基于拥塞规避的非均匀带宽虚拟数据中心嵌入实现方法【
技术领域：
】[0001]本发明设及的是云计算网络领域的技术，具体是一种基于拥塞规避的非均匀带宽虚拟数据中屯、嵌入实现方法。【
背景技术：
】[0002]随着云计算的普及，数据中屯、网络(DCN)虚拟化技术引起广泛关注。虚拟机化技术使得在物理服务器中部署多个虚拟机(V^O实例成为可能，运些虚拟机通过一个共享的物理网络进行通信。当多个租户的虚拟机在共享底层数据中屯、网络产生竞争冲突时，由于网络带宽没有保障引起不可预知的通信延迟和数据丢失，最终导致租赁成本提高，底层网络提供商的收益下降。可预测的网络性能可W通过向租户提供一个虚拟数据中屯、(VDC)来实现。Ballani等人在"Towardspredictabledatacenternetworks，"（ACMSIGCOMMComputerCommunicationReview,vol.41，no.4，pp.242-2532011)中提出了一种基于Hose模型提出了VDC请求的抽象描述。在化se模型中，虚拟数据中屯、是一个N台完全同构的虚拟机的集合，它们通过虚拟链路进行通信。[0003]R.Matthias等人在"Beyondthestars:Revisitingvirtualclusterembeddings，"（ACMSIGCOMMComputerCommunicationReview，vol.45，no.3，pp.12-18，2015.)中则提出：资源可能被执行星形拓扑嵌入所浪费，为此基于可分支化se路由提出HVC-ACE启发算法，但只适用于均匀带宽请求。[0004]即使已经确定虚拟机的放置位置，基于化se模型描述的多路径路由分配是非常困难的，运类似于虚拟专用网络（VPN)下的多路径路由分配。Kodia1am等人"Maximum-throughputroutingoftrafficinthehosemodel."(U.S.PatentNo.7,558，209.7Jul.2009.中）通过应用线性规划的对偶原理解决VPN中类似的问题。[0005]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN105072049A，公开（公告）日2015.11.18,公开了一种面向数据中屯、多层次弹性应用的资源分配方法及装置，属于多层次云应用
技术领域：
。该技术方法首先获取用户提出的多层次应用请求;其次对各层的带宽需求进行降序排列；接下来按照各层的带宽需求从高到低的顺序为各层分配虚拟机资源，具体如下:首先对该层请求需要的虚拟机数量根据当前云平台下的树形拓扑结构计算所有分配方案的可行向量FV1，其次，通过递归方法获取每条链路对该层的最优分配方案;接下来计算"按需运行"虚拟资源的数量，并在数据中屯、中进行预留；最后输出该用户多层次应用请求的最优分配方案。但该技术只能求解树形物理数据中屯、网络的资源分配问题，无法解决一般拓扑数据中屯、的VDC嵌入问题。树形拓扑两台服务器之间只存在唯一路径，路由问题非常简单；而目前典型数据中屯、网络中两台服务器之间大多存在多条路径，与树形拓扑中有显著差异。[0006]中国专利文献号CN105103506A，公开(公告）日2015.11.25，公开了一种用于为云计算网络中的非均匀带宽请求分配带宽的方法和系统，其中虚拟网络包含一个或多个虚拟交换机的第一集合，所述一个或多个虚拟交换机管理托管虚拟机(v^O的一个或多个物理服务器的第二集合。方法开始于由一个虚拟交换机接收第一多个VM的请求，其中第一多个VM中的至少一个VM含有与一个或多个VM中其余VM的带宽不同的带宽。然后通过计算与虚拟交换机关联的分配范围(allocation-range，AR)的集合，确定是否接受第一多个VM的请求，其中AR集合中的每个AR表示虚拟交换机内的至少一个不连续VM分配空间，然后对于该请求分配VM。该技术设及的算法称为分配范围算法。但该技术只能求解树形物理数据中屯、网络的VDC嵌入问题，无法解决一般拓扑数据中屯、的VDC嵌入问题。【
发明内容】[0007]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于拥塞规避的非均匀带宽虚拟数据中屯、嵌入实现方法，解决了虚拟数据中屯、(VDC)嵌入问题中的路由问题和虚拟机的放置问题，能获得比现有技术更高的VDC嵌入成功率。[000引本发明通过W下技术方案实现：[0009]本发明设及一种基于拥塞规避的非均匀带宽VDC嵌入实现方法，将VM按带宽需求W递减的顺序排序，先用首次适配捜索法将其依次放置到服务器中；当首次适配捜索法无法放置该VM时启动微扰机制，即W物理网络的最拥塞链路为祀向，捜索对此链路负载贡献最大的瓶颈服务器，优先将瓶颈服务器中所需带宽最小的VM卸载后重新进行所述排序和放置。[0010]所述的最拥塞链路，即物理网络中具有最大链路利用率的链路，该链路表示为：庚中最大链路利用率，表示夫表示物理链路，E表示物理链路集合，Ue表示物理链路e的最大负载，Ce物理链路e的剩余带宽，其具体采用线性规划最优路由方法或K-widest路径负载均衡路由方法计算得到：[00川a)当采用线性规划最优路由方法，所述的最大链路利用率μ即是求解W下线性规划的目标值：[0012]Minimizey[0013]Subjectto：[0017]链路约束，即每个链路的负载与剩余带宽之比不超过最大链路利用率：[001引[0001]其中：路由变量結的取值范围为：0</品<1，e6f，S，d69[0002]对偶变量培和始的约束为：《+始>爲，《含0，始>0，s，de9,eeE。[0019]b)当采用K-widest路径负载均衡路由方法，则首先计算线性规划得到物理链路e的最大负载，即为Ue，然后通过寻找所有I中的最大值得到最大链路利用率μ，计算最大负载Ue的线性规划具体为：[0024]其中：s和d表示服务器，Q为至少分配了一个虚拟机的服务器的集合，廢为从服务器S到服务器d通过链路e的路由分配变量，由负责均衡路由算法确定，讀，娩为线性规划的对偶变量。[0025]所述的链路负载贡献，通过拥塞系数fΣ[S]表示，其中：|Vs|是物理服务器的数量，6(π']最拥塞链路，r表示非均匀带宽VDC请求，rr=Μi，j)Ii=1，…，N;j=1，…，IVsI}为请求r的虚拟机放置组合，其中：当VMi放置在服务器j时放置变量π(i，j)=1;否则31(i，j)=〇，N为请求r的虚拟机数量），μ(πτ)为放置组合πτ所对应的最大利用率，在拥塞系数的计算过程中，考虑所有引起网络拥塞的临时放置组合，即{ΠΤIμ(πτ)〉1}。[0026]所述的首次适配捜索法，具体包括W下步骤：[0027]步骤1、从未放置的虚拟机集合X中选择带宽最大的虚拟机。当VMi被选中，将该虚拟机放置到候选集合S[i]中第一个不会导致网络拥塞的服务器，首次适配捜索会跳过禁忌表化bu[i]中服务器。[0028]步骤2、当VMi暂时放置到服务器j时，采用最大链路利用率μ衡量物理网络的拥塞程度。一旦检测到μ〉1，说明将VMi放置到服务器j会产生网络拥塞，必须撤销运一无效的放置组合，继续尝试将VMi放置到下一个服务器。[0029]步骤3、当物理网络的任何链路都没有出现堵塞，则回到步骤1继续放置下一个虚拟机，直到所有虚拟机全部成功放置[0030]所述的微扰机制，首先通过最拥塞链路?0-Γ)找到向最拥塞链路发送最多流量的瓶颈服务器I，即瓶颈服务器由I=a巧maXsEwn，')&W计算得到；接着从该服务器J中移除最低带宽的VMK，并将瓶颈服务器/的拥塞系数后[刀重置为零，即该服务器的微扰优先级降为最低。[0031]为了防止循环，本发明将服务器I添加到网撤的禁忌列表:Tab叩1，即在后续放置过程中禁止将已经卸载的虚拟机?重复分配到瓶颈服务器中I。技术效果[0032]与现有技术相比，本发明具有拥塞感知的特点，如果发现由于网络拥塞无法放置一个VM时，通过选择性的迁移一些已经分配的虚拟机，帮助释放严重拥塞链路上的流量负载。由于嵌入成功率与设施提供商的收益直接关联，本发明用嵌入成功率衡量方法的性能。仿真结果证实:拥塞规避方法的嵌入成功率非常接近指数时间的回溯方法，显著当前第1页1 2 3