[发明专利]一种无线网络虚拟化环境下的映射方法

说明书

本发明请求保护一种无线网络虚拟化环境下的映射算法。针对目前无线网络虚拟化映射算法的研究没有考虑到将带宽、频谱这一类可在一定范围内可以在不同基础设施之间共享分配的公共资源，与功率、计算能力等这一类只属于固定硬件设备无法互相调度利用的私有资源进行明确定义和区分。本发明提出一种功率资源和频谱资源联合优化的映射算法，综合考虑二者的相互影响，同时通过定义反映物理网络负载水平的单位资源成本，来构造虚拟网络映射的成本函数，以最小化映射成本为优化目标，实现物理网络的负载均衡，在虚拟网络映射的过程中采用路径分离的方法，提高物理资源的利用效率的同时增大虚拟网映射成功的几率。

技术领域

本发明属于无线网络虚拟化环境下映射算法的研究，属于资源分配范畴，特别涉及可共享的公共资源(如频谱等)和非共享的私有资源(如功率等)结合的资源分配的研究。

背景技术

随着多种无线通信技术日益成熟和多样化移动服务大量涌现，未来无线网络呈现出密集部署、多样业务、异构网络并存的多样化形态。在复杂网络环境下，多种无线网络技术的兼容性、用户对不同无线接入网络的选择、异构网络之间切换等问题，是无线网络发展面临的新挑战。无线网络虚拟化技术的提出为异构无线网络提供了一种有效管理方式，通过对网络资源的抽象和统一表征、资源共享和高效复用，实现异构无线网络的共存与融合。无线网络虚拟化可使复杂多样的网络管控功能从硬件中解耦出来，抽取到上层做统一协调和管理，从而降低网络管理成本，提升网络管控效率。集中化控制使得没有无线网络基础设施的服务提供商也可以为用户提供差异化的服务。

网络虚拟化环境与当前Internet的最大区别就在于:当前的Internet仅仅由互联网服务提供商一个角色组成，而网络虚拟化环境由两个不同的角色组成，即基础设施提供商(Infrastructure providers,InP)和服务提供(Service Providers,SP)。其中基础设施提供商负责物理网络设施的建设及运维，虚拟化、抽象化物理资源以及监视、管理物理网络资源并能够按需地建立虚拟资源，向服务提供商提供物理链路、可编程的路由器等物理资源；而服务提供商从一个或多个基础设施提供商租赁资源来建立自己的虚拟网络、部署定制的协议为虚拟网络用户提供端到端的传输服务。网络虚拟化环境下，基于基础设施提供商与服务提供商分离的设计机制，多种异构虚拟网络可以共享底层公共的物理网络资源，进而共享建设及运维成本，降低了高昂的物理网络设施维护成本。

为虚拟网的建立所进行的资源配置工作称为虚拟网映射，是网络虚拟化研究的关键的问题。虚拟网络映射(Virtual Network Mapping,VNM)，或称虚拟网络嵌入(VirtualNetwork Embedding,VNE)是根据服务提供商(Service Provider,SP)建立虚拟网络(Virtual Network,VN)的请求(包括拓扑、资源需求和位置限定等要素),在不破坏底层资源约束的前提下,如何将多个具有不同拓扑的虚拟网络同时映射到共用的基础设施中,并且保证底层资源的有效利用性。为了映射整个虚拟网络，虚拟网络映射要为虚拟节点在物理网络找到一个合适的物理节点，且需要满足节点的资源请求，同时，为虚拟链路在物理网络上找到一条物理路径，并且每一条路径的剩余资源都要满足虚链路映射的请求。底层物理网络由多个基础设施提供商组成，他们之间是合作与竞争的关系，如果虚拟网络跨多个基础设施提供商映射，需要多个基础设施提供商之间进行合作。

在进行虚拟网络映射时，如果需要同时考虑资源约束、准入控制、在线请求、拓扑多样性等多方面的问题，将使得虚拟网络映射问题变得极为复杂，由此带来的优化问题通常都是NP难的。即使忽略其中的几个因素，虚拟网络映射问题依然很复杂。最普遍情况下只考虑节点和链路资源约束的虚拟网络映射问题就是NP难的。即使只考虑链路资源约束，在虚拟节点已经映射完成的情况下，满足带宽约束的虚拟网络映射问题可以归约到路径分离问题，依然是个NP难问题。因为虚拟网络映射问题通常是NP难的，无法在多项式时间内求取最优解，因此在解决虚拟网络映射问题时，往往通过简化问题或增加假设来减少搜索空间，获取近似最优解。