虚拟网络映射模型和算法研究

虚拟网络映射是网络虚拟化的关键问题之一,其目的是在满足虚拟网络资源需求的前提下,为该虚拟网络分配合适的底层网络节点和链路资源,从而在共享的物理网络基础设施之上构建彼此隔离的多重异构虚拟网络,为网络基础创新研究提供实验环境和平台,为网络新应用提供承载服务。论述了虚拟网络映射模型和映射算法,并提出基于最小割集理论设计VN映射算法。     

一种基于约束优化的虚拟网络映射方法

虚拟网络映射问题将不同的虚拟网络应用映射到相同的基础设施网络中,这是一个极具挑战性的问题.针对该问题,提出了一种基于约束优化的虚拟网络映射方法,将映射问题分解为节点映射和链路映射两个阶段,其中,前者是将虚拟节点映射到物理节点上,后者将虚拟链路映射到物理路径上,它们都是NP难问题.针对节点映射和链路映射分别提出了node-mapping算法和link-mapping算法.node-mapping算法基于贪婪算法的思想,映射时考虑了物理节点所能提供的资源数量以及物理节点间距离两个因素,该算法能够保证基础设施网络中各节点间的负载相对均衡;同时,通过采用访问控制机制,过滤一些异常的虚拟网络请求,能够有效地提高资源的使用效率.link-mapping算法基于人工智能领域中的分布式约束优化思想,其能够保证得到的解是全局最优的,即映射链路的代价最小.最后,通过模拟实验对该方法进行验证,实验结果表明该方法在求解虚拟网络映射问题时的性能良好.     

基于节点抗毁能力感知的虚拟网络可靠映射算法

为提高虚拟网络映射的可靠性,考虑影响底层物理节点抗毁能力的节点有效性、适应性、黏聚度及可用计算资源等因素,提出一种改进的虚拟网络映射算法。采用逼近理想解排序法对底层物理节点的抗毁能力进行排序,将虚拟节点映射至抗毁能力最强的物理节点上,当物理节点故障时重映射至抗毁能力次强的节点上应对物理节点失效的情况。仿真结果表明,在满足抗毁性约束的条件下,该算法能够有效降低底层物理网络的开销,提高虚拟网络映射成功率。     

基于多节点故障恢复的虚拟网络映射算法

为保障虚拟网络映射成功,大量研究者提出许多虚拟网络映射算法,但在这些算法中,一部分忽略了物理网络发生故障的情况,另一部分只考虑了单个物理节点发生故障。为此,针对在物理网络出现多个节点故障问题,提出一种基于多节点故障恢复的虚拟网络映射算法。将物理网络资源按比例分为主、备用资源,在虚拟请求到达之前,每个物理节点都会通过广度优先搜索算法创建节点候选集合;当发生多节点故障时,采用提出的节点选择策略找到最佳候选节点;依据所提目标函数对受影响的虚拟节点逐一进行重映射。仿真结果表明,该算法具有最佳的长期业务利润,提高了虚拟网络恢复率,缩短了故障恢复时延。     

面向多链路故障的生存性虚拟网络映射算法

针对物理网络发生多链路故障情况下的虚拟网络映射问题,提出一种生存性虚拟网络映射算法.该算法为物理链路提供备份资源,并采用多路径选择算法创建备份路由集合.根据目标函数求解整数线性规划,从故障链路备份路由集中选择带宽资源平衡度最大的路径,为受链路故障影响的虚拟链路进行重映射.仿真结果表明,该算法可有效缩短故障恢复时延,提高...     

基于SDN的虚拟网络重映射方法研究

针对底层网络中关键资源成为虚拟网络映射过程中的瓶颈问题,提出一种在SDN环境的基于拓扑感知的虚拟网络映射算法,算法通过提出资源关键度和资源负载度的底层资源度量方式,通过使用提出的资源度量方式进行映射,并感知底层网络资源负载进行动态调整。仿真结果表明,算法在请求成功率、收益花费比和资源负载均衡度方面具有较好的性能。     

基于负载均衡的无线虚拟网络映射算法

针对网络僵化的问题,目前多采用网络虚拟化（NV）方法进行解决,其关键技术是虚拟网络映射（VNE）。为解决无线VNE过程中功率和带宽资源使用不均衡的问题,基于负载均衡原理提出一种联合资源分级的无线VNE算法。首先,采用新的节点资源排序方式,其中将节点功率和平均链路带宽作为排序依据;其次,对资源进行分级,以动态调整虚拟网络请求对功率和带宽资源的需求;最后,改进功率和带宽资源的单位成本,并以最小化成本为目标函数选择资源分配方案。与原有的无线VNE算法WVNE-JBP相比,所提算法的总体接受率提高了11.7个百分点,平均功率利用率提高了4.4个百分点,平均带宽利用率提高了1.6个百分点。实验结果表明,所提算法能有效提高虚拟网络接受率和资源利用率。     

基于软件定义网络的可靠性虚拟网络映射保障机制

在软件定义网络（SDN）虚拟网络映射中,现有研究者主要考虑请求接受率方面,而忽视了SDN中底层资源失效的问题。为此,针对SDN中可靠性虚拟网络映射（SVNE）问题,提出了一种联合先验式保护和后验式恢复的虚拟网络映射保障机制。首先,在虚拟请求接受之前,对SDN物理网络区域性资源进行感知;然后,采用先验式保护机制为映射域内相对剩余资源变小的虚拟网络元素预留备份物理资源,并将此扩展虚拟网络通过D-ViNE算法映射至物理网络中;最后,在未备份虚拟网络元素发生故障时,采用后验式恢复算法完成故障的恢复,对节点和链路分别采用重映射和重路由的方法完成恢复。实验结果表明,与基于SDN的生存性虚拟网络映射算法（SDN-SVNE）相比,在虚拟请求接受率方面提高了21.9%。另外,该保护机制在虚拟级别故障恢复率、物理级别故障恢复率等方面也具有优势。     

优化的虚拟网络两阶段协同映射算法

虚拟网络映射问题是网络虚拟化的关键问题,以往的研究多采用节点映射和链路映射两阶段分离的启发式算法。本文以降低映射的资源花费为依据,以提高映射成功率和底层资源利用率为目的,提出一种采用两阶段协同映射思想,并结合链路分流和路径迁移技术的映射算法。模拟实验表明,该算法具有较高的映射成功率和较高的收益花费比。     

改进的两阶段虚拟网映射算法

在两阶段虚拟网映射算法的基础上,将映射时物理节点的地理位置约束纳入考虑,并修改节点可重复映射算法,提出一种结合节点资源迁移和链路分割思想的改进算法。仿真结果表明,与原算法相比,改进算法的虚拟网映射成功率可提高10%左右,物理网络的长期平均收益约提高15%,收益成本比约提高12%。     

基于业务类型的网络切片可靠性映射算法

网络切片是5G网络的基础架构技术,为在多个切片共享同一底层网络资源的同时保证切片的可靠性,提出一种区分业务类型的网络切片可靠性映射算法,解决底层网络链路故障、网络切片可靠性与资源利用率相互矛盾的问题.通过区分切片承载业务类型,对高可靠低时延切片请求的链路提前构建备份路径,并采用基于最大生成树链路的备份资源共享保护方法,...     

基于多链路故障的网络切片生存性算法

为了保证当底层网络的多条物理链路发生故障时用户业务能够不间断,提出一种基于多链路故障的网络切片生存性算法。通过区分切片上承载的业务类型,当高可靠低延迟切片请求到达后,将物理节点按节点重要度排序后进行映射,再对故障链路采用多备份路径算法,选取带宽资源消耗最少的路径依次对故障链路进行重映射,当高带宽切片请求到达后,采用广度优先搜索的节点映射算法,再通过多备份路径对故障链路进行恢复。仿真结果表明,该算法能够提高切片平均映射成功率、长期平均收益开销比、物理链路利用率和故障恢复率,缩短平均故障恢复时延。     

一种基于协作博弈的虚拟网络嵌入策略

针对现有云服务中虚拟网络嵌入方法无法有效处理硬件故障的不足,提出一种基于协作博弈的高可靠性虚拟网络嵌入策略CG-VNE（virtual network embedding strategy based on cooperative game）,其目标是通过使客户们的接受率最大化使云供应方的收入最大,同时将底层路由器或链路故障导致的虚拟网络中断率降到最低．为了回避虚拟网络映射过程的指数级复杂度,CG-VNE将虚拟网络嵌入问题阐述为两个互相交错的协作博弈：第1个博弈处理虚拟节点映射问题,第2个博弈处理虚拟链路的嵌入问题．通过这两种博弈,虚拟博弈方通过合作即可达到纳什平衡,在提升云提供商的收入的同时有效地处理了路由器和链路的物理故障．全面的仿真实验结果表明,在新客户拒绝率、云服务收入及受到物理故障影响的客户率3个方面,相比于目前大多数虚拟网络嵌入算法而言,CG-VNE的性能提升明显．     

低故障恢复开销的软件定义网络控制器布局算法

控制器部署技术是软件定义网络的重要研究方向.现有控制器布局技术更多地关注节点故障时网络的鲁棒性布局方法,缺乏对连边故障情况下的灾备分析.为了解决这个问题,建立了一种低故障恢复开销软件定义网络控制器布局模型,该模型针对连边故障进行设计,并利用基于模拟退火思想的算法进行求解.仿真结果表明,该模型及算法在尽量少地损失网络时延...     

基于节点映射与标签数据构建的链接预测方法

为改进基于局部或全局信息相似性度量方法中存在的无法全面提取网络结构信息的问题,以及基于网络表示学习的方法不能对链接的不存在性进行度量的问题,提出一种结合节点向量化方法与机器学习分类算法的Net2Vec-CLP框架.使用具有重启机制的随机游走方法获得节点环境序列,将源网络信息转换成向量表示,在此基础上生成标签数据集,使用...     

基于安全分级的网络切片备份与重映射方法研究

在未来5G核心网虚拟化环境中通用的X86服务器使攻击者容易发掘漏洞,底层网络也更易感染和传播病毒,进而造成单个物理节点失效问题,严重影响网络切片的服务性能。首先在现有节点备份和重映射应对方案基础上,考虑节点间的安全约束关系对网络安全性能的影响,提出网络切片中虚拟节点与物理节点的安全参数评估模型,建立虚拟节点与物理节点之间的安全约束关系;然后基于安全参数评估模型选出备份虚拟节点并设计备份映射方法;最后在满足网络时延要求下设计节点重映射机制。实验结果表明,所提方法能够在满足网络切片的服务性能要求下,显著提升网络的入侵容忍能力。     

一种改进的以太网物理网络拓扑发现方法

当前物理网络拓扑发现方法存在诸多问题,例如不能发现路由器或者三层交换机路由口物理拓扑乃至整个局域网的物理网络拓扑等。为此,提出一种改进的以太网物理网络拓扑发现方法,该方法利用简单网络管理协议信息进行分析,可以发现路由器、三层交换机、二层交换机、网桥、集线器之间的物理链路。采用基于该方法编制的程序,对一个典型的网络进行拓扑发现,可以得到正确的结果,由此验证该方法的可行性及有效性。