一种高效节能虚拟网络节点映射模型及算法
【专利说明】-种高效节能虚拟网络节点映射模型及算法 【技术领域】
[0001] 本发明设及一种虚拟网络的节点映射方法，特别设及一种高效节能虚拟网络节点 映射模型及算法。 【【背景技术】】
[0002] 当前网络为高峰负荷而设计，网络资源超量供给确保了网络的正常运行，然而也 导致资源利用率低下。网络虚拟化，是未来因特网、云计算和软件定义网络的重要技术。其 管理底层网络基础设施W及实现虚拟网络资源分配，使得智能能量感知网络部署成为可 能。虚拟网络映射是网络资源虚拟化的关键问题。当前大部分映射算法是基于能耗的虚拟 网络映射，即W最小底层资源代价映射虚拟网络请求，从而获得更多的底层物理资源，W提 高虚拟网络映射接收率。由于基于能耗的虚拟网络映射并不考虑虚拟网络请求来源本身， 因此不可避免地会产生不必要的能耗。但是，底层物理网络节点的能耗降低同样会提高CPU 的利用率，因此基于能耗感知的节点映射方法必然节约能耗。
[0003] 当前大部分基于能耗感知的虚拟网络映射针对链路能耗对负载不敏感的设备，采 用资源整合策略实现底层网络节能。如；北京邮电大学的苏森等提出虚拟网络映射能耗模 型W及能量感知两阶段映射算法，且根据电价的波动提出了能耗成本最小化模型W及能量 感知两阶段映射算法；北方交通大学的常晓林、王冰等提出混合整数规划能耗模型及能量 感知两阶段映射算法，在云数据中屯、应用蚁群优化算法求解虚拟网络节能映射。由上可见， 现有技术通过资源整合策略、主动休眠策略W及流量扩展策略，实现底层网络节能，但忽略 了虚拟网络节点映射的能耗代价最优化。
[0004] 虚拟网络映射可分解为节点映射和链路映射，在底层节点映射的过程中，第i个 底层节点的能耗为：
[0005]
【主权项】
1. 一种高效节能虚拟网络节点映射模型，其特征在于：该节点映射模型的初始值为： 设定有m个底层网络节点，其中具有CPU资源的底层节点为AiQ= 1，2,...，m)，其CPU资源 量分别为aji= 1，2,...，m);有n个虚拟网络节点，其中请求CPU资源的虚拟节点为Bj(j =1，2,. . .，n)，其CPU需求量分别为bj(j= 1，2,. . .，n);底层节点Ai当前剩余的CPU资源 量为CPULi,虚拟节点Bj当前还需要的CPU资源量为CPUVj; 设XijSAi分配给B」的CPU资源量，从AjljB」分配单位CPU资源的能耗代价为Cu，当 前参与分配的底层节点为A1、虚拟节点为则：
并通过式⑵得出能耗最小的一组映射节点Aimi，Bjmax: min(Cij ?XijI(i=I, 2,. . . ,m；j=I, 2,. . . ,n) (2) 在式（I)中，CPUSi为底层网络节点的总CPU资源量，MiCPU为底层节点中剩余CPU资源 量最少的节点的CPU资源量，即Micpu=mintaj-aQ= 1，2,? ? ?，m;a- 〇+) ;IfAct(i) 是一个二进制变量，当底层节点八1是激活状态时，IfAct(i) = 1，当底层节点Ai是休眠状态 时，IfAct(i) = 0 ; 在式（2)中，一个底层节点Ai*载并只能承载一个虚拟节点Bj的约束，一个虚拟节点Bj只能接收一个底层节点A^勺分配；参与分配的底层节点Az分配给B^的CPU资源量应当 不小于所请求的CPU资源量、并不大于底层节点Az剩余的CPU资源量，即式（2)的约束 条件为：CPUVj彡XCPUL% 该节点映射模型的输出值为AimidPBjmax。
2. -种高效节能虚拟网络节点映射算法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种 高效节能虚拟网络节点映射模型，具体步骤如下： A) 构建节点映射模型的数据结构： 建立无向图Gs = (iVs,Ls,其中Ns为底层节点集合，Ls为底层链路集合， 为底层节点属性集合，为底层链路属性集合，所述的底层节点属性为各底层节点的CPU资源，所述的底层链路属性为各底层节点的带宽资源； 建立无向图= (WtU'其中Nv为虚拟节点集合，LV为虚拟链路集合，Cf 为虚拟节点属性集合，Cf:为虚拟链路属性集合，所述的虚拟节点属性为各虚拟节点的CPU资源，所述的虚拟链路属性为各虚拟节点的带宽资源； 设AiGNs，BjGNv，cpydeq，CPyWGCf,已完成映射的节点集合AE，且 .AEG0； B) 检查虚拟网络状态：检查Nv中是否还存在未映射的虚拟节点，如果有，则转至步骤 C);如果没有，则返回映射成功，转至步骤G); C) 运行节点映射模型：计算Cf并寻找满足约束条件的情况下，运算式（1)，寻找当 前CPU资源量最少的底层节点和CPU需求量最多的虚拟节点，如果成功，则转至步骤D)，如 果没有成功，则返回没有找到适合的映射节点，并转至步骤H); D) 节点映射：将Bjmax映射到Aimin，并将Aimi，Bjmax添加入AE，更改A_和Bjmax的映射 状态为已映射状态，重新转至步骤B); E) 检查链路映射状态：检查AE中的虚拟节点是否还存在未映射的虚拟链路，如果有， 则转至步骤F);如果没有，则返回虚拟链路映射完成，重新回到步骤B); F) 虚拟网络链路：调用虚拟链路信息，在AE中寻找一条最短路径映射虚拟链路，如果 成功，则更改虚拟链路的映射状态，并转至步骤E);如果没有成功，则返回没有找到适合的 虚拟链路，并转至步骤H); G) 完成虚拟网络映射：记录各虚拟节点、各底层节点、各虚拟链路的映射状态，形成虚 拟网络的映射结果，并输出该映射结果； H) 映射失败：调用映射状态信息，返回未映射的各虚拟节点、各底层节点和各虚拟链 路的当前状态信息。
【专利摘要】本发明适用于虚拟网络的节点映射方法的技术领域，公开了一种高效节能虚拟网络节点映射模型，设xij为Ai分配给Bi的CPU资源量，从Ai到Bj分配单位CPU资源的能耗代价为Cij，则计算min{Cij·Xij}(i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，n)，该节点映射模型的输出值为Aimin和Bjmax。本发明提供的一种高效节能虚拟网络节点映射模型，以最小元素法为基础，能够根据虚拟网络节点映射能耗特点，计算出当前CPU资源量最多的底层节点和CPU需求量最少的虚拟节点，并将该虚拟节点映射到对应的底层节点，从而实现虚拟网络映射能耗最优，提高CPU利用率，同时，还保证了底层节点尽可能映射在激活节点上，大大降低节点映射能耗代价，从而显著降低节点能耗，尤其适合大规模虚拟网络映射场景。
【IPC分类】H04L12-46
【公开号】CN104821906
【申请号】CN201510160792
【发明人】蒋云良, 李春芝, 陈晓华, 申情
【申请人】湖州师范学院
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月8日