一种电能感知的跨域虚拟网络映射方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种电能感知的跨域虚拟网络映射方法及其系统，包括步骤：对每一个物理路由节点计算为映射该虚拟路由节点所产生的电能开销，并结合每一个物理路由节点的度以及带宽资源得出每一个该物理路由节点的NR优先权，并将该虚拟路由节点映射到具有最高NR优先权的该物理路由节点上；对物理宿主节点集合中的每一个物理宿主节点计算其资源利用率的平均分布值，并将虚拟宿主节点映射到具有最小资源利用率的平均分布值的该物理宿主节点上。本发明能在跨域虚拟网络映射的过程中，保持物理网络长期运营收益的同时降低物理网络的电能开销。
【专利说明】一种电能感知的跨域虚拟网络映射方法及其系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机网络领域的网络虚拟化【技术领域】，尤其涉及一种电能感知的跨 域虚拟网络映射方法及其系统。
【背景技术】
[0002] Internet已成为支撑现代社会经济发展和科技创新的重要信息基础设施。然而， 其在安全性、移动性和服务质量等方面却仍然面临着严峻的技术挑战。由于Internet的巨 大成功，研究人员在应对上述挑战时多以修补的方式进行解决。这种思路严重阻碍了创新 型的网络架构与技术的产生、部署和评估，从而很难在根本上解决当前互联网本身固有的 问题。
[0003] 近年来网络虚拟化技术受到了工业界和学术界的广泛关注。网络虚拟化技术允许 在共享的物理网络基础设施之上共存多重异构的虚拟网络。每一个虚拟网络是物理网络的 一份资源片，它由虚拟节点（例如，虚拟路由器）和虚拟链路组成。每个虚拟网络可以在指 定的拓扑中运行个性化的路由协议。因此，网络虚拟化技术使在不影响现有网络的前提下 部署新的网络架构、协议以及应用成为可能，从而有效地支持网络技术的创新。它不仅提供 了一条由当前互联网向未来网络演进的可行途径，而且是未来互联网应具备的关键特性之 〇
[0004] 在网络虚拟化环境中，基础设施提供商管理运营物理网络，服务提供商向基础设 施提供商提出租赁虚拟网络的请求。将带有节点和链路资源约束条件的虚拟网络请求映射 到物理网络上的问题被称为虚拟网络映射问题。作为网络虚拟化领域的关键问题之一，该 问题已经受到了学术界和工业界的普遍关注。现有的成果主要关注于如何设计高效的虚 拟网络映射算法以映射更多的虚拟网络请求，从而提高基础设施提供商的收益，忽略了物 理网络的能耗问题。然而，据统计，能耗开销在网络运营商的运营成本中的比例已经达到 50%。因此，研究如何在保持物理网络运营收益的同时，降低物理网络能耗的问题，对于基 础设施提供商而言，具有重大意义。另外，研究成果还符合国家绿色经济的战略需求，具有 广阔的应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或 者可通过实践本发明而学习。
[0006] 为克服现有技术的问题，本发明提供一种电能感知的跨域虚拟网络映射方法及其 系统，在跨域虚拟网络映射的过程中，能在保持物理网络长期运营收益的同时，降低物理网 络的电能开销。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0008] 根据本发明的一个方面，提供一种电能感知的跨域虚拟网络映射方法，包括将虚 拟节点映射到物理节点上以及将虚拟链路映射到物理链路上，其特征在于：
[0009] 在将该虚拟节点映射到该物理节点上时，要将该虚拟节点中的虚拟路由节点、虚 拟宿主节点分别映射到该物理节点中相应的物理路由节点、物理宿主节点上；其中：
[0010] 将该虚拟路由节点映射到相应的该物理路由节点上时，包括步骤：
[0011]A1、构建物理路由节点列表，该物理路由节点列表中的每一个物理路由节点均能 满足该虚拟路由节点的节点需求；
[0012] A2、对每一个该物理路由节点计算为映射该虚拟路由节点所产生的电能开销，并 结合每一个该物理路由节点的度以及带宽资源得出每一个该物理路由节点的NR优先权；
[0013] A3、将该虚拟路由节点映射到具有最高NR优先权的该物理路由节点上；
[0014] 将该虚拟宿主节点映射到相应的该物理宿主节点上时，包括步骤：
[0015]B1、寻找所有该虚拟路由节点映射到的该物理路由节点所连接的物理宿主节点集 合；
[0016] B2、对该物理宿主节点集合中的每一个物理宿主节点计算其资源利用率的平均分 布值；
[0017] B3、将该虚拟宿主节点映射到具有最小资源利用率的平均分布值的该物理宿主节 点上。
[0018] 根据本发明的一个实施例，该步骤A2具体包括：
[0019] 当映射虚拟路由节点r时，利用公式
【权利要求】
1. 一种电能感知的跨域虚拟网络映射方法，包括将虚拟节点映射到物理节点上以及将 虚拟链路映射到物理链路上，其特征在于： 在将所述虚拟节点映射到所述物理节点上时，要将所述虚拟节点中的虚拟路由节点、 虚拟宿主节点分别映射到所述物理节点中相应的物理路由节点、物理宿主节点上；其中： 将所述虚拟路由节点映射到相应的所述物理路由节点上时，包括步骤： Al、构建物理路由节点列表，所述物理路由节点列表中的每一个物理路由节点均能满 足所述虚拟路由节点的节点需求； A2、对每一个所述物理路由节点计算为映射所述虚拟路由节点所产生的电能开销，并 结合每一个所述物理路由节点的度以及带宽资源得出每一个所述物理路由节点的NR优先 权； A3、将所述虚拟路由节点映射到具有最高NR优先权的所述物理路由节点上； 将所述虚拟宿主节点映射到相应的所述物理宿主节点上时，包括步骤： Bl、寻找所有所述虚拟路由节点映射到的所述物理路由节点所连接的物理宿主节点集 合； B2、对所述物理宿主节点集合中的每一个物理宿主节点计算其资源利用率的平均分布 值； B3、将所述虚拟宿主节点映射到具有最小资源利用率的平均分布值的所述物理宿主节 点上。
2. 根据权利要求1所述电能感知的跨域虚拟网络映射方法，其特征在于，所述步骤A2 具体包括： 当映射虚拟路由节点r时，利用公式和
对每一个物理路由节点i计算为映射所述虚 拟路由节点所产生的电能开销；其中PriU)表示物理路由节点i所在区域在当前时间窗口t的电价，Pfix表不物理路由节点的底盘等器件在内的固定能耗，P1。表不线卡的能耗，Pptjrt表 示每个端口的能耗，L和P分别表示线卡以及端口的数量，PSi =O表示物理路由节点处于 inactive状态，otherwise表示物理路由节点处于active状态； 对所述物理路由节点列表中的所有物理路由节点按其对应的所述电能开销的大小进 行升序排序，并用NRE(i)表不物理路由节点i在所述升序排序中的序号； 利用Noderank节点度量方法计算所述物理路由节点列表中的所有物理路由节点的Noderank值，用于表示每一个所述物理节点的度以及带宽资源，并根据所述Noderank值对 所述物理路由节点进行从大到小的排序，使用NRK(i)代表物理路由节点i在该排序中的序 号； 利用公式NR=aNRE(i) + (l-a)NRK(i)得出每一个所述物理路由节点的NR优先权，其 中a满足条件〇 <a< 1。
3. 根据权利要求1所述电能感知的跨域虚拟网络映射方法，其特征在于，将所述虚拟 路由节点映射到相应的所述物理路由节点上时，还包括步骤A4 :若在步骤A3中映射成功， 则将所述虚拟路由节点映射到的具有最高NR优先权的所述物理路由节点进行标记，所述 物理路由节点列表中不包括已进行标记的物理路由节点。
4. 根据权利要求1所述电能感知的跨域虚拟网络映射方法，其特征在于，在所述步骤 B2中，利用公式& =G-鲈+ (% - ^ + (d'.)2 +⑷-狀对所述物理宿主节点集J V 4 合中的每一个物理宿主节点j计算其资源利用率的平均分布值；其中，和&分别表示 将所述虚拟宿主节点预映射到j之后的可用CPU资源、可用内存资源和可用硬盘存储资源； Bj表示将所述虚拟宿主节点所连接的链路Ih预映射到j所连接的链路h之后的可用带宽 资源；Uj表示物理宿主节点j的资源平均利用率，Uj =((：」+Μ」+5」+Β」)/4。
5. 根据权利要求1所述电能感知的跨域虚拟网络映射方法，其特征在于，将所述虚拟 宿主节点映射到相应的所述物理宿主节点上时，还包括步骤M:若在步骤B3中映射成功， 则将所述虚拟宿主节点映射到的具有最小资源利用率的平均分布值所述物理宿主节点上 进行标记，所述步骤Bl中的物理宿主节点集合中不包括已进行标记的物理宿主节点。
6. 根据权利要求1所述电能感知的跨域虚拟网络映射方法，其特征在于，在将所述虚 拟链路映射到所述物理链路上时，包括步骤： CU根据弗洛伊德算法预先计算出每两个物理路由节点之间的距离； C2、从两个物理宿主节点之间寻找距离长度在[LEN，MAXLEN]之内的能够满足所述虚 拟链路带宽需求的所有物理链路的集合，其中LEN为任意两个物理节点间的最短路径的条 数矩阵，MXLEN为虚拟链路所映射到的物理无环路径能接受的最大的跳数； C3、使用未开启的节点和端口数量加权的方法计算所述集合中所有物理链路的优劣加 权值； C4、将所述虚拟链路映射到具有最小优劣加权值的路径上。
7. 根据权利要求6所述电能感知的跨域虚拟网络映射方法，其特征在于，在所述步骤 C3中，利用公式L=βNf+(l-β)Np，计算所述集合中所有物理链路的优劣加权值；其中，Nf 和&分别表示当前评估路径上未开启转发节点以及未开启端口的数量，β表示一个未开启 转发节点的能耗和一个未开启端口的能耗的比重。
8. -种电能感知的跨域虚拟网络映射系统，包括将虚拟节点映射到物理节点上的节点 映射单元以及将虚拟链路映射到物理链路上的链路映射单元，其特征在于 ： 所述节点映射单元由路由节点映射子单元与宿主节点映射子单元组成，分别用于将所 述虚拟路由节点映射到相应的所述物理路由节点与将所述虚拟宿主节点映射到相应的所 述物理宿主节点上；其中： 所述路由节点映射子单元包括： 列表构建模块，用于构建物理路由节点列表，所述物理路由节点列表中的每一个物理 路由节点均能满足所述虚拟路由节点的节点需求； 优先权计算模块，用于对每一个所述物理节点计算为映射所述虚拟路由节点所产生的 电能开销，并结合每一个所述物理节点的度以及带宽资源得出每一个所述物理路由节点的 NR优先权； 路由节点映射模块，用于将所述虚拟路由节点映射到具有最高NR优先权的所述物理 路由节点上； 所述宿主节点映射子单元包括： 宿主节点集合寻找模块，用于寻找所有所述虚拟路由节点映射到的所述物理路由节点 所连接的物理宿主节点集合； 资源利用率的平均分布值计算模块，用于对所述物理宿主节点集合中的每一个物理宿 主节点计算其资源利用率的平均分布值； 宿主节点映射模块，用于将所述虚拟宿主节点映射到具有最小资源利用率的平均分布 值所述物理宿主节点上。
9. 根据权利要求8所述电能感知的跨域虚拟网络映射系统，其特征在于，所述节点映 射单元中还包括标记模块，用于将所述虚拟路由节点成功映射到的具有最高NR优先权的 所述物理路由节点进行标记，或将所述虚拟宿主节点成功映射到的具有最小资源利用率的 平均分布值所述物理宿主节点上进行标记。
10. 根据权利要求8所述电能感知的跨域虚拟网络映射系统，其特征在于，所述链路映 射单元包括： 距离计算模块，用于根据弗洛伊德算法预先计算出每两个物理路由节点之间的距离； 链路集合寻找模块，用于从两个物理宿主节点之间寻找距离长度在[LEN，MAXLEN]之 内的能够满足所述虚拟链路带宽需求的所有物理链路的集合，其中LEN为任意两个物理节 点间的最短路径的条数矩阵，MXLEN为虚拟链路所映射到的物理无环路径能接受的最大的 跳数； 优劣加权值计算模块，用于使用未开启的节点和端口数量加权的方法计算所述集合中 所有物理链路的优劣加权值； 链路映射模块，用于将所述虚拟链路映射到具有最小优劣加权值的路径上。
【文档编号】H04L12/721GK104320343SQ201410589835
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】苏森, 张忠宝, 程祥, 双锴, 徐鹏 申请人:北京邮电大学