在線多播虛擬網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多播虛擬網(wǎng)絡(luò)（MulticastVirtual化twork,MVN)技術(shù)，具體涉及一 種在線多播虛擬網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 互聯(lián)網(wǎng)在定義當(dāng)今世界中獲取并交換信息方式的模型上取得了巨大的成功。在過 去的H十年中，互聯(lián)網(wǎng)通過支持大批分散的應(yīng)用W及大量不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，證實了自身結(jié) 構(gòu)的價值。然而，互聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用也成為了其進一步發(fā)展的最大阻礙，由于其多供應(yīng)商的 特性，在互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中加入新的結(jié)構(gòu)或調(diào)整需要獲得所有運營商的共同認(rèn)可，從而 使得現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到限制只能夠進行遲緩簡單的更新，而無法進行迅速的變革。網(wǎng)絡(luò) 虛擬化作為解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)僵化問題的技術(shù)手段，近年來受到了國內(nèi)外未來網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究 的廣泛關(guān)注。網(wǎng)絡(luò)虛擬化的優(yōu)勢之一是支持多個異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)共享物理基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò) 虛擬化技術(shù)其本質(zhì)是通過抽象、分配、隔離機制在一個公共物理網(wǎng)絡(luò)上獨立地運營多個虛 擬網(wǎng)，從而能夠有選擇性地進行最佳的資源分配與調(diào)度。
[0003] 網(wǎng)絡(luò)虛擬化的目的就是實現(xiàn)分布式虛擬資源的廣泛共享，因此虛擬資源映射是網(wǎng) 絡(luò)虛擬化技術(shù)需要實現(xiàn)的重要功能。虛擬資源映射算法作為網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的關(guān)鍵問題之 一，它實現(xiàn)了將用戶的虛擬網(wǎng)絡(luò)請求合理地映射至底層物理網(wǎng)絡(luò)的物理資源上的過程，其 中如何高效分配物理網(wǎng)絡(luò)資源W滿足各虛擬網(wǎng)絡(luò)的鏈路帶寬和節(jié)點性能要求，是虛擬資源 映射問題的關(guān)鍵。
[0004] 眾所周知網(wǎng)絡(luò)間的通信有單播、多播、廣播等形式，其中多播已在許多需要高QoS 的實時性應(yīng)用中被廣泛使用，多播情況下的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題可W先轉(zhuǎn)化成在下層網(wǎng)絡(luò)中 尋找多播子網(wǎng)。啟發(fā)式算法是解決虛擬資源映射問題的常用方法，其在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上定義函 數(shù)h(n)，用于評估從此節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點最便宜的路徑。算法中包含節(jié)點資源分配和鏈路資 源分配兩部分。節(jié)點資源分配是指；根據(jù)虛擬節(jié)點的約束條件，將底層節(jié)點的資源分配給虛 擬節(jié)點。鏈路資源分配是指：根據(jù)虛擬鏈路的源節(jié)點和宿節(jié)點被映射的底層節(jié)點、W及虛擬 鏈路的約束條件，將底層網(wǎng)絡(luò)的一條底層鏈路或者多條底層鏈路的資源分配給虛擬鏈路。
[0005] 網(wǎng)絡(luò)虛擬化中有很多關(guān)于在線虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方法的研究，W-StoVNM算法就是一種 在線的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的方法。該方法在將底層網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點和帶寬資源分配給動態(tài)到來的每 個虛擬網(wǎng)絡(luò)請求時，使用了負(fù)載均衡策略和動態(tài)的鏈路帶寬資源請求策略。雖然該方法能 夠?qū)崿F(xiàn)在線虛擬網(wǎng)絡(luò)的映射，然而送個方法是針對單播虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題而提出的。在實 際應(yīng)用中，存在大量的多播虛擬網(wǎng)絡(luò)映射需求，而上述方法因無法兼顧多播虛擬網(wǎng)絡(luò)映射 的各種特殊性約束，比如時延，時延抖動等，而不能適用于多播虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題。同時，該 方法在實現(xiàn)在線虛擬網(wǎng)絡(luò)的映射時，使用的是傳統(tǒng)的負(fù)載均衡策略。傳統(tǒng)的負(fù)載均衡策略 只考慮了在當(dāng)前時刻的負(fù)載均衡，而沒有考慮郝些即將被釋放的底層網(wǎng)絡(luò)資源。因此傳統(tǒng) 的負(fù)載均衡策略可能使得在當(dāng)前時刻底層網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載是均衡的，但是下一個業(yè)務(wù)到達的時 候就可能變得不均衡了。比如，雖然當(dāng)前時刻底層網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載是均衡的，但是在下一業(yè)務(wù)到 達前，由于底層網(wǎng)絡(luò)上某個區(qū)域可能會釋放大量資源，就會造成區(qū)域輕載或空載的情況。
[0006] 針對多播虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題，也有很多相應(yīng)方法的研究。VMNDDVCM算法是一種常 見的解決多播虛擬網(wǎng)絡(luò)的映射方法，該方法綜合考慮了多播虛擬網(wǎng)絡(luò)的特殊性，引入了多 播網(wǎng)絡(luò)的時延和時延抖動的特性，通過引入窗口滑動機制解決了映射過程中的時延抖動約 束，采用枚舉策略尋找滿足約束的最優(yōu)多播樹W完成映射，保證了最優(yōu)的映射成本。雖然該 方法能夠?qū)崿F(xiàn)多播虛擬網(wǎng)絡(luò)映射，但是映射不成功就直接拒絕該請求，然而在線多播虛擬 網(wǎng)絡(luò)請求通常不是在同一時間到來的，也就意味著兩個多播虛擬網(wǎng)絡(luò)請求之間的空閑時間 可能不為零，但是上述方法并沒有有效利用空閑時間去映射被阻塞的請求。即無法降低映 射的阻塞率和提高底層網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。另外，該方法在完成映射時采用了枚舉的機制， 雖然保證了映射結(jié)果的最優(yōu)，但是算法復(fù)雜度較高、收斂速度太慢，尤其不能適用于較大規(guī) 模的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是；在考慮底層網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡和MVN請求的最大等待 時間的情況下，如何將底層網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點和帶寬資源分配給動態(tài)到來的每個多播虛擬網(wǎng)絡(luò)請 求，提高MVN請求的映射成功率和底層網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。
[0008] 本發(fā)明的在線多播虛擬網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法，包括下列步驟：
[0009] 接收并存儲MVN請求；基于各MVN請求的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建并存儲關(guān)于當(dāng)前MVN 請求的各虛擬節(jié)點的二層生成樹，并記錄各MVN請求的到達時間和生存時間；
[0010] 基于當(dāng)前物理網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)資源信息，在滿足負(fù)載均衡的條件下為當(dāng)前接收的MVN 請求的各虛擬節(jié)點映射物理節(jié)點，若映射失敗，則將當(dāng)前MVN請求存入等待隊列中，否則輸 出映射表；
[0011] 系統(tǒng)空閑時，為等待隊列中的MVN請求進行映射處理；若當(dāng)前MVN請求的最大等待 時間（所述最大等待時間為MVN請求的生存時間與存儲時間的差，存儲時間為當(dāng)前系統(tǒng)時 間與到達時間的差）小于零，則拒絕所述MVN請求；否則，基于當(dāng)前物理網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)資源信 息，在滿足負(fù)載均衡的條件下為所述MVN請求的各虛擬節(jié)點映射物理節(jié)點，若映射失敗，貝U 將當(dāng)前MVN請求存入等待隊列中，否則輸出映射表。
[0012] 在現(xiàn)有技術(shù)中個，系統(tǒng)在接收到MVN請求后，在滿足負(fù)載均衡的條件下為當(dāng)前接 收的MVN請求的各虛擬節(jié)點映射物理節(jié)點，若映射失敗，即不存在滿足負(fù)載均衡的物理節(jié) 點，則直接拒絕當(dāng)前MVN請求，然而生存時間較長的MVN請求通常是可W忍受一部分時間的 等待或者延遲服務(wù)的，對于最大等待時間不為零的情況，因此本發(fā)明在處理該MVN請求時， 如果送個MVN請求由于底層網(wǎng)絡(luò)資源不足而映射失敗被阻塞，就將它加入等待隊列中，而 不是直接拒絕送個MVN請求。當(dāng)系統(tǒng)處于空閑時，就再次處理等待隊列中的MVN請求，如果 等待隊列中的MVN請求的等待時間還沒有結(jié)束就再次映射送個請求，如果MVN請求的等待 時間結(jié)束了就拒絕該MVN請求。本發(fā)明的使得被阻塞的MVN請求，在不影響下一個到達的 MVN請求的情況下，有更多的機會被接受，從而提高MVN請求的映射成功率和底層網(wǎng)絡(luò)的資 源利用率。
[0013] 進一步的，本發(fā)明對現(xiàn)有的負(fù)載均衡的條件進行了改進，若當(dāng)前虛擬節(jié)點為MVN 請求的根節(jié)點，則為：
[001引其中成表示當(dāng)前物理網(wǎng)絡(luò)的物理節(jié)點集合，^表示集合成的元素，\表示映射到 物理節(jié)點^上的當(dāng)前MVN請求的節(jié)點集合，n,表示集合為的元素，e(r0表示虛擬節(jié)點n, 的資源需求容量；n。表示預(yù)設(shè)時間T后，所釋放的映射到物理節(jié)點n,上的虛擬節(jié)點（即從當(dāng) 前時刻其到時間周期T后，郝些最大等待時間為0的MVN請求的各虛擬節(jié)點），表示關(guān)于 虛擬節(jié)點n。的集合，e(n。）表示虛擬節(jié)點n。的資源需求容量；C(r0表示物理節(jié)點n,的節(jié) 點個數(shù)，IAdj(r0I表示與物理節(jié)點n,鄰接的鏈路集合Adj(r0的元素個數(shù)，.成表示Adj(r0 中所有鏈路的可用帶寬資源；
[0016]若當(dāng)前虛擬節(jié)點為MVN請求的葉子節(jié)點，則為：
[0018] 其中e,表示物理鏈路，氏表示當(dāng)前物理網(wǎng)絡(luò)的物理鏈路集合，b(ej表示鏈路e, 的可用帶寬資源，A表示映射到物理鏈路e,上的MVN請求的鏈路集合，i表示集合A的標(biāo) 識，Xi表示各集合化的元素個數(shù)，心，表示預(yù)設(shè)時間T后，所離開的MVN請求的鏈路集合，j 表示集合0T,的標(biāo)識，Xj表示各集合的元素個數(shù)。
[0019] 本發(fā)明改進后的負(fù)載均衡條件與傳統(tǒng)的負(fù)載均衡條件：
相比，在對當(dāng)前MVN請求 的根節(jié)點進行物理節(jié)點映射時，將整個區(qū)域的負(fù)載均衡考慮在了其中；在對當(dāng)前MVN請求 的各葉子節(jié)點進行物理節(jié)點映射時，先把將在下一個周期T(具體取值可根據(jù)實際應(yīng)用需 求自行設(shè)定，例如將預(yù)設(shè)時間T為當(dāng)前連續(xù)到達的各MVN請求的相鄰到達時間差的均值） 釋放的底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點資源和鏈路資源從正在占用的資源中減去，再進行負(fù)載均衡，使得負(fù) 載均衡的結(jié)果不僅考慮了底層網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前時刻的均衡，同時也考慮下一周期底層網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載 情況，從而避免傳統(tǒng)的負(fù)載均衡策略下，在下一業(yè)務(wù)到達之時出現(xiàn)區(qū)域輕載或空載的情況， 通常某些區(qū)域輕載或空載往往會造成另一些區(qū)域出現(xiàn)資源緊缺的情況。因此，在映射新到 來的MVN請求時，雖然可能有一些節(jié)點和鏈路可W提供大量的資源，但是可能會因為能夠 提供資源的節(jié)點和鏈路的數(shù)量不足而映射失敗，本發(fā)明改進后的負(fù)載均衡條件能有效避免 上述情況，下一個MVN請求到來時，由于底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和鏈路資源是均衡的，就會有更多數(shù) 量的節(jié)點和鏈路為MVN請求提供資源，從而提高映射成功的可能性。
[0020] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是；在線多播虛擬網(wǎng)絡(luò)的 資源分配的成功率高：在最大等待時間內(nèi)的各MVN請求得到可能不止一次的物理節(jié)點映射 集合，增加了MVN請求被接受的可能性。同時基于本發(fā)明改進后的負(fù)載均衡條件