在线多播虚拟网络的资源分配方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多播虚拟网络（MulticastVirtual化twork,MVN)技术，具体涉及一 种在线多播虚拟网络的资源分配方法。
【背景技术】
[0002] 互联网在定义当今世界中获取并交换信息方式的模型上取得了巨大的成功。在过 去的H十年中，互联网通过支持大批分散的应用W及大量不同的网络技术，证实了自身结 构的价值。然而，互联网的广泛使用也成为了其进一步发展的最大阻碍，由于其多供应商的 特性，在互联网的现有结构中加入新的结构或调整需要获得所有运营商的共同认可，从而 使得现今的网络结构受到限制只能够进行迟缓简单的更新，而无法进行迅速的变革。网络 虚拟化作为解决当前互联网僵化问题的技术手段，近年来受到了国内外未来网络领域研究 的广泛关注。网络虚拟化的优势之一是支持多个异构的网络架构共享物理基础设施。网络 虚拟化技术其本质是通过抽象、分配、隔离机制在一个公共物理网络上独立地运营多个虚 拟网，从而能够有选择性地进行最佳的资源分配与调度。
[0003] 网络虚拟化的目的就是实现分布式虚拟资源的广泛共享，因此虚拟资源映射是网 络虚拟化技术需要实现的重要功能。虚拟资源映射算法作为网络虚拟化技术的关键问题之 一，它实现了将用户的虚拟网络请求合理地映射至底层物理网络的物理资源上的过程，其 中如何高效分配物理网络资源W满足各虚拟网络的链路带宽和节点性能要求，是虚拟资源 映射问题的关键。
[0004] 众所周知网络间的通信有单播、多播、广播等形式，其中多播已在许多需要高QoS 的实时性应用中被广泛使用，多播情况下的虚拟网络映射问题可W先转化成在下层网络中 寻找多播子网。启发式算法是解决虚拟资源映射问题的常用方法，其在网络节点上定义函 数h(n)，用于评估从此节点到目标节点最便宜的路径。算法中包含节点资源分配和链路资 源分配两部分。节点资源分配是指；根据虚拟节点的约束条件，将底层节点的资源分配给虚 拟节点。链路资源分配是指：根据虚拟链路的源节点和宿节点被映射的底层节点、W及虚拟 链路的约束条件，将底层网络的一条底层链路或者多条底层链路的资源分配给虚拟链路。
[0005] 网络虚拟化中有很多关于在线虚拟网络映射方法的研究，W-StoVNM算法就是一种 在线的虚拟网络映射的方法。该方法在将底层网络的节点和带宽资源分配给动态到来的每 个虚拟网络请求时，使用了负载均衡策略和动态的链路带宽资源请求策略。虽然该方法能 够实现在线虚拟网络的映射，然而送个方法是针对单播虚拟网络映射问题而提出的。在实 际应用中，存在大量的多播虚拟网络映射需求，而上述方法因无法兼顾多播虚拟网络映射 的各种特殊性约束，比如时延，时延抖动等，而不能适用于多播虚拟网络映射问题。同时，该 方法在实现在线虚拟网络的映射时，使用的是传统的负载均衡策略。传统的负载均衡策略 只考虑了在当前时刻的负载均衡，而没有考虑郝些即将被释放的底层网络资源。因此传统 的负载均衡策略可能使得在当前时刻底层网络的负载是均衡的，但是下一个业务到达的时 候就可能变得不均衡了。比如，虽然当前时刻底层网络的负载是均衡的，但是在下一业务到 达前，由于底层网络上某个区域可能会释放大量资源，就会造成区域轻载或空载的情况。
[0006] 针对多播虚拟网络映射问题，也有很多相应方法的研究。VMNDDVCM算法是一种常 见的解决多播虚拟网络的映射方法，该方法综合考虑了多播虚拟网络的特殊性，引入了多 播网络的时延和时延抖动的特性，通过引入窗口滑动机制解决了映射过程中的时延抖动约 束，采用枚举策略寻找满足约束的最优多播树W完成映射，保证了最优的映射成本。虽然该 方法能够实现多播虚拟网络映射，但是映射不成功就直接拒绝该请求，然而在线多播虚拟 网络请求通常不是在同一时间到来的，也就意味着两个多播虚拟网络请求之间的空闲时间 可能不为零，但是上述方法并没有有效利用空闲时间去映射被阻塞的请求。即无法降低映 射的阻塞率和提高底层网络的资源利用率。另外，该方法在完成映射时采用了枚举的机制， 虽然保证了映射结果的最优，但是算法复杂度较高、收敛速度太慢，尤其不能适用于较大规 模的虚拟网络映射问题。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是；在考虑底层网络负载均衡和MVN请求的最大等待 时间的情况下，如何将底层网络的节点和带宽资源分配给动态到来的每个多播虚拟网络请 求，提高MVN请求的映射成功率和底层网络的资源利用率。
[0008] 本发明的在线多播虚拟网络的资源分配方法，包括下列步骤：
[0009] 接收并存储MVN请求；基于各MVN请求的网络拓扑结构，构建并存储关于当前MVN 请求的各虚拟节点的二层生成树，并记录各MVN请求的到达时间和生存时间；
[0010] 基于当前物理网络的网络资源信息，在满足负载均衡的条件下为当前接收的MVN 请求的各虚拟节点映射物理节点，若映射失败，则将当前MVN请求存入等待队列中，否则输 出映射表；
[0011] 系统空闲时，为等待队列中的MVN请求进行映射处理；若当前MVN请求的最大等待 时间（所述最大等待时间为MVN请求的生存时间与存储时间的差，存储时间为当前系统时 间与到达时间的差）小于零，则拒绝所述MVN请求；否则，基于当前物理网络的网络资源信 息，在满足负载均衡的条件下为所述MVN请求的各虚拟节点映射物理节点，若映射失败，贝U 将当前MVN请求存入等待队列中，否则输出映射表。
[0012] 在现有技术中个，系统在接收到MVN请求后，在满足负载均衡的条件下为当前接 收的MVN请求的各虚拟节点映射物理节点，若映射失败，即不存在满足负载均衡的物理节 点，则直接拒绝当前MVN请求，然而生存时间较长的MVN请求通常是可W忍受一部分时间的 等待或者延迟服务的，对于最大等待时间不为零的情况，因此本发明在处理该MVN请求时， 如果送个MVN请求由于底层网络资源不足而映射失败被阻塞，就将它加入等待队列中，而 不是直接拒绝送个MVN请求。当系统处于空闲时，就再次处理等待队列中的MVN请求，如果 等待队列中的MVN请求的等待时间还没有结束就再次映射送个请求，如果MVN请求的等待 时间结束了就拒绝该MVN请求。本发明的使得被阻塞的MVN请求，在不影响下一个到达的 MVN请求的情况下，有更多的机会被接受，从而提高MVN请求的映射成功率和底层网络的资 源利用率。
[0013] 进一步的，本发明对现有的负载均衡的条件进行了改进，若当前虚拟节点为MVN 请求的根节点，则为：
[001引其中成表示当前物理网络的物理节点集合，^表示集合成的元素，\表示映射到 物理节点^上的当前MVN请求的节点集合，n,表示集合為的元素，e(r0表示虚拟节点n, 的资源需求容量；n。表示预设时间T后，所释放的映射到物理节点n,上的虚拟节点（即从当 前时刻其到时间周期T后，郝些最大等待时间为0的MVN请求的各虚拟节点），表示关于 虚拟节点n。的集合，e(n。）表示虚拟节点n。的资源需求容量；C(r0表示物理节点n,的节 点个数，IAdj(r0I表示与物理节点n,邻接的链路集合Adj(r0的元素个数，.成表示Adj(r0 中所有链路的可用带宽资源；
[0016]若当前虚拟节点为MVN请求的叶子节点，则为：
[0018] 其中e,表示物理链路，氏表示当前物理网络的物理链路集合，b(ej表示链路e, 的可用带宽资源，A表示映射到物理链路e,上的MVN请求的链路集合，i表示集合A的标 识，Xi表示各集合化的元素个数，心，表示预设时间T后，所离开的MVN请求的链路集合，j 表示集合0T,的标识，Xj表示各集合的元素个数。
[0019] 本发明改进后的负载均衡条件与传统的负载均衡条件：
相比，在对当前MVN请求 的根节点进行物理节点映射时，将整个区域的负载均衡考虑在了其中；在对当前MVN请求 的各叶子节点进行物理节点映射时，先把将在下一个周期T(具体取值可根据实际应用需 求自行设定，例如将预设时间T为当前连续到达的各MVN请求的相邻到达时间差的均值） 释放的底层网络节点资源和链路资源从正在占用的资源中减去，再进行负载均衡，使得负 载均衡的结果不仅考虑了底层网络当前时刻的均衡，同时也考虑下一周期底层网络的负载 情况，从而避免传统的负载均衡策略下，在下一业务到达之时出现区域轻载或空载的情况， 通常某些区域轻载或空载往往会造成另一些区域出现资源紧缺的情况。因此，在映射新到 来的MVN请求时，虽然可能有一些节点和链路可W提供大量的资源，但是可能会因为能够 提供资源的节点和链路的数量不足而映射失败，本发明改进后的负载均衡条件能有效避免 上述情况，下一个MVN请求到来时，由于底层网络节点和链路资源是均衡的，就会有更多数 量的节点和链路为MVN请求提供资源，从而提高映射成功的可能性。
[0020] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是；在线多播虚拟网络的 资源分配的成功率高：在最大等待时间内的各MVN请求得到可能不止一次的物理节点映射 集合，增加了MVN请求被接受的可能性。同时基于本发明改进后的负载均衡条件