[发明专利]一种高效节能虚拟网络映射的反馈控制方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及网络映射的反馈控制方法的技术领域，特别是一种高效节能虚拟网络映射的反馈控制方法的技术领域。

【背景技术】

随着电力成本不断上涨和人们生态意识的提高，网络运营商已经意识到能耗管理的重要性，减少能耗已成为亟待解决的问题。当前网络为高峰负荷而设计，网络资源超量供给确保了网络的正常运行，然而也导致资源利用率低下。据统计，大型ISP骨干网的平均链路利用率大约30-40％，数据中心服务器的平均利用率为11％～50％。过低的利用率造成了巨大的电能浪费，促使绿色网络研究的兴起，网络能耗问题成为研究热点。

网络虚拟化，是未来因特网、云计算和软件定义网络的重要技术。其通过整合网络基础设施资源，能够合理有效地使用能量，使得智能能量感知网络部署成为可能。虚拟网络映射是网络资源虚拟化的关键问题。当前大部分映射算法是基于代价的虚拟网络映射，即以最小化底层资源代价映射虚拟网络请求，以此获得更多的底层物理资源，进而提高虚拟网络接收率与系统收益。然而，由于虚拟网络请求是一个动态变化过程，而底层物理网络根据流量峰值设计，基于代价的虚拟网络映射必然带来不必要的能耗。以节能为目标的虚拟网络化映射应在满足当前虚拟网络请求的前提下最小化能耗。由于当前网络设备对流量负荷的功耗不敏感，因此在不影响虚拟网络映射性能的情况下尽可能多关闭或休眠网络节点和链路是节能的有效方法。

当前基于能量感知的虚拟网络映射通过修改虚拟网络映射算法，使得虚拟网络尽可能映射到活动的节点和链路，以达到系统节能目的。如：已有通过减少物理网络设备数量分配虚拟网络请求集合，提出混合整数规划的能量感知最优化模型，但是时间复杂度呈指数增长，难以适应大规模网络基础设施的虚拟网络映射；已有考虑到机箱能耗比路由能耗低的特点，提出扩展流量到网络资源的节能方法，但是适合对负载敏感的设备；已有提出虚拟网络重配置的最小化能耗的启发式方法；北京邮电大学的苏森等提出虚拟网络映射能耗模型以及能量感知两阶段映射算法；北方交通大学的常晓林、王冰等提出混合整数规划能耗模型及能量感知两阶段映射算法，已有在云数据中心中应用蚁群优化算法求解虚拟网络节能映射。可见目前相关节能感知映射算法是通过修改虚拟网络映射算法，被动地寻找有效的底层网络节点和链路集合，易受到虚拟网络动态特征带来的干扰。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种高效节能虚拟网络映射的反馈控制方法，能够快速地找到适合当前稳定状态的最小底层网络资源集合，以提高休眠节点和链路数量，实现底层网络节能。

为实现上述目的，本发明提出了一种高效节能虚拟网络映射的反馈控制方法，依次包括以下步骤：

a)建立虚拟网络映射模型：通过无向图对底层网络建模，其中N^s为底层节点集合，L^s为底层链路集合，为底层节点属性集合，为底层链路属性集合，所述底层节点属性为CPU处理器资源，底层链路属性为带宽资源；通过无向图对虚拟网络建模，其中N^v为虚拟节点集合，L^v为虚拟链路集合，为虚拟节点属性集合，为虚拟链路属性集合，所述虚拟节点属性为CPU处理器资源，虚拟链路属性为带宽资源，把虚拟节点和虚拟链路映射到满足虚拟资源需求的底层节点和底层链路上，上述映射过程可进一步分为节点映射和链路映射；

b)定义底层网络能耗：底层网络的能耗主要由底层节点能耗和底层链路能耗两个部分组成，底层节点的属性为CPU处理器资源，底层节点的能耗与该底层节点承载的虚拟节点总和成比例关系，定义第i个底层节点能耗为：

其中，P_b为节点的基本能耗，P_m为节点的最大能耗，P_l＝P_m-P_b，u为能耗因子，定义底层链路的能耗P_n为常量，则第j条链路能耗为：