一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的反饋控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的反饋控制方法，依次包括以下步驟：建立虛擬網(wǎng)絡(luò)映射模型、定義底層網(wǎng)絡(luò)能耗、設(shè)置底層網(wǎng)絡(luò)休眠標(biāo)志算法和虛擬網(wǎng)絡(luò)映射反饋控制算法。本發(fā)明提出了尋找有效底層資源的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射反饋控制方法，控制休眠鏈路數(shù)量為主線，逐步減小以至消除底層鏈路休眠數(shù)量的偏差，從而在底層網(wǎng)絡(luò)中找到穩(wěn)定的可休眠資源量集合，提出了高效節(jié)能的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射反饋控制算法，以虛擬網(wǎng)絡(luò)映射反饋控制方法為基礎(chǔ)，找到穩(wěn)定的底層網(wǎng)絡(luò)激活資源集合，最終實現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。
【專利說明】一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的反饋控制方法 【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001] 本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)映射的反饋控制方法的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò) 映射的反饋控制方法的【技術(shù)領(lǐng)域】。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 隨著電力成本不斷上漲和人們生態(tài)意識的提高，網(wǎng)絡(luò)運營商已經(jīng)意識到能耗管理 的重要性，減少能耗已成為亟待解決的問題。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)為高峰負(fù)荷而設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)資源超量供 給確保了網(wǎng)絡(luò)的正常運行，然而也導(dǎo)致資源利用率低下。據(jù)統(tǒng)計，大型ISP骨干網(wǎng)的平均鏈 路利用率大約30-40%，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的平均利用率為11%?50%。過低的利用率造成 了巨大的電能浪費，促使綠色網(wǎng)絡(luò)研究的興起，網(wǎng)絡(luò)能耗問題成為研究熱點。
[0003] 網(wǎng)絡(luò)虛擬化，是未來因特網(wǎng)、云計算和軟件定義網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)。其通過整合網(wǎng)絡(luò) 基礎(chǔ)設(shè)施資源，能夠合理有效地使用能量，使得智能能量感知網(wǎng)絡(luò)部署成為可能。虛擬網(wǎng)絡(luò) 映射是網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化的關(guān)鍵問題。當(dāng)前大部分映射算法是基于代價的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射，即 以最小化底層資源代價映射虛擬網(wǎng)絡(luò)請求，以此獲得更多的底層物理資源，進(jìn)而提高虛擬 網(wǎng)絡(luò)接收率與系統(tǒng)收益。然而，由于虛擬網(wǎng)絡(luò)請求是一個動態(tài)變化過程，而底層物理網(wǎng)絡(luò)根 據(jù)流量峰值設(shè)計，基于代價的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射必然帶來不必要的能耗。以節(jié)能為目標(biāo)的虛擬 網(wǎng)絡(luò)化映射應(yīng)在滿足當(dāng)前虛擬網(wǎng)絡(luò)請求的前提下最小化能耗。由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對流量負(fù) 荷的功耗不敏感，因此在不影響虛擬網(wǎng)絡(luò)映射性能的情況下盡可能多關(guān)閉或休眠網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 和鏈路是節(jié)能的有效方法。
[0004] 當(dāng)前基于能量感知的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射通過修改虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法，使得虛擬網(wǎng)絡(luò)盡 可能映射到活動的節(jié)點和鏈路，以達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能目的。如：已有通過減少物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量 分配虛擬網(wǎng)絡(luò)請求集合，提出混合整數(shù)規(guī)劃的能量感知最優(yōu)化模型，但是時間復(fù)雜度呈指 數(shù)增長，難以適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射；已有考慮到機(jī)箱能耗比路由能耗 低的特點，提出擴(kuò)展流量到網(wǎng)絡(luò)資源的節(jié)能方法，但是適合對負(fù)載敏感的設(shè)備；已有提出虛 擬網(wǎng)絡(luò)重配置的最小化能耗的啟發(fā)式方法；北京郵電大學(xué)的蘇森等提出虛擬網(wǎng)絡(luò)映射能耗 模型以及能量感知兩階段映射算法；北方交通大學(xué)的常曉林、王冰等提出混合整數(shù)規(guī)劃能 耗模型及能量感知兩階段映射算法，已有在云數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用蟻群優(yōu)化算法求解虛擬網(wǎng)絡(luò) 節(jié)能映射?？梢娔壳跋嚓P(guān)節(jié)能感知映射算法是通過修改虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法，被動地尋找有 效的底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和鏈路集合，易受到虛擬網(wǎng)絡(luò)動態(tài)特征帶來的干擾。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的反 饋控制方法，能夠快速地找到適合當(dāng)前穩(wěn)定狀態(tài)的最小底層網(wǎng)絡(luò)資源集合，以提高休眠節(jié) 點和鏈路數(shù)量，實現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的反饋控制方法，依 次包括以下步驟：
[0007] a)建立虛擬網(wǎng)絡(luò)映射模型：通過無向圖
【權(quán)利要求】
1. 一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的反饋控制方法，其特征在于：依次包括以下步驟： a) 建立虛擬網(wǎng)絡(luò)映射模型：通過無向圖
~ 對底層網(wǎng)絡(luò)建模，其 中，為底層節(jié)點集合，I/為底層鏈路集合
為底層節(jié)點屬性集合，
為底層鏈路屬 性集合，所述底層節(jié)點屬性為CPU處理器資源，底層鏈路屬性為帶寬資源；通過無向圖 (
對虛擬網(wǎng)絡(luò)建模，其中Nv為虛擬節(jié)點集合，L v為虛擬鏈路集合，
,為 虛擬節(jié)點屬性集合，為虛擬鏈路屬性集合，所述虛擬節(jié)點屬性為CPU處理器資源，虛擬鏈 路屬性為帶寬資源，把虛擬節(jié)點和虛擬鏈路映射到滿足虛擬資源需求的底層節(jié)點和底層鏈 路上，上述映射過程可進(jìn)一步分為節(jié)點映射和鏈路映射； b) 定義底層網(wǎng)絡(luò)能耗：底層網(wǎng)絡(luò)的能耗主要由底層節(jié)點能耗和底層鏈路能耗兩個部 分組成，底層節(jié)點的屬性為CPU處理器資源，底層節(jié)點的能耗與該底層節(jié)點承載的虛擬節(jié) 點總和成比例關(guān)系，定義第i個底層節(jié)點能耗為：
其中，Pb為節(jié)點的基本能耗，Pm為節(jié)點的最大能耗，Pi = Pm_Pb，u為能耗因子，定義底層 鏈路的能耗Pn為常量，則第j條鏈路能耗為：
c) 設(shè)置底層網(wǎng)絡(luò)休眠標(biāo)志算法：初始化已設(shè)置休眠底層鏈路數(shù)量，使得休眠的底層鏈 路數(shù)量sin = 0,初始化所有底層節(jié)點和底層鏈路的激活標(biāo)志，初始化底層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的度； 然后輸入sle印S當(dāng)滿足sin小于sleep1的條件時，就進(jìn)入設(shè)置休眠標(biāo)志的循環(huán)體，其中 sleep1為底層鏈路休眠數(shù)量，在循環(huán)過程中找到最小度的激活標(biāo)志節(jié)點，設(shè)置該激活標(biāo)志 節(jié)點以及與該激活標(biāo)志節(jié)點相連的底層鏈路的休眠標(biāo)志，并記錄設(shè)置休眠的底層節(jié)點和底 層鏈路數(shù)量，更新底層節(jié)點的度，以保證底層網(wǎng)絡(luò)的連通性； d) 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射反饋控制算法：根據(jù)映射結(jié)果反饋記錄中給定的LNum作為輸入值， LNum是休眠鏈路的數(shù)量，調(diào)用c)步驟中設(shè)置底層網(wǎng)絡(luò)休眠標(biāo)志算法，實現(xiàn)底層節(jié)點和底層 鏈路的休眠標(biāo)志，并記錄新的LNum,具體步驟如下： 調(diào)用NodeEmbedO算法實現(xiàn)節(jié)點映射，如果節(jié)點映射成功，則進(jìn)入鏈路映射，否則以步 長LDecrNum減少休眠的數(shù)量，LDecrNum表示休眠步長，直到LNum < 0,返回節(jié)點映射失敗 標(biāo)志，即表示該底層節(jié)點沒有休眠的可能性； 調(diào)用LinkEmbedO算法實現(xiàn)鏈路映射，如果鏈路映射成功，則設(shè)置映射成功標(biāo)志并記 錄新的LNum，否則以步長LDecrNum減少休眠的數(shù)量，LDecrNum表示休眠步長，直到LNum < 0,返回鏈路映射失敗標(biāo)志，即表示該底層鏈路沒有休眠的可能性。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的反饋控制方法，其特征在于：所 述步驟a)的節(jié)點映射中一個虛擬網(wǎng)絡(luò)的不同虛擬節(jié)點不允許映射到同一底層節(jié)點，所述 鏈路映射分為單路徑映射和多路徑映射，虛擬網(wǎng)絡(luò)全部接收的狀態(tài)為系統(tǒng)非飽和狀態(tài)；虛 擬網(wǎng)絡(luò)未全部接收的狀態(tài)為系統(tǒng)飽和狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的反饋控制方法，其特征在于：所 述步驟c)設(shè)置底層網(wǎng)絡(luò)休眠標(biāo)志算法中，設(shè)置底層節(jié)點和地測鏈路的休眠標(biāo)志時應(yīng)保持 底層網(wǎng)絡(luò)的連通性，即休眠底層節(jié)點的同時應(yīng)該休眠相對應(yīng)的底層鏈路，在休眠底層鏈路 的同時也應(yīng)該休眠相對應(yīng)的底層節(jié)點。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種高效節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的反饋控制方法，其特征在于：所 述步驟d)中NodeEmbedO算法是在激活標(biāo)志的底層節(jié)點和底層鏈路中映射節(jié)點的算法， NodeEmbedO算法采用經(jīng)典啟發(fā)式算法；LinkEmbedO算法是在激活標(biāo)志的底層節(jié)點和底 層鏈路中映射鏈路的算法，LinkEmbedO采用最短路徑單路徑鏈路算法。
【文檔編號】H04L12/46GK104158717SQ201410322998
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】蔣云良, 陳曉華, 李春芝 申請人:湖州師范學(xué)院