基于资源重要性度量的动态协同虚拟网络映射算法研究

发布时间：2020-05-14 06:39

【摘要】：随着云计算、大数据等新兴技术的出现,如何满足多样化的业务需求成为当前互联网亟需解决的问题。网络虚拟化在共享的物理网络基础设施上创建和运行多个异构虚拟网络,以满足不同业务需求并提高资源利用效率。虚拟网络映射是网络虚拟化的核心问题之一,其主要目标是将来自不同租户的带有节点和链路资源约束条件的虚拟网络请求映射到底层物理网络上,为多个租户构建独立的网络环境,同时为物理网络运营者创造尽可能多的收益。现有虚拟网络映射相关研究主要关注的是最大化当前虚拟网络请求被接受的可能,而忽视了其对未来虚拟网络请求的影响。这种贪婪型的映射策略在不同虚拟网络请求映射之间缺少资源分配的协同机制,会导致网络中关键节点和链路资源被先到来的请求过多占用,网络中资源分散而难以利用,降低后续虚拟网络请求的接受率,即导致资源碎片化问题。有研究者提出考虑不同请求间协同的映射算法,然而在度量资源重要性时仅考虑局部拓扑属性,无法体现资源在全局网络的重要性,导致协同效果有限,未能很好地解决这一问题。针对上述问题,本文提出一种基于拓扑感知度量节点和链路资源全局重要性,并协同节点和链路资源的虚拟网络映射算法。该方法通过拓扑感知计算节点和链路资源在全局网络的重要性指标,根据该指标设置物理资源的映射代价,重要性高的资源被占用的代价也相应更高,并将虚拟网络映射建模为线性规划问题,最小化映射代价进行求解。这种映射方法可以保护关键资源不被先到来的资源需求小的请求过多占用,保障后续资源需求大的请求能够得到满足,实现不同虚拟网络请求映射之间的协同,从而提高请求接受率和收益。随着虚拟网络请求的到来和到期,物理网络会产生负载不均衡、资源碎片化程度上升的问题。现有研究通过动态重映射机制进行负载均衡,然而没有区分不同重要性资源上的负载对网络连通性影响的差异,可能会产生新的资源瓶颈。因此,本文提出了一种基于关键节点保护的动态重映射机制。当检测到底层网络资源碎片化程度较高时,将负载超过一定阈值的关键物理节点上的部分虚拟节点重映射到非关键物理节点上,以降低底层物理网络资源的碎片化程度。本文首先分析了虚拟网络映射及动态重映射算法的研究现状和存在的问题,然后详细介绍本文提出的基于资源重要性度量的协同虚拟网络映射算法及基于关键节点保护的动态重映射机制,最后介绍仿真实验的设计和结果分析。仿真实验结果表明本文提出的算法能有效提高虚拟网络请求接受率和长期平均收益。
【图文】：

架构图,架构,虚拟网络,基础设施

网络虚拟化架构中将传统的因特网服务提供者（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ邋Ｓｅｒｖｉｃｅ邋Ｐｒｏｖｉｄｅｒ，逡逑ＩＳＰ）解z1为服务提供者（Ｓｅｒｖｉｃｅ邋Ｐｒｏｖｉｄｅｒ，邋ＳＰ）和基础设施提供者（Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑Ｐｒｏｖｉｄｅｒ，邋ＩｎＰ），如图２－１所示。其中，月艮务提供者负责仓ｉｊ建和管理用户的虚拟逡逑网络，基础设施提供者负责提供虚拟网络运行所需的物理网络资源［３］。对于服逡逑务提供者来说，一个主要的挑战是当虚拟网络请求到来时，如何在底层物理网逡逑络（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＳＮ）中进行映射，或者说如何高效合理地为虚拟网络逡逑分配资源以获取尽可能多的运营收益，，这通常被称为虚拟网络映射（Ｖｉｒｔｕａｌ逡逑Ｎｅｔｗｏｒｋ邋Ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ，ＶＮＥ）问题［１５］。逡逑Ｑ邋Ｇｒｏｕｐ邋ｏｆ邋Ｊ邋Ｑ邋３ｒｏｖ＾）邋ｏｆ＇Ｎ邋广Ｇｒｏｕｐ邋ｏｆ、逡逑ｆｕｓｅｒｓ邋＃rP樱rP酰螅澹颍螅rP茫rP樱rP酰螅澹颍螅rP嶝]3?Ｓｅｒｖｉｃｅ邋｜逦＼逦ｙ逡逑ｄｅｍａｎｄｓ邋｜逦＼逦Ｘ逡逑Ｓｅｔ邋ｏｆ邋Ｓｅｒｖｉｃｅ邋厂逦厂逦逡逑Ｐｒｏｖｉｄｅｒｓ逦ＳＰ－１逦ＳＰ－２逦ＳＰ－３逦…ＳＰ－ｋ逡逑Ｖｉｒｔｕａｌ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ！逡逑Ｒｅｑｕｅｓｔｓ邋！逦＼逦N邋逦逡逑Ｔ逦Ｘ逦＾邋Ｊ逦Ｖｉｒｔｕａｌ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑Ｎｅｔｗｏｒｋ逦一Ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ一｜邋Ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ邋？邋？邋？邋Ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ邋逦逦逡逑ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ邋ａｌｇｏｒｉｔｈｍ－！邋１邋ａｌｇ0ｎｔ?

重要资源,示例,关键资源,链路

将其作为节点映射阶段选择物理节点的重要依据。资源重要性指标不仅要能反逡逑映节点或链路自身资源大小而且要能反映其在网络拓扑中的重要性。自身资源逡逑丰富或者对网络连通性有较大影响的节点或链路是网络中的关键资源。如图３－１逡逑中的节点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ以及链路（Ａ，Ｄ）、（Ｂ，Ｃ）等，这样的关键资源如果被过多逡逑占用则很容易导致物理网络资源碎片化程度增加，从而增大资源利用的难度，逡逑降低后续虚拟网络请求的接受率。逡逑巧’邋７。？４逡逑６０逦、，邋户逡逑４０逦４０逡逑／Ｇ＇邋５ｃ逦３0逡逑８０逦８５逡逑ｍＣ邋Ｔ逦ＴＸｊ；。逡逑＾４５逦３０＾＂逡逑图３－１物理网络及重要资源示例逡逑１９逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.01

【参考文献】