬網(wǎng)絡用戶模型，按如下公式：

分別計算各個虛擬節(jié)點所對應的資源ar(n^v)，其中，ar(n^v)表示某個虛擬節(jié)點n^v所對應的資源，cpu(n^v)表示該虛擬節(jié)點n^v所對應的計算能力，表示與該虛擬節(jié)點n^v直接相連的虛擬鏈路的集合，表示與該虛擬節(jié)點n^v直接相連虛擬鏈路集合中的某條虛擬鏈路，表示與該虛擬節(jié)點n^v直接相連虛擬鏈路集合中某條虛擬鏈路所對應的帶寬資源。

步驟5.根據(jù)各個物理節(jié)點的排序，以及各個虛擬節(jié)點的排序，將各個虛擬節(jié)點映射到各個物理節(jié)點，并判斷是否映射成功，是則進入步驟6；否則待物理網(wǎng)絡中的資源釋放后，返回步驟4。

步驟6.基于各個虛擬節(jié)點到物理節(jié)點的映射，根據(jù)虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型，按預設規(guī)則，選取每條虛擬鏈路的最佳物理映射路徑，如無物理路徑滿足映射條件，則待物理網(wǎng)絡中物理資源釋放后，返回步驟4。

上述步驟6中，基于各個虛擬節(jié)點到物理節(jié)點的映射，根據(jù)虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型，按如下預設規(guī)則：

若虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型為吞吐量敏感型業(yè)務，則選取帶寬相對偏移度最小的物理映射路徑；其中，根據(jù)如下公式：

獲得物理映射路徑的帶寬相對偏移度bw(p^s)，其中，p^s表示滿足虛擬鏈路映射條件的某條物理路徑，表示p^s物理路徑包含的物理鏈路，表示物理路徑p^s中物理鏈路所對應的剩余帶寬資源。

若虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型為分組丟失敏感型業(yè)務，則選取分組丟包率最小的物理映射路徑；其中，根據(jù)如下公式：

獲得物理映射鏈路的分組丟包率loss(p^s)，其中，p^s表示滿足虛擬鏈路映射條件的某條物理路徑，表示p^s物理路徑包含的物理鏈路，表示物理路徑p^s中物理鏈路所對應的分組丟包率。

若虛擬網(wǎng)絡請求的業(yè)務類型為時延敏感型業(yè)務，則選取時延最短的物理映射路徑；其中，根據(jù)如下公式：

獲得物理映射鏈路的時延delay(p^s)，其中，p^s表示滿足虛擬鏈路映射條件的某條物理路徑，表示p^s物理路徑包含的物理鏈路，表示物理路徑p^s中物理鏈路所對應的時延。

如此，獲取每條虛擬鏈路的最佳物理映射路徑。

針對上述節(jié)點映射和鏈路映射中，每一個虛擬網(wǎng)絡請求(vnrequest)都是動態(tài)地到達、停留然后在完成服務的時候離開。當一個虛擬網(wǎng)絡請求(vnrequest)達到時，如遇到物理網(wǎng)絡資源可以滿足虛擬網(wǎng)絡請求(vnrequest)，則物理網(wǎng)絡從自身的節(jié)點和鏈路中為虛擬網(wǎng)絡請求(vnrequest)選擇一系列滿足要求的節(jié)點和路徑；如遇到物理資源不能滿足虛擬網(wǎng)絡請求(vnrequest)的情況，則結束映射，并將該虛擬網(wǎng)絡請求(vnrequest)放入等待隊列，待資源得到釋放再重新映射。

上面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。