基于负载压力的虚拟网络映射算法研究

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随着互联网规模的急剧扩张和新兴应用的不断涌现,现有互联网架构在安全性、移动性、可扩展性以及能耗等方面存在的问题日益凸显。为解决这些问题,越来越多的新协议和新技术被引入到互联网体系结构中。但是,这种修修补补、添砖加瓦的方式又造成了互联网的臃肿和僵化。网络虚拟化技术作为解决当前互联网僵化问题的重要手段,受到了各国研究者的高度重视。如何将多个异构的虚拟网络映射至同一底层物理网络,即实现虚拟网络映射,是虚拟网络技术中亟待解决的一大难题。因此,开展虚拟网络映射算法的研究具有重要的理论意义和实用价值。论文介绍了虚拟网络映射算法的分类,分析了各种映射策略的优缺点。由于两阶段映射算法在算法复杂度和映射效果方面有着较好的平衡,因此本文选用两阶段的映射策略。而网络虚拟化环境下的节点映射和链路映射是一个NP-hard问题,目前多采用启发式算法求解。论文从优化底层网络负载压力着手,对现有的映射方案进行改进,提出了一种新的虚拟网络映射算法。首先,在节点映射阶段,以优化节点压力为目标,提出了一种基于压力均衡的虚拟节点映射算法。该算法受无线资源管理中注水原理的启发,同时结合贪婪算法的优点,在物理节点剩余资源充足时,优先选取剩余资源量大的节点进行映射,而当物理节点剩余资源较少时,则将虚拟节点映射至节点压力最小的物理节点。这种将剩余资源量与节点压力相结合的映射策略,可以避免瓶颈节点的出现,改善物理网络负载均衡性能。其次,在链路映射阶段,通过对传统多商品流算法进行改进,提出了一种基于压力反馈的虚拟链路映射算法。该算法设计了物理链路剩余带宽反馈因子来有效地区分物理链路的映射接纳能力。通过将虚拟链路映射函数与物理链路负载状态联系起来,物理网络能够实现链路资源的自适应分配,并最终达到降低链路压力,提高负载均衡性能的目的。最后,将改进的节点映射算法和链路映射算法联合起来,与其他映射方案进行仿真比较。实验结果表明,基于负载压力的虚拟网络映射算法能够同时降低节点压力和链路压力,改善物理网络的负载均衡性能,提高资源利用率。
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