虚拟服务迁移方法
【专利摘要】本发明涉及一种虚拟服务迁移方法，包括：根据服务类型和用户需求选择迁移评价参数，监视器监视网络中的虚拟节点，当新请求到达或用户请求发生改变时，得到所述虚拟节点关于评价参数的状态信息；根据所述状态信息计算每个虚拟节点的服务迁移代价；通过所述迁移代价计算方法从虚拟节点中获取虚拟服务迁移代价最小的虚拟节点作为服务节点；选择所述服务节点对所述虚拟服务进行迁移。本发明提供的虚拟服务迁移方法，能够有效综合各种因素对迁移的影响，对迁移进行判断与执行，利用服务迁移实现网络资源管理并提高用户服务体验质量。
【专利说明】虚拟服务迁移方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动互联网领域，尤其涉及一种虚拟服务迁移方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的日益发展，移动互联网已经成为互联网发展的主要趋势之一。据统计，截止到2013年3月份，我国固定互联网宽带用户数为1.81亿用户，而移动互联网用户则已达到8.17亿用户。随着网络移动性需求的增强，用户行为的改变，信息交互类型的不断丰富，数据流量的日益增大，保障和提高用户的服务体验质量成为互联网领域所要面对的新挑战。而虚拟化技术的发展成为解决移动性需求的问题提供了可能。虚拟化的目标就是在无需考虑底层物理网络属性的情况下实现虚拟服务的平滑移动，实现对网络资源的按需分配，提高用户的体验质量。图1为现有技术中网络虚拟化示意图。如图1所示，虚拟化技术通过抽象、分离、隔离机制，在一个公共的底层物理网络(Substrate Network, SN)上支持多个虚拟网络(Virtual Network, VN)每个虚拟网络可以使用相互独立的协议体系，并根据动态变化的用户需求对整个网络中的节点资源与链路资源进行合理配置，以极大地发挥资源共享的优势，最大限度的提高网络资源利用率，获取最大化的收益。
[0003]图2为现有技术中Flowvisor实现虚拟化的示意图。如图2所示，网络虚拟化平台FlowVisor通过划分流表空间产生独立的网络分片，有效地实现网络虚拟化，将物理网络分割成多个网络分片。各个网络分片上的网络流量相互隔离，管理带宽、CPU的使用和流表的配置等。用户可在各个分片上进行互不干扰的各种流量模型和协议创新等试验研究。目前FlowVisor已经在美国斯坦福大学等一些大型校园中实现部署，著名的未来网络实验床GENI和Internet 2项目上也在使用FlowVisor进行虚拟化的管理。
[0004]图3为现有技术中网络虚拟化分层服务提供模型的示意图。如图3所示，在虚拟化环境中，服务提供商(Service Provider, SP)根据用户(User)的需求,将需要的资源(网络资源、计算资源、存储资源等)以一定形式描述给底层的基础设施提供商(InfrastructureProvider, InP)。基础设施提供商部署和管理底层物理资源，从虚拟资源池中选择相应的资源，以完成对虚拟网络的创建。服务提供商向基础实施提供商租赁网络资源，为用户提供所需要的服务。
[0005]由于一些新用户加入，一些老用户的移出，以及一些用户在网络中位置的改变，网络中用户数量、用户行为、用户偏好的变化，或一些底层网络的更改，都需要根据变化对虚拟服务进行调整和迁移。如何根据这些变化及时的对虚拟网络的规模、资源分布进行调整，保障网络服务质量(Quality of Service, QoS)和用户体验质量(Quality ofExperience，QoE)，以最小的延迟获取可靠稳定的网络服务，是实现虚拟服务的挑战之一。本发明中的虚拟化主要指服务器/主机的虚拟化，将虚拟化的可共享可复用的软硬件资源和信息按需提供给计算机和其他设备。
[0006]图4为现有技术中用户迁移示意图。如图4所示，服务迁移需要考虑各种代价的平衡。当与用户越近的虚拟节点作为服务提供者时，服务的延迟可能会越小，服务质量和体验质量越高。但同时迁移也会带来其他的开销，产生负面影响，如迁移时大量数据传输对网络的压力，甚至可能会导致服务中断。服务迁移问题就是如何合理的调整网络服务的位置，更加有效的节约网络资源，降低服务响应时间和成本，改善用户使用体验的问题。
[0007]在现有技术中，目前在虚拟化环境下，利用服务迁移以实现网络资源管理和降低能耗的研究和应用还是比较初步的，如J Grassier, S Schmid等人在“at 32nd IEEEConference on Computer Communications (INF0C0M Demo)，Turin, Italy, April2013.，，((Move-with-the-Sun or Move~with-the-Moon?ffide~Area CloudNet Migrations UnderLatency and Resource Constraints.Demo》做出的研究。虚拟化环境下的服务迁移问题主要分为单域和多域两种应用场景。
[0008]在单域环境下，节点之间在资源的类型、质量等方面差异较小，迁移所需要的代价较少。但当域内的节点无法满足用户的需求时，需要迁移到其他域中的节点以提供服务。多个域中的节点之间不仅存在差异，还会由于跨域产生额外的漫游代价。
[0009]下面对与本专利有关的M Bienkowski, A Feldmann等人在“In Proc.ACMSIGC0MM VISA, 2010.”《Competitive analysis for service migration in vnets》提出的虚拟服务平衡迁移算法(MIG)和D Arora, M Bienkowski等人在“Proceedings ofthe5th International Conference on Principles, Systems and Applications of IPTelecommunication, 2011.，，《0nline strategies for intra and inter provider servicemigration in virtual networks》提出的跨域平衡算法(MIXk)进行简要介绍。
[0010](I)虚拟服务平衡迁移算法(MIG)
[0011]虚拟服务平 衡迁移算法(MIG)对迁移代价与收益的各个参数进行量化，通过动态比较的方法，判断迁移的时机。MIG算法的基本思想是当迁移发生时，达成迁移代价Costmig和收益Costa。。之间的平衡，选择一个可行的、更优的服务提供商。
[0012]当用户的位置发生变化时，从虚拟服务器端到客户端的延迟将增大，这将影响一些服务的服务质量。通过迁移，可以实现对服务延迟的优化，即服务时延是迁移收益Costacx的一部分。另外，迁移能否实现也与服务器的可用负载有关。如果潜在节点不能满足用户的需求，则迁移无法进行。而在进行迁移时，相同的条件下，应该选择服务器的可用负载较大的节点进行迁移。因此在t时刻，对请求序列Rt，进行迁移会产生的收益Costa。。可以表示为
[0013]Cas/,?, (O = YjJ i^eIayirl ),1ad(i.))( I )
R1
[0014]文中假设所有服务器的可用负载都能够满足用户的需求，对Costa。。进行简化，得到
[0015]C，°SL, (0 = TjJidcIayirl))( 2 )
Rt
[0016]由于迁移路径上的带宽和服务本身大小的影响，需要慎重考虑是否进行服务迁移。服务本身的大小Size(S)和迁移路径的带宽《(P)共同决定了迁移所需要的时间。文中将进行迁移的服务s的迁移代价Costmig表示为
[0017]Cost,r.1At) =P)Sizcis))( 3 )[0018]在虚拟服务平衡迁移算法中，只考虑在一个基础设施提供域中的服务迁移问题，因此服务迁移的代价Costmig可以简化为
[0019]Costmig(U，V) = maxesize(s)/w(e) (4)
[0020]虚拟服务平衡迁移算法将时间分为多个时隙，假设最初的提供服务商为节点V。当请求到达时,时隙开始,计算由于请求的变化而产生的代价Costacx(v)。若由其他的虚拟网络节点，如节点U，作为服务提供商，即发生服务迁移，则会产生迁移代价Costmig (V，U)。设β =maxu(Costmig (u, V)}。如果满足Costacx (ν)> β ,则发生迁移,从满足不等式Costacx (U)<β的解集中随机选择一个节点作为该请求的服务提供商。如果不存在这样的节点U，则不需要进行迁移，时隙结束。当下一个请求到达时，新时隙开始，重新计算Costacx (V)。
[0021](2)跨域平衡算法(MIXk)
[0022]跨域平衡算法(MIXk)是对虚拟服务平衡迁移算法的改进与优化，考虑服务提供节点位于多个虚拟网络的情况。请求的时延为Costacx(V),迁移代价β =maxuICostmig(U，V)}。假设跨越一个域所产生的额外代价为η (其中，n ^ β2)，则跨越k个域的漫游代价为
k* π ο
[0023]假设最初的提供服务商为节点V，当服务请求序列到达时，首先考虑在一个域内的迁移情况。计算由请求产生的收益Costacx (V),并与迁移代价β =maxuICostmig (u, v) }做比较。如果满足Costacx (V) > β ,贝U从满足不等式Costacx Cu) < β的解集中随机选择一个节点作为迁移的目的节点。如果在域中不存在这样的节点U，则考虑跨域情况下的服务迁移。如果收益Costa。。(V)优于跨域产生的额外代价则进行迁移。
[0024]综上所述，现有技术的迁移方法中存在诸如以下问题:MIG迁移算法只简单考虑了服务时延和链路带宽两种影响因素，而影响迁移节点选择的因素有很多。服务时延简单的量化为服务请求接入节点到服务提供商之间的跳数。两种因素的量化过于简单、死板，不利于迁移时机的动态调整。并且，决定`迁移的各个因素之间是相互作用影响的，简单比较大小不能反映各个因素之间的相互关系。虽然MIXk算法中增加了由于跨域而产生的漫游代价，但仍然存在上述量化和相互关系刻画简单的问题。
【发明内容】
[0025]本发明的目的是针对上述问题，提供了一种基于公平、公正和动态QoS计算模型的虚拟服务迁移方法。
[0026]为实现上述目的，本发明提供了一种虚拟服务迁移方法，所述方法包括:
[0027]根据服务类型和用户需求选择迁移评价参数，监视器监视网络中的虚拟节点，当新请求到达或用户请求发生改变时，得到所述虚拟节点关于评价参数的状态信息；
[0028]根据所述状态信息计算每个虚拟节点的服务迁移代价；
[0029]通过所述计算每个虚拟节点的服务迁移代价从虚拟节点中获取虚拟服务迁移代价最小的虚拟节点作为服务节点；
[0030]选择所述服务节点对所述虚拟服务进行迁移。
[0031]优选地，所述状态信息包括服务的时延、服务器的可用负载、迁移路径上的带宽、服务本身的大小、服务中断及恢复的代价、服务提供者信用和执行价格。
[0032]优选地，所述根据所述状态信息计算每个虚拟节点的服务迁移代价具体包括:[0033]根据所述状态信息建立生成基于QoS的计算模型。
[0034]优选地，所述根据所述状态信息建立生成基于QoS的计算模型具体包括:
[0035]根据所述状态信息，得到矩阵Q:
[0036]
【权利要求】
1.一种虚拟服务迁移方法，其特征在于，所述方法包括: 根据服务类型和用户需求选择迁移评价参数，监视器监视网络中的虚拟节点，当新请求到达或用户请求发生改变时，得到所述虚拟节点关于评价参数的状态信息； 根据所述状态信息计算每个虚拟节点的服务迁移代价； 通过所述计算每个虚拟节点的服务迁移代价从虚拟节点中获取虚拟服务迁移代价最小的虚拟节点作为服务节点； 选择所述服务节点对所述虚拟服务进行迁移。
2.如权利要求1所述的虚拟服务迁移方法，其特征在于，所述状态信息包括服务的时延、服务器的可用负载、迁移路径上的带宽、服务本身的大小、服务中断及恢复的代价、服务提供者信用和执行价格。
3.如权利要求1所述的虚拟服务迁移方法，其特征在于，所述根据所述状态信息计算每个虚拟节点的服务迁移代价具体包括: 根据所述状态信息建立生成基于QoS的计算模型。
4.如权利要求3所述的虚拟服务迁移方法，其特征在于，所述根据所述状态信息建立生成基于QoS的计算模型具体包括: 根据所述状态信息，得到矩阵Q:
5.如权利要求4所述的虚拟服务迁移方法，其特征在于，所述根据所述状态信息建立生成基于QoS的计算模型具体还包括: 对所述矩阵Q进行归一化，将不同量纲的所述状态信息标准化为无量纲的标准化参数，形成一个统一的衡量标准； 将所述标准化参数进行分组，每组包括多种所示标准化参数，并按组操作，得出分组后各个虚拟节点的迁移代价信息。
6.如权利要求5所述的虚拟服务迁移方法，其特征在于，所述对所述矩阵Q进行归一化，将不同量纲的所述状态信息标准化为无量纲的标准化参数，形成一个统一的衡量标准具体包括: 第一矩阵用N=In1, n2,..., nj表示,其中η」=0或I, I≤j≤m ; 第二矩阵用C=Ic1, C2,, cj表示，Cj是一个常数，I≤j≤m ; 对矩阵Q中的每个元素用以下公式进行归一化:
7.如权利要求1所述的虚拟服务迁移方法，其特征在于，所述方法还包括:当没有新请求到达或用户请求发送未发生改变时不进行虚拟节点的迁移。
【文档编号】H04L12/927GK103825963SQ201410101765
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】于冰, 韩言妮, 赵志军, 谭红艳, 慈松 申请人:中国科学院声学研究所