光数据中心网络中面向云渲染的虚拟网络嵌入系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信网络技术领域，具体涉及一种光数据中心网络中面向云渲染的虚 拟网络嵌入系统及方法。
【背景技术】
[0002] 动漫渲染是将某一数字设计转换成生动动画的过程。该技术涉及大量几何、灯光 及材料等模型，往往需要运行在强大的计算程序上。随着精确建模的快速发展，一帧动画通 常包含成千上万个几何模型，而每个几何模型均含有复杂的参数设置。因此，动漫渲染是非 常耗时的，单机渲染时间约为每帧两小时。对于一个时长为160分钟的动画，其渲染时间将 高达2. 88 X IO6小时。显然，动漫渲染的核心目标就是缩短渲染时间。
[0003] 采用集群渲染技术，大批次服务器对同一渲染文件进行并行计算处理，缩短了渲 染时间。但这种并行操作增加了运维成本，并可能导致大量计算资源的闲置。因此，云渲染 技术应运而生。通过集群虚拟化，异构的服务器资源被整合入独立的云渲染农场中。基于 云计算理念，一个管理者在远端的云渲染农场维护强大的计算程序，并负责接收来自用户 的渲染任务。云渲染农场执行相应的渲染任务后，将渲染画面反馈给用户终端。无需购买 昂贵却能力有限的渲染设备，用户只需向云渲染农场管理者交付短期租赁费用，便可借助 云内强大的计算资源获取理想的渲染效果。
[0004] 但单一的集群虚拟化还无法满足完整的云渲染进程的实际需求。一个完整的云 渲染进程需要部署渲染、图像压缩及存储等数据中心。由于地理空间的限制，尤其针对跨 区域的渲染任务合作，上述不同类型数据中心往往相距较远。如果某一用户想快速获取由 云渲染农场反馈的渲染画面，则亟需高速光互联以支持用户与指定数据中心之间的信息转 发。因此，一个完整的云渲染进程需实现光与数据中心的无缝云融合，从而形成支持云渲染 的光数据中心网络。具体表现为，除了集群虚拟化（涉及虚拟机），还要实现光网络虚拟化 (涉及虚拟光路）。为此，每个云渲染任务本质上是一个向云渲染农场管理者发起的虚拟网 络嵌入请求，每个虚拟网络由虚拟光路和虚拟机组成。此请求被成功受理的条件是管理者 能为该请求的虚拟网络成功执行节点和链路映射。其中，节点映射是指虚拟机到指定数据 中心内某一服务器的映射，而链路映射是指虚拟光路到指定物理路径所占用光纤链路的映 射。现有虚拟网络嵌入方法均不适用于光数据中心网络内云渲染的独有需求与特征。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明提供一种光数据中心网络中面向云渲染的虚拟 网络嵌入系统及方法。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] -种光数据中心网络中面向云渲染的虚拟网络嵌入系统，用于进行真实云渲染任 务和非真实云渲染任务的虚拟网络嵌入，该系统包括：光骨干网、渲染数据中心、图像存储 数据中心和图像压缩数据中心；
[0008] 光骨干网内的各节点部署光交叉连接器，各光交叉连接器之间的链路通过波分复 用光纤进行连接；
[0009] 将光骨干网中的三个节点作为云渲染数据节点，分别部署渲染数据中心、图像存 储数据中心以及图像压缩数据中心，光骨干网、渲染数据中心、图像存储数据中心以及图像 压缩数据中心形成光数据中心网络；
[0010] 渲染数据中心、图像存储数据中心和图像压缩数据中心内均部署集群服务器，集 群服务器中设置若干虚拟机，各虚拟机间形成虚拟光路。
[0011] 采用所述的光数据中心网络中面向云渲染的虚拟网络嵌入系统的虚拟网络嵌入 方法，包括以下步骤：
[0012] 步骤1 :云渲染用户向光数据中心网络发出虚拟网络嵌入请求；
[0013] 步骤2 :分别对真实云渲染任务和非真实云渲染任务的虚拟网络嵌入请求进行模 型化描述，虚拟网络包括虚拟机和虚拟光路；
[0014] 步骤2-1 :针对真实云渲染任务需由渲染数据中心、图像存储数据中心和图像压 缩数据中心并行完成的特点，将真实云渲染任务请求嵌入的虚拟网络表征为以光数据中心 网络中某一节点处光交叉连接器为根节点，以渲染数据中心对应的虚拟机、图像存储数据 中心对应的虚拟机和图像压缩数据中心对应的虚拟机为三个叶子节点，以三个叶子节点间 形成的虚拟光路为分支的树；
[0015] 步骤2-2 :针对非真实云渲染任务仅需渲染数据中心、图像存储数据中心和图像 压缩数据中心中任意一类数据中心独立完成的特点，将非真实渲染任务请求嵌入的虚拟网 络表征为以光数据中心网络中某一节点处光交叉连接器为一端节点、某一类数据中心对应 虚拟机为另一端节点的虚拟光路；
[0016] 步骤3 :对所有云渲染任务进行排序；
[0017] 步骤4:进行当前云渲染任务的虚拟网络嵌入，即对当前云渲染任务请求嵌入的 虚拟网络进行节点映射和链路映射；
[0018] 步骤4-1 :采用服务器整合方法，将当前云渲染任务请求嵌入的虚拟网络的虚拟 机映射到指定数据中心中的第一个能够容纳该虚拟机的服务器内，实现节点映射；
[0019] 步骤4-2 :采用流量疏导方法，将虚拟光路映射到指定物理路径所占用的光纤链 路上，从而实现链路映射；
[0020] 步骤5 :若步骤4-1与步骤4-2均执行成功，根据映射结果更新底层光数据中心网 络资源，并转向步骤4继续完成其他云渲染任务的虚拟网络嵌入操作，直至所有云渲染任 务的虚拟网络嵌入完成；否则拒绝当前云渲染任务的虚拟网络嵌入请求，并转向步骤4继 续完成其他云渲染任务的虚拟网络嵌入操作，直至所有云渲染任务的虚拟网络嵌入完成；
[0021] 步骤6 :完成所有云渲染任务的虚拟网络嵌入操作后，统计所有云渲染任务所消 耗的波长总数及服务器总数；
[0022] 步骤7 :以最小化所有云渲染任务所消耗的波长总数及服务器总数为目标，对光 数据中心网络中面向云渲染的虚拟网络嵌入问题进行数学描述，得到所有云渲染任务所消 耗的波长总数下界值区间及服务器总数下界值区间；
[0023] 步骤8 :将统计的所有云渲染任务所消耗的波长总数及服务器总数分别与所有云 渲染任务所消耗的波长总数下界值区间及服务器总数下界值区间分别进行比较分析，从而 验证当前虚拟网络嵌入操作是否最优：若统计的所有云渲染任务所消耗的波长总数大于所 有云渲染任务所消耗的波长总数下界值区间，或者所有云渲染任务所消耗的服务器总数大 于所有云渲染任务所消耗的服务器总数下界值区间，则当前虚拟网络嵌入操作不是最优， 返回步骤3 ;否则，当前虚拟网络嵌入操作为最优。
[0024] 所述对所有云渲染任务进行排序时以真实云渲染任务优先或非真实云渲染任务 优先。
[0025] 所述步骤4-2的流量疏导方法中，采用最短路径路由计算出虚拟光路待映射的物 理路径及该路径所占用的光纤链路，采用首次命中方法为虚拟光路分配波长。
[0026] 有益效果：
[0027] 结合采用服务器整合及流量疏导方法为真实云渲染任务和非真实云渲染任务的 虚拟网络嵌入请求进行节点映射和链路映射，借助混合云渲染方式缩短渲染时间同时，达 到了有效降低渲染开销（所有渲染任务所消耗的波长总数及服务器总数）的目的。本发明 除了采用能够营造类似实际场景的动漫效果的真实渲染方法外，通过引入水墨画、剪纸等 对资源需求较低的非真实渲染方法，减少渲染时间和开销，同时能为观众呈现出单纯真实 渲染所无法表现的独特视觉效果。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明【具体实施方式】的光数据中心网络中面向云渲染的虚拟网络嵌入系 统拓扑图，其中，1?15为光交叉连接器，16为渲染数据中心，17为图像存储数据中心，18 为图像压缩数据中心；
[0029] 图2是本发明【具体实施方式】的光数据中心网络中面向云渲染的虚拟网络嵌入方 法流程图；
[0030] 图3为本发明【具体实施方式】的光数据中心网络中面向云渲染的虚拟网络嵌入方 法的云渲染服务器开销对比图；
[0031] 图4为本发明【具体实施方式】的光数据中心网络中面向云渲染的虚拟网络嵌入方 法的云渲染波长开销对比图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0033] 一种光数据中心网络中面向云渲染的虚拟网络嵌入系统，用于进行真实云渲染任 务和非真实云渲染任务的虚拟网络嵌入，如图1所示，该系统包括：光骨干网、渲染数据中 心、图像存储数据中心和图像压缩数据中心；
[0034] 光骨干网内的各节点部署光交叉连接器，各光交叉连接器之间的链路通过波分复 用光纤进行连接；将光骨干网中的三个节点作为云渲染数据节点，分别部署渲染数据中心、 图像存储数据中心以及图像压缩数据中心，光骨干网、渲染数据中心、图像存储数据中心以 及图像压缩数据中心形成光数据中心网络；渲染数据中心、图像存储数据中心和图像压缩 数据中心内均部署集群服务器，集群服务器中设置若干虚拟机，各虚拟机间形成虚拟光路。
[0035] 光数据中心网络中包括光交叉连接器集合N，光纤链路集合E以及数据中心集合 D0
[0036] 本实施方式的光骨干网中有15个节点，|N| = 15, |E| = 22, |D| = 3。每个服务 器的初始容量相等，单位服务器容量SC = 16,而每个波长的初始容量也相等，单位波长容 量 WC = 16。
[0037] 采用所述的光数据中心网络中面向云渲染的虚拟网络嵌入系统的虚拟网络嵌入 方法，如图2所示，包括以下步骤：
[0038] 步骤1 :云渲染用户向光数据中心网络发出虚拟网络嵌入请求；
[0039] 步骤2 :分别对真实云渲染任务和非真实云渲染任务的虚拟网络嵌入请求进行模 型化描述，虚拟网络包括虚拟机和虚拟光路；
[0040] 步骤2-1 :针对真实云渲染任务需由渲染数据中心、图像存储数据中心和图像压 缩数据中心并行完成的特点，将真实云渲染任务请求嵌入的虚拟网络表征为以光