基于超图匹配算法的虚拟网络资源分配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113645076A(43)申请公布日2021.11.12(21)申请号202110925564.6(22)申请日2021.08.12(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人刘伟张宇飞李建东(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人田文英王品华(51)Int.Cl.H04L12/24(2006.01)H04L12/46(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称基于超图匹配算法的虚拟网络资源分配方法(57)摘要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。CN113645076ACN113645076A权利要求书1/2页1.一种基于超图匹配算法的虚拟网络资源分配方法，其特征在于，在用超图表示虚拟网络向物理网络映射的关系的基础上构建初始超图；该资源分配方法的具体步骤如下：步骤1，构建虚拟网络与物理网络：(1a)基于图论理论，建模K个虚拟网络，1≤K≤20，用加权无向图Gkv表示第k个虚拟网络节点和链路的拓扑，1≤k≤K；(1b)基于图论理论，建模一个物理网络，用加权无向图Gs表示该物理网络节点和链路的拓扑；步骤2，虚拟网络向物理网络映射：(2a)随机生成一个1×d的集合，集合中每个元素为每个映射前超点的预映射超边，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，d表示虚拟网络中的超点映射到物理网络中超边的总数；(2b)若集合中每一个元素的剩余cpu核数大于超点的cpu核数，则该超点映射到超边的成功概率为1，否则，概率为0；(2c)选择一条未映射的虚拟链路，采用Floyd算法，寻找所选虚拟链路两端两个超点所在超边之间的最短路径，将所选虚拟链路映射到该最短路径上；(2d)判断是否映射完所有的虚拟链路，若是，则执行步骤3，否则，执行步骤(2c)；步骤3，生成独立集：(3a)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；(3b)将初始超图中的每条超边对应生成冲突图中的一个顶点，若超边之间有相交的超点，则在冲突图中对应的顶点之间形成一条边；(3c)按照下式，计算物理网络中每台服务器对应的顶点的功耗：ω(pi)＝‑(Pmin+(Pmax‑Pmin)×Ui)其中，ω(pi)表示物理网络中第i台服务器对应的顶点pi的功耗，Pmin表示物理网络中所有服务器在空闲状态的平均功耗，Pmax表示物理网络中所有服务器的满载功耗，Ui表示物理网络中第i台服务器的cpu核数利用率；(3d)初始化一个空的集合，选取冲突图顶点集中功耗值最大的顶点放入该集合中，并从冲突图顶点集中删除此顶点与其相邻的顶点，以此类推，得到存入到集合中的顶点的初始独立集；(3e)将初始独立集中的顶点按功耗值升序排列，选择初始独立集中未选择过的功耗值最小的顶点，初始化一个空集，将冲突图顶点集中与该顶点相邻的顶点放入该集合中，并按顶点的功耗值降序排列，得到存入到集合中的顶点的相邻集；(3f)将初始独立集中所选的顶点作为claw图的中心点，在该中心点的相邻集中寻找图；其中，表示中claw的数量，(3g)判断E(S*)＜E(S)是否成立，若是，则用S*替换S后执行步骤(3e)，否则，执行步骤4，其中，E(S*)表示图中的claw替换初始独立集S中该图的中心点后的初始独立集S*中所有顶点的总功耗，E(S)表示初始独立集S中所有顶点的总功耗；步骤4，完成虚拟网络资源分配：2CN113645076A权利要求书2/2页将S*中的每个顶点转化成对应的服务器，完成虚拟网络资源的分配。2.根据权利要求1所述基于超图匹配算法的虚拟网络资源分配方法，其特征在于，步骤(3c)中所述物理网络中第i台服务器的cpu核数利用率是由下式得到的：其中，∑表示求和操作，Mk表示中虚拟节点的总数，u表示映射后虚拟网络中虚拟节点的序号，1≤u≤Mk，表示映射后第k个虚拟网络的第u个虚拟节点，虚拟网络中的每个虚拟节点代表一个用户，表示用户的cpu核数资源需求，xk,u,i表示第k个虚拟网络的第u个虚拟节点映射至第i台服务器成功的概率，xk,u,i＝1表示映射成功，否则，xk