[发明专利]基于超图匹配算法的虚拟网络资源分配方法

说明书

本发明提出了一种基于超图匹配算法的虚拟网络资源分配方法，其实现步骤为：用每个超点代表映射前虚拟网络中的一个虚拟节点，每条超边代表物理网络中的一台服务器，每条超边的功耗值代表物理网络中每台服务器的功耗，将虚拟网络中虚拟节点对应的超点映射到物理网络中服务器对应的超边构成初始超图。由于本发明是在初始超图的基础上直接寻找一个顶点不相交的超边子集的最大功耗值的过程是NP难的，继而将初始超图转化成冲突图，近似获得最大边不相交顶点的独立集，使得本发明在保证虚拟网络接收率的同时降低了数据中心服务器的总功耗。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，更进一步涉及数据通信技术领域中的一种基于超图匹配算法的虚拟网络资源分配方法。本发明可应用于数据中心环境中为虚拟网络资源进行合理分配。

背景技术

云计算已经被广泛用于大规模数据的实时处理，云数据中心的物理资源管理可通过虚拟化技术来屏蔽底层资源的异构性和复杂性，能够根据用户的需求为其按需地分配虚拟化资源。由于当前互联网数据中心IDC(Internet Data Center)规模的持续扩张，预计在2023年，我国的数据中心总能耗将突破2500亿千瓦时。然而，现有的虚拟网络资源分配方案大多数只关注于虚拟网络请求的接收率以及成本比，很少关注能耗这个指标；同时，现有的动态资源分配方案虽然降低了系统能耗，却是以损失虚拟资源公平性为代价。针对上述缺陷，利用超图可以表示对象之间的多维映射关系，从而可以用超图来表示虚拟网络请求向物理网络映射的关系，并采用能耗感知的两阶段映射的方法来求解。为了更好的分配用户请求任务，必须综合考虑物理网络中的计算资源与通信资源，基于超图匹配算法的虚拟网络资源分配方法就是用于解决这一问题的优化设计技术。

深圳先进技术研究院在其申请的专利文献“一种虚拟网络资源分配方法、系统及电子设备”(申请号：2018114303629申请公布号：CN 109412865 A)中公开了一种虚拟网络资源分配方法。该方法的具体步骤是，第一步：根据物理机上所有虚拟机的网络信息生成任务图，并采用多级图划分算法对所述任务图进行划分，得到k个互不相交的分割子集；第二步：计算各个分割子集中具有最长完成时间的关键路径，得到位于关键路径节点的虚拟机；第三步：为所述处于关键路径节点的虚拟机分配单根输入输出虚拟化的虚拟设备。该方法存在的不足之处是，采用多级图划分算法对所述任务图进行划分，会导致资源分配集中在局部，使得虚拟网络占用物理网络链路资源过大，降低虚拟网络资源的接收率。

Mengyang He,Lei Zhuang等人在其发表的论文“DROI:Energy-efficientvirtual network embedding algorithm based on dynamic regions of interest”(Elsevier 2020-Computer Networks)中提出一种感兴趣的动态区域DROI(DynamicRegion of Interest)的虚拟资源分配方法。该方法的具体步骤是，第一步：基于场论构建物理网络权值矩阵；第二步：构建对角矩阵并计算归一化的拉普拉斯矩阵；第三步：用k均值聚类，反复启用感兴趣的区域ROI(region of interest)节点和链路承载虚拟请求，减少从休眠状态转换为活动状态的节点和链路数量。使用动态分配资源的方式虽然降低了服务器系统的能耗，但是，该方法仍然存在的不足之处是，对虚拟资源进行了区域划分，无法保证虚拟资源的公平性，使得不同的资源分配方式下虚拟资源的接收率不稳定。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于超图匹配算法的虚拟网络资源分配方法，用于解决数据中心中虚拟网络资源分配不当带来的能耗过高的问题和虚拟网络接受率不稳定的问题。

本发明的技术思路是，用每个超点代表映射前虚拟网络中的一个虚拟节点，每条超边代表物理网络中的一台服务器，将每个超点随机映射到d条超边中，扩大了虚拟节点的映射范围，解决了虚拟网络接收率不稳定的问题，利用超图匹配算法，使得虚拟网络分配到少量的物理资源上，解决了数据中心中虚拟网络资源分配不当带来的能耗过高的问题。

实现本发明目的的技术方案的步骤如下：