一種無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下的映射算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下映射算法的研究，屬于資源分配范疇，特別設(shè) 及可共享的公共資源（如頻譜等）和非共享的私有資源（如功率等）結(jié)合的資源分配的研 究。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著多種無線通信技術(shù)日益成熟和多樣化移動服務(wù)大量涌現(xiàn)，未來無線網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn) 出密集部署、多樣業(yè)務(wù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)并存的多樣化形態(tài)。在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，多種無線網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)的兼容性、用戶對不同無線接入網(wǎng)絡(luò)的選擇、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間切換等問題，是無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展 面臨的新挑戰(zhàn)。無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的提出為異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)提供了一種有效管理方式，通 過對網(wǎng)絡(luò)資源的抽象和統(tǒng)一表征、資源共享和高效復(fù)用，實現(xiàn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的共存與融合。 無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化可使復(fù)雜多樣的網(wǎng)絡(luò)管控功能從硬件中解禪出來，抽取到上層做統(tǒng)一協(xié)調(diào) 和管理，從而降低網(wǎng)絡(luò)管理成本，提升網(wǎng)絡(luò)管控效率。集中化控制使得沒有無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè) 施的服務(wù)提供商也可W為用戶提供差異化的服務(wù)。 陽003] 網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境與當(dāng)前Internet的最大區(qū)別就在于：當(dāng)前的Internet僅僅由互 聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商一個角色組成，而網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境由兩個不同的角色組成，即基礎(chǔ)設(shè)施提 供商（Infras1:;ruc1:ureproviders,InFO和服務(wù)提供（ServiceProviders,SFO。其中基礎(chǔ) 設(shè)施提供商負(fù)責(zé)物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的建設(shè)及運(yùn)維，虛擬化、抽象化物理資源W及監(jiān)視、管理物理 網(wǎng)絡(luò)資源并能夠按需地建立虛擬資源，向服務(wù)提供商提供物理鏈路、可編程的路由器等物 理資源；而服務(wù)提供商從一個或多個基礎(chǔ)設(shè)施提供商租賃資源來建立自己的虛擬網(wǎng)絡(luò)、部 署定制的協(xié)議為虛擬網(wǎng)絡(luò)用戶提供端到端的傳輸服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下，基于基礎(chǔ)設(shè)施 提供商與服務(wù)提供商分離的設(shè)計機(jī)制，多種異構(gòu)虛擬網(wǎng)絡(luò)可W共享底層公共的物理網(wǎng)絡(luò)資 源，進(jìn)而共享建設(shè)及運(yùn)維成本，降低了高昂的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)施維護(hù)成本。
[0004] 為虛擬網(wǎng)的建立所進(jìn)行的資源配置工作稱為虛擬網(wǎng)映射，是網(wǎng)絡(luò)虛擬化研究的關(guān) 鍵的問題。虛擬網(wǎng)絡(luò)映射（Virtual化tworkMapping,VNM)，或稱虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入（Virtual 化tworkEmbedding,VNE)是根據(jù)服務(wù)提供商（ServiceProvider,SF*)建立虛擬網(wǎng)絡(luò) (Virtual化twork,VN)的請求（包括拓?fù)?、資源需求和位置限定等要素），在不破壞底層資 源約束的前提下，如何將多個具有不同拓?fù)涞奶摂M網(wǎng)絡(luò)同時映射到共用的基礎(chǔ)設(shè)施中，并 且保證底層資源的有效利用性。為了映射整個虛擬網(wǎng)絡(luò)，虛擬網(wǎng)絡(luò)映射要為虛擬節(jié)點(diǎn)在物 理網(wǎng)絡(luò)找到一個合適的物理節(jié)點(diǎn)，且需要滿足節(jié)點(diǎn)的資源請求，同時，為虛擬鏈路在物理網(wǎng) 絡(luò)上找到一條物理路徑，并且每一條路徑的剩余資源都要滿足虛鏈路映射的請求。底層物 理網(wǎng)絡(luò)由多個基礎(chǔ)設(shè)施提供商組成，他們之間是合作與競爭的關(guān)系，如果虛擬網(wǎng)絡(luò)跨多個 基礎(chǔ)設(shè)施提供商映射，需要多個基礎(chǔ)設(shè)施提供商之間進(jìn)行合作。 陽0化]在進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)映射時，如果需要同時考慮資源約束、準(zhǔn)入控制、在線請求、拓?fù)?多樣性等多方面的問題，將使得虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題變得極為復(fù)雜，由此帶來的優(yōu)化問題通 常都是NP難的。即使忽略其中的幾個因素，虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題依然很復(fù)雜。最普遍情況下 只考慮節(jié)點(diǎn)和鏈路資源約束的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題就是NP難的。即使只考慮鏈路資源約束， 在虛擬節(jié)點(diǎn)已經(jīng)映射完成的情況下，滿足帶寬約束的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題可W歸約到路徑分 離問題，依然是個NP難問題。因為虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題通常是NP難的，無法在多項式時間內(nèi) 求取最優(yōu)解，因此在解決虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題時，往往通過簡化問題或增加假設(shè)來減少捜索 空間，獲取近似最優(yōu)解。
[0006] 目前虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法研究面臨很多挑戰(zhàn)，尤其在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中面臨的問題更 為突出。無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有自身的架構(gòu)特點(diǎn)W及特定的約束，其優(yōu)化算法的設(shè)計更值得 進(jìn)一步的深入研究。X.Lv在（參見文獻(xiàn)：XiaLv,AoXiong,SiunliZhang,andXuesong Qiu,VCG-basedBandwidthAllocationSchemeforNetworkVirtualization[C],in Proceedingsof2012IEEESymposiumonComputerandCommunic曰tions(ISCC),pp. 7 44-749,July2012.)中提出基于VCG(Vickrey-Clarke-Grove)機(jī)制的資源分配機(jī)制，該 機(jī)制通過抑制SP自私性，達(dá)到最大化SP的總收益。之后又設(shè)計了Q學(xué)習(xí)競價選擇算法， 使得SP獲得最優(yōu)的競價策略；D.化n提出了一種針對無線多跳網(wǎng)絡(luò)的映射算法，有效的利 用物理層資源（參見文獻(xiàn)：Donggyu化n,JungseulOK,BongjhinShin,SoobumPark,and YungYi,Embeddingofvirtualnetworkrequestsoverstaticwirelessmultihop networks[J],ComputerNetworks,vol.57,pp. 1139-1152,April2013.)?；冢▍⒖?文獻(xiàn)：FuF,KozatUC."WirelessNetworkVirtualizationasASequentialAuction Game"[C]，IE邸INFOCOM2010.)提出一個虛擬無線網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)框架，其中，網(wǎng)絡(luò)控制器 (networkoperator:N0)負(fù)責(zé)資源分配，SPs根據(jù)用戶巧U)的行為對網(wǎng)絡(luò)資源投標(biāo)，NO通 過執(zhí)行Vickrey-Clarke-Groves(VCG)機(jī)制進(jìn)行拍賣，將其建模為一個斯坦伯格博弈并找 到最優(yōu)解。
[0007] 在無線環(huán)境下，映射算法的研究很少，同時直接將有線環(huán)境下的映射算法放在無 線環(huán)境中是不適用的。首先，在現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化的映射算法中，沒有將帶寬、頻譜運(yùn) 一類可在一定范圍內(nèi)可W在不同基礎(chǔ)設(shè)施之間共享分配的公共資源，與功率、計算能力等 運(yùn)一類只屬于固定硬件設(shè)備無法互相調(diào)度利用的私有資源進(jìn)行明確定義和區(qū)分，并且在資 源分配中也沒有詳細(xì)考慮不同性質(zhì)的資源之間的差異性、互補(bǔ)性和替代性，資源配置所需 要的成本W(wǎng)及同時產(chǎn)生的不利影響（如干擾），W及對系統(tǒng)性能的綜合影響。例如：同時， 在某一類資源（如功率）緊張，而另一類資源（如頻譜）富余，在滿足業(yè)務(wù)需求（如容量） 的前提下，如何權(quán)衡配置方案、通過怎樣的數(shù)據(jù)調(diào)度來實現(xiàn)靈活的資源聯(lián)合優(yōu)化決策也是 亟待解決的問題。
[0008] 其次，在虛擬網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程中，需要同時考慮物理節(jié)點(diǎn)和鏈路的負(fù)載壓力，統(tǒng) 一均衡的協(xié)調(diào)各個虛擬網(wǎng)絡(luò)對底層物理資源的占用，防止虛擬網(wǎng)絡(luò)映射時只考慮滿足自 身資源的最小需求而不顧及資源的合理使用，造成某些局部資源的過度使用，而其他局部 資源則可能閑置而用不上。所W高效的資源利用就包括了負(fù)載均衡的問題。
[0009] 然后，無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別在于無線傳輸鏈路易受環(huán)境影響而對信號 造成衰減。由于無線鏈路具有廣播性質(zhì)，一個節(jié)點(diǎn)發(fā)出的無線電信號可W被其他多個節(jié)點(diǎn) 獲取，故無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化的映射過程中需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)中干擾信號對映射性能的影響。
[0010] 最后，對于一個虛擬請求，在滿足速率需求的情況下，把一條虛擬鏈路映射到多條 物理路徑上，相對于一條虛擬鏈路映射至一條物理路徑的方法，無疑能對虛擬網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度 和配置帶來更多的靈活性，從而減少甚至消除虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題的約束條件，滿足盡可能 多的虛擬網(wǎng)絡(luò)請求。

【發(fā)明內(nèi)容】

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