一种混合虚拟网络的跨域映射方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于互联网通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种混合虚拟网络的跨域 映射方法。
【背景技术】
[0002] 互联网作为当今世界的信息获取和交换的有效方式已经取得了巨大的成就。在过 去的几十年中，网络技术的不断发展和互联网应用多样性的增加使得网络生态环境越来越 好，并且证实了其价值。但是互联网的快速发展也给网络造成了很大的负担，使得现有的网 络架构不能很好的承载如此多的应用。而且由于网络的多供应商特性，协调统一各个供应 商来对底层网络结构做新的调整困难重重。因此，如今的网络只能结构受多供应商的限制 只能进行缓慢而简单的变化，不能进行大规模快速的革新。
[0003] 网络虚拟化技术作为解决互联网瓶颈问题的有效手段，近来受到学者和企业的广 泛关注。网络虚拟化技术容许在共享的网络底层上部署异构的网络应用而不需要更改网络 底层架构。因此丰富了网络应用，同时维护了现有网络的整体架构。网络虚拟化的本质就是 将底层物理网络节点的计算资源和链路的带宽资源通过抽象成可以动态分配的虚拟资源， 隔离的分配给各个网络应用使得不同的虚拟网络架构可以共享底层的物理网络资源。网络 虚拟化环境下资源具有如下特点以下特点：
[0004] (1)、异构性：网络虚拟化环境中的虚拟资源种类繁多、功能各异，访问配置方式、 本地管理系统操作、共享规则之间的区别很大。
[0005] (2)、分布性：虚拟资源分布在地里位置上的不同地方，隶属于多个基础设施供应 商。
[0006] (3)、自治性：基础设施供应商作为虚拟资源的拥有者，对资源具有最高级的管理 权限，且具有自主的管理能力。
[0007] (4)、可扩展性：一方面，由于设施建设的需要，已有基础设施提供商会增加新的网 络设备资源，扩大网络规模；另一方面，由于业务拓展的需求，虚拟网可能会需要将新的基 础设施提供商包括到管理架构中来。
[0008] (5)、动态性：网络虚拟化环境中，虚拟资源可以动态地加入或离开系统，资源的所 处位置、服务提供能力、负载等随着时间的推移而动态变化，也有可能出现设备物理故障导 致资源不可访问的情况。
[0009] 底层网络资源的广泛共享是网络虚拟化的主要目的。因此虚拟网络资源的映射是 网络虚拟化技术的重点也是难点。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以满足各虚拟网络的链路带宽和节点性能要求，是虚拟网络 映射问题的关键。
[0010] 在现有的网络应用中，通信形式有单播、多播、广播、混合虚拟网络等形式。其中单 播和多播已在许多需要高QoS的实时性应用中被广泛使用，然而在虚拟网络中，现有的多 数虚拟资源映射算法仅对单播业务或者多播业务有效。单个的单播或多播映射算法并不适 用于混合虚拟网络的情况，同时一个底层物理网络供应商的资源有可能承载不了整个虚拟 网络请求或者由于位置约束需要几个物理网络供应商合作部署虚拟网络请求，因此需要进 行多域的考虑。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混合虚拟网络的跨域映射方 法，在一个已知的底层多域网络和混合虚拟网络HVN请求的情况下，找出一种满足QoS，且 减小映射代价的映射方案。
[0012] 为实现上述发明目的，本发明一种基于HVNMMD-D算法的混合虚拟网络跨域映射 方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013] (1)、拆分 HVN 请求
[0014] 根据混合虚拟网络中虚拟节点和虚拟链路的属性，将HVN请求拆分成多播网络请 求MVN和单播网络请求UVN ;
[0015] (2)、多播网络请求MVN的跨域映射
[0016] (2. 1)、估算MVN在每个物理域内的映射成本
[0017] (2. 1. 1)、估算多播根节点的域内映射成本
[0018] Cost (v - ns) = (cst (ns) + (MC-Con (ns))) *req (v) (1)
[0019] 其中，Con(ns)为物理节点ns的邻接节点个数，MC为域内底层网络所有节点中最 大的Con(ns)，req(v)为MVN根节点v所需资源数量，cst(ns)为物理节点n s的资源单价；
[0020] 根据公式（1)，选取成本最小的物理节点作为MVN根节点v的候选映射节点；
[0021] (2. 1. 2)、估算多播叶子节点的域内映射成本
[0026] 其中，cst(nk)为物理节点nk的资源单价，req(vj为多播叶子节点vj/f需资源数 量，Cost n k)为多播叶子节点vl^在物理节点n 的映射花费；
[0027] Γ为连接多播根节点v和多播叶子节点v 的虚拟链路，p为虚拟链路1 v在物理 网络中的映射路径，cSt(ls)为物理链路Γ的资源单价，req(l v)为虚拟链路所需资源， Cost (p)为虚拟链路Γ的映射成本；
[0028] 根据公式（2)，选取映射花费最小的物理节点ns作为MVN叶子节点^的候选映射 节点，对应节点间的路径P为虚拟链路Γ的候选映射路径；
[0029] (2. 2)、多播网络请求MVN的跨域映射
[0030] (2. 2. 1)、对多播网络构建全局视图
[0031] 先初始化全局图为空，再将各个域的候选节点和候选路径添加到全局图中，并根 据不同域内的候选节点按照虚拟网络中的虚拟链路连接关系增加跨域候选路径；
[0032] (2. 2. 2)、根据全局视图进行最优化建模
[0033] 优化目标为：
[0035] 其中，ld为全局图中的候选路径，n d、1 d的两个端点。x(n d)为二进制变量， 当候选节点nd被选取则为1，否则为0, y(ld)为二进制变量，当候选路径ld被选取则为1， 否则为〇, cad(nd)为映射在^上的虚拟节点，cad(l d)为映射在]/上的虚拟链路，f(n d)为 候选节点的映射成本f(nd) =Cost(cad(nd) - nd)，f(ld)为候选路径的映射成本f(ld)= Cost (ld)为多播虚拟节点，C为多播虚拟链路，为全局图中的候选节点集合，为全 局图中的候选路径集合，为多播节点集合，为多播链路集合；
[0036] (2. 2. 3)、模型求解
[0037] 先对模型中的变量y (ld)、x(nd)进行整数松弛，再利用cplex进行求解，在求解的 结果中，遍历所有多播虚拟节点，为每个多播虚拟节点选择x(nd)最大的候选节点nd作为 最终的映射节点，选择nd之间的候选路径为最终的映射路径，并以此进行多播网络请求MVN 的跨域映射；
[0038] (3)、单播网络请求UVN的跨域映射
[0039] (3. 1)、估算UVN中未映射的单播虚拟节点域内映射成本
[0040] 从UVN中选取未映射的单播虚拟节点vA，再估算单播虚拟节点vA的域内映射成 本；
[0044] Cost (vA- n k)可根据公式（2)计算得到；
[0045] 其中，Cost⑶为单播虚拟节点vA与单播网络中映射在同一物理域内的虚拟节点 间虚拟链路集合的映射花费，P是虚拟链路集合在物理网络的映射路径集合，P是P中的一 条路径；
[0046] 根据公式（7)选取最小映射成本的物理节点nk作为单播虚拟节点vA的候选节点， 对应节点间的路径为虚拟链路的候选路径；
[0047] (3. 2)、单播网络请求UVN的跨域映射
[0048] (3. 2. 1)、对单播网络构建全局视图
[0049] 先初始化全局图为空，再将步骤（3. 1)中挑选的各个域的候选节点和候选路径添 加到全局图中，并根据不同域内的候选节点按照虚拟网络中的虚拟链路连接关系增加跨域 候选路径；
[0050] (3. 2. 2)、根据全局视图进行最优化建模
[0051] 优化目标为：
[0053] 其中，ld为全局图中的候选路径，n d、md为全局图中的候选节点且为1愉两个端 点，x(nd)为二进制变量，当候选节点nd被选取则为1，否则为0, y(l d)为二进制变量，当候 选路径ld被选取则为1，否则为〇, cad(n d)为映射在1^上的虚拟节点，cad(l d)为映射在ld上的虚拟链路，f (nd)为候选节点的映射成本f (nd) = Cost (cad(nd) - nd)，f (ld)为候选路 径的映射成本f (ld) = Cost (ld)，<_为单播虚拟节点，:ξ为单播虚拟链路，为全局图