基于擁塞規避的非均勻帶寬虛擬數據中心嵌入實現方法【
技術領域：
】[0001]本發明設及的是云計算網絡領域的技術，具體是一種基于擁塞規避的非均勻帶寬虛擬數據中屯、嵌入實現方法。【
背景技術：
】[0002]隨著云計算的普及，數據中屯、網絡(DCN)虛擬化技術引起廣泛關注。虛擬機化技術使得在物理服務器中部署多個虛擬機(V^O實例成為可能，運些虛擬機通過一個共享的物理網絡進行通信。當多個租戶的虛擬機在共享底層數據中屯、網絡產生競爭沖突時，由于網絡帶寬沒有保障引起不可預知的通信延遲和數據丟失，最終導致租賃成本提高，底層網絡提供商的收益下降。可預測的網絡性能可W通過向租戶提供一個虛擬數據中屯、(VDC)來實現。Ballani等人在"Towardspredictabledatacenternetworks，"（ACMSIGCOMMComputerCommunicationReview,vol.41，no.4，pp.242-2532011)中提出了一種基于Hose模型提出了VDC請求的抽象描述。在化se模型中，虛擬數據中屯、是一個N臺完全同構的虛擬機的集合，它們通過虛擬鏈路進行通信。[0003]R.Matthias等人在"Beyondthestars:Revisitingvirtualclusterembeddings，"（ACMSIGCOMMComputerCommunicationReview，vol.45，no.3，pp.12-18，2015.)中則提出：資源可能被執行星形拓撲嵌入所浪費，為此基于可分支化se路由提出HVC-ACE啟發算法，但只適用于均勻帶寬請求。[0004]即使已經確定虛擬機的放置位置，基于化se模型描述的多路徑路由分配是非常困難的，運類似于虛擬專用網絡（VPN)下的多路徑路由分配。Kodia1am等人"Maximum-throughputroutingoftrafficinthehosemodel."(U.S.PatentNo.7,558，209.7Jul.2009.中）通過應用線性規劃的對偶原理解決VPN中類似的問題。[0005]經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN105072049A，公開（公告）日2015.11.18,公開了一種面向數據中屯、多層次彈性應用的資源分配方法及裝置，屬于多層次云應用
技術領域：
。該技術方法首先獲取用戶提出的多層次應用請求;其次對各層的帶寬需求進行降序排列；接下來按照各層的帶寬需求從高到低的順序為各層分配虛擬機資源，具體如下:首先對該層請求需要的虛擬機數量根據當前云平臺下的樹形拓撲結構計算所有分配方案的可行向量FV1，其次，通過遞歸方法獲取每條鏈路對該層的最優分配方案;接下來計算"按需運行"虛擬資源的數量，并在數據中屯、中進行預留；最后輸出該用戶多層次應用請求的最優分配方案。但該技術只能求解樹形物理數據中屯、網絡的資源分配問題，無法解決一般拓撲數據中屯、的VDC嵌入問題。樹形拓撲兩臺服務器之間只存在唯一路徑，路由問題非常簡單；而目前典型數據中屯、網絡中兩臺服務器之間大多存在多條路徑，與樹形拓撲中有顯著差異。[0006]中國專利文獻號CN105103506A，公開(公告）日2015.11.25，公開了一種用于為云計算網絡中的非均勻帶寬請求分配帶寬的方法和系統，其中虛擬網絡包含一個或多個虛擬交換機的第一集合，所述一個或多個虛擬交換機管理托管虛擬機(v^O的一個或多個物理服務器的第二集合。方法開始于由一個虛擬交換機接收第一多個VM的請求，其中第一多個VM中的至少一個VM含有與一個或多個VM中其余VM的帶寬不同的帶寬。然后通過計算與虛擬交換機關聯的分配范圍(allocation-range，AR)的集合，確定是否接受第一多個VM的請求，其中AR集合中的每個AR表示虛擬交換機內的至少一個不連續VM分配空間，然后對于該請求分配VM。該技術設及的算法稱為分配范圍算法。但該技術只能求解樹形物理數據中屯、網絡的VDC嵌入問題，無法解決一般拓撲數據中屯、的VDC嵌入問題。【
發明內容】[0007]本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于擁塞規避的非均勻帶寬虛擬數據中屯、嵌入實現方法，解決了虛擬數據中屯、(VDC)嵌入問題中的路由問題和虛擬機的放置問題，能獲得比現有技術更高的VDC嵌入成功率。[000引本發明通過W下技術方案實現：[0009]本發明設及一種基于擁塞規避的非均勻帶寬VDC嵌入實現方法，將VM按帶寬需求W遞減的順序排序，先用首次適配捜索法將其依次放置到服務器中；當首次適配捜索法無法放置該VM時啟動微擾機制，即W物理網絡的最擁塞鏈路為祀向，捜索對此鏈路負載貢獻最大的瓶頸服務器，優先將瓶頸服務器中所需帶寬最小的VM卸載后重新進行所述排序和放置。[0010]所述的最擁塞鏈路，即物理網絡中具有最大鏈路利用率的鏈路，該鏈路表示為：庚中最大鏈路利用率，表示夫表示物理鏈路，E表示物理鏈路集合，Ue表示物理鏈路e的最大負載，Ce物理鏈路e的剩余帶寬，其具體采用線性規劃最優路由方法或K-widest路徑負載均衡路由方法計算得到：[00川a)當采用線性規劃最優路由方法，所述的最大鏈路利用率μ即是求解W下線性規劃的目標值：[0012]Minimizey[0013]Subjectto：[0017]鏈路約束，即每個鏈路的負載與剩余帶寬之比不超過最大鏈路利用率：[001引[0001]其中：路由變量結的取值范圍為：0</品<1，e6f，S，d69[0002]對偶變量培和始的約束為：《+始>爲，《含0，始>0，s，de9,eeE。[0019]b)當采用K-widest路徑負載均衡路由方法，則首先計算線性規劃得到物理鏈路e的最大負載，即為Ue，然后通過尋找所有I中的最大值得到最大鏈路利用率μ，計算最大負載Ue的線性規劃具體為：[0024]其中：s和d表示服務器，Q為至少分配了一個虛擬機的服務器的集合，廢為從服務器S到服務器d通過鏈路e的路由分配變量，由負責均衡路由算法確定，讀，娩為線性規劃的對偶變量。[0025]所述的鏈路負載貢獻，通過擁塞系數fΣ[S]表示，其中：|Vs|是物理服務器的數量，6(π']最擁塞鏈路，r表示非均勻帶寬VDC請求，rr=Μi，j)Ii=1，…，N;j=1，…，IVsI}為請求r的虛擬機放置組合，其中：當VMi放置在服務器j時放置變量π(i，j)=1;否則31(i，j)=〇，N為請求r的虛擬機數量），μ(πτ)為放置組合πτ所對應的最大利用率，在擁塞系數的計算過程中，考慮所有引起網絡擁塞的臨時放置組合，即{ΠΤIμ(πτ)〉1}。[0026]所述的首次適配捜索法，具體包括W下步驟：[0027]步驟1、從未放置的虛擬機集合X中選擇帶寬最大的虛擬機。當VMi被選中，將該虛擬機放置到候選集合S[i]中第一個不會導致網絡擁塞的服務器，首次適配捜索會跳過禁忌表化bu[i]中服務器。[0028]步驟2、當VMi暫時放置到服務器j時，采用最大鏈路利用率μ衡量物理網絡的擁塞程度。一旦檢測到μ〉1，說明將VMi放置到服務器j會產生網絡擁塞，必須撤銷運一無效的放置組合，繼續嘗試將VMi放置到下一個服務器。[0029]步驟3、當物理網絡的任何鏈路都沒有出現堵塞，則回到步驟1繼續放置下一個虛擬機，直到所有虛擬機全部成功放置[0030]所述的微擾機制，首先通過最擁塞鏈路?0-Γ)找到向最擁塞鏈路發送最多流量的瓶頸服務器I，即瓶頸服務器由I=a巧maXsEwn，')&W計算得到；接著從該服務器J中移除最低帶寬的VMK，并將瓶頸服務器/的擁塞系數后[刀重置為零，即該服務器的微擾優先級降為最低。[0031]為了防止循環，本發明將服務器I添加到網撤的禁忌列表:Tab叩1，即在后續放置過程中禁止將已經卸載的虛擬機?重復分配到瓶頸服務器中I。技術效果[0032]與現有技術相比，本發明具有擁塞感知的特點，如果發現由于網絡擁塞無法放置一個VM時，通過選擇性的遷移一些已經分配的虛擬機，幫助釋放嚴重擁塞鏈路上的流量負載。由于嵌入成功率與設施提供商的收益直接關聯，本發明用嵌入成功率衡量方法的性能。仿真結果證實:擁塞規避方法的嵌入成功率非常接近指數時間的回溯方法，顯著當前第1頁1 2 3