虚拟网络映射算法研究

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网络虚拟化技术实现了底层物理网路资源的抽象隔离,使得多个虚拟网络能够同时独立地运行于同一个底层物理网络上,并为用户提供多样化的网络服务。虚拟网络映射是网络虚拟化的关键技术之一,通过动态地将底层物理网络资源分配给虚拟网络,实现了虚拟网络到底层物理网络的高效嵌入。
  为了提高底层物理网络资源利用率,虚拟网络映射算法需要优化分配底层网络资源,并高效地完成虚拟网络的嵌入。虚拟网络对节点资源和链路资源的多样化需求,使得底层物理网络中节点和链路易出现资源使用不均衡,即资源碎片化。由于碎片资源具有资源块小且分散的特点,在虚拟网络映射过程中很难被使用,直接减少了底层物理网络的可用资源量。针对虚拟网络映射过程中的底层物理网络资源碎片化问题,本文提出了一种基于底层物理网络碎片的虚拟网络映射算法,一种基于拓扑特性的虚拟网络映射算法,以及一种基于全局碎片度的虚拟网络重配置算法。论文主要贡献如下:
  1)本文首先扩展了图论中连通度的概念,定义了图中节点和链路的连通度,并定义了新的参数-资源碎片度(Resource Fragmentation Degree,RFD),用于描述底层物理节点和链路的碎片化程度;基于RFD,定义了虚拟网络映射对底层物理网络的碎片化代价,即碎片资源。
  2)本文考虑到底层物理网络资源碎片化问题,将虚拟网络映射建模为混合整数规划问题。新的优化目标中包含了最小化虚拟网络映射实际占用资源和碎片资源;为了求解该优化问题,本文设计了在线模式下的虚拟网络映射算法,其主要思想是最小化虚拟网络实际占用资源和产生的底层物理网络碎片资源。
  3)为了更好地描述底层物理网络资源碎片化状态,本文扩展了碎片度的定义,将底层物理网络元素之间的连通性影响关系建模为马尔科夫链;并由稳态下的连通度得出全局碎片度(Global Resource Fragmentation Degree,G-RFD);G-RFD更好地描述了底层物理网络资源碎片化程度;同时,也反映了底层物理网络的拓扑特性。
  4)考虑到网络的动态性,本文设计了基于底层物理网络碎片度的虚拟网络重配置算法;该重配置算法能够有效地减少底层物理网络的碎片资源,提高了动态环境下底层物理网络资源利用率。
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