基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法技术

本发明专利技术涉及一种基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法，该方法利用网络虚拟化把网络的转发平面和控制平面相分离，将所有网络资源集中管理，提高资源利用率。充分考虑影响网络数据传输的多个因素，并量化不同子网的传输能力，通过感知各个子网的传输能力，完成最优传输子网的选择，同时根据选择子网中不同路径的传输能力差异，设计子网资源分配策略，以合理地利用所选子网的剩余资源，保证在满足时延要求的同时提高网络资源利用率。本发明专利技术所提出的资源调度方法能够在保证业务传输时延的同时降低网络拥塞，达到了提升资源利用率及提高用户体验质量的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法
本专利技术属于光无线混合网络通信
，涉及一种基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法。
技术介绍
快速发展的多媒体业务拥有的巨大商业空间，为移动终端提供多种业务服务是未来光无线融合接入网(HybridOptical-WirelessBroadbandAccessNetwork，HOWBAN)的主要发展方向。融合网络所具有的高带宽和高移动性优势正是契合了需要多业务支持的移动终端的要求，成为国际上研究与开发新一代接入网的热点技术之一。融合网络是由光域和无线域混合而成的异构网络，其中光域是始于OLT止于ONUs的PON网络，而无线域是前端的WMN。因此，融合网络具有无源光网络的高带宽、传输稳定等特性，同时也具有无线网络的易部署、支持移动性等特征，能够为终端用户提供更快速、更高质量的服务。然而，融合网络的光纤子网和无线子网之间通信需要进行预调制、封装和解封装、协议转换等操作，其仍然不是一个完全意义上的融合接入网。其次，目前的网络设备都有自己的控制平面，各个网络设备之间通过专门的协议进行协调通信，占用了额外的网络资源。实际上，网络中的数据流无法得到精确的控制。其次，网络设备配置的数据转发策略都是静态的，无法随着网络和数据流的变更做出相应的变动。同时，基于目前的网络技术水平与运营模式，在向用户提供业务时必须要求网络运营商建立直接到用户的物理网络，资源利用率低下。基于虚拟化的网络，能够屏蔽异构网络基础设施、协议之间差别的同时改善网络性能、节省网络成本开销。因此，基于融合网络虚拟化进行资源调度是保证网络服务质量的一个重要方法。目前，针对光无线融合网络虚拟化下的资源调度策略，国内外研究人员提出了多种解决方案，主要集中在网络虚拟化后用户业务单路径传输，或者是网络拥塞后对资源进行迁移。但是，上述机制都没有考虑在用户数据发送端采用多路径子网进行用户业务传输，同时也没有根据子网的不同特性制定选择规则以及规划业务在各路径上传输的速率分配机制，难以兼顾保证数据传输时延和提高网络资源利用率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法，该方法分析并量化影响子网数据传输时延的三个因素，通过定义子网能力效用值来衡量不同子网的传输能力，进而选择具有最强传输能力的子网来对用户的数据进行传输，同时，考虑子网各路径的带宽和丢包率情况，合理分配源节点用户数据，从而在保证业务传输时延的同时提高子网的最大有效传输量及网络资源利用率。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法，该方法包括以下步骤：S1：根据网络拓扑信息和链路状态信息，获知各个子网的可用路径数、路径的跳数以及路径的剩余带宽大小，进而定义并计算得知各子网的资源能力度、中继度和可达度，并以此来综合衡量子网的综合能力；S2：通过熵值法确定影响子网综合性能的各个因素的权重因子，进而求得子网的效用值Q；S3：对各个子网效用值进行降序排列，选择效用值最大的子网进行用户数据的传输；为了使所选子网能有效地传输最多数据，源节点对发送的数据进行分流传输，同时考虑每个路径丢包率情况，采用非线性规划建立最大可靠传输数学模型，进而可确定用户数据在各路径上的传输速率分配；S4：将用户能够承受的最大等待时间Tmax作为网络状态更新的时间窗口T，待达到更新时间T时，虚拟资源管理器重新收集网络拓扑信息和链路状态信息，重复执行步骤S1到步骤S3，直到数据传输完成。进一步，在步骤S1中，根据网络拓扑信息和跳数要求，生成不同路径条数的子网，综合考虑子网各路径的最大可用带宽情况、子网各路径的跳数以及子网的可用路径条数，计算任一子网x的资源能力度Wrcv(s,d,x)、中继度Wh(s,d,x)和可达度Wn(s,d,x)。通过公式对子网x可用带宽进行归一化，以此作为子网x的资源能力度；通过公式对子网x的跳数进行归一化，以此作为子网x的中继度；通过公式对子网x的可用路径条数进行归一化，以此作为子网x的可达度。进一步，在步骤S2中，根据公式计算各影响因素m的信息熵；其中，pm(s,d,x)表示源节点s与目的节点d之间的子网x在影响因素m下的数值占所有子网在影响因素m下的数值之和的比重；根据公式来计算影响因素m的权重因子am，进而根据公式Q(s,d,x)＝arcvWrcv(s,d,x)+ahWh(s,d,x)+anWn(s,d,x)计算各子网综合能力的效用值；其中，Wrcv(s,d,x)、Wh(s,d,x)和Wn(s,d,x)分别表示子网x的资源能力度、中继度和可达度，arcv、ah和an分别表示资源能力度、中继度和可达度的权重因子。进一步，在步骤S3中，按照降序对承载资源子网效用值进行排序，选择效用值最大的子网进行用户数据的传输；为了使所选择的子网能有效地传输更多数据，本专利技术在源节点对发送的数据进行分流传输，同时考虑各个路径的可用带宽及其丢包率情况，通过公式最大化可靠传输数据量，进而获得源节点数据传输速率在资源子网x任一路径i上的发送速率分配；其中，λi表示路径i上分配的速率，pe表示链路e上的丢包率，aei是一个二进制变量，aei＝1表示数据包传输经过第i条路径的链路e，aei＝0表示数据包传输未经过第i条路径的链路e；同时，上述过程的约束条件可表示为即分配到各路径上的数据速率等于发送节点的数据发射速率，且每条路径上的发射速率不能超过路径最大可用带宽，即λi≤RCV(s,d,pi,null)。进一步，在步骤S4中，将用户能够承受的最大等待时间Tmax作为网络状态更新的时间窗口T，避免因用户数据量过大导致等待时间过长；对同一时间窗口内的请求任务统一处理，请求无法被满足的任务则放入请求队列，等待下一轮进行相应的处理。待达到更新时间T时，虚拟资源管理器重新收集网络状态信息，重复执行步骤S1至步骤S3，直到数据传输完成为止。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的一种基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法，能够在保障数据较快传输的同时，实现对子网剩余资源的合理利用以提高资源利用率及用户数据高可靠传输。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术中融合网络虚拟化模型；图2为本专利技术中整体结构框图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。融合网络由前端无线网状网络和后端的无源光网络组成，其体系结构如图1中基础设施层所示。其后端的无源光网络采用点到多点的树型结构，光线路终端通过分光器与多个光网络单元相连。目前，网关节点常常采用结合了融合光网络单元和无线接入节点各自优势的混合式结构，作为光网络和无线网络之间数据传输的转换枢纽。用户数据通过接入边缘路由器并经多跳中继无线路由节点转发，从而在融合网络中建立了多条完整的端到端传输路径。通过对底层基础设施进行虚拟抽象得到虚拟资源层，再由虚拟资源管理中心对虚拟资源进行管理。根据用户的业务需求，划分不同的虚拟网，并映射到物理底层网络，进而用户根据分配的底层资源直接进行数据传输。如图2所示为本专利技术整体结构框图，即带有时延感知的高吞吐融合网络资源调度方法流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：根据网络拓扑信息和链路状态信息，获知各个子网的可用路径数、路径的跳数以及路径的剩余带宽大小，进而定义并计算得知各子网的资源能力度、中继度和可达度，并以此来综合衡量子网的综合能力；S2：通过熵值法确定影响子网综合性能的各个因素的权重因子，进而求得子网的效用值Q；S3：对各个子网效用值进行降序排列，选择效用值最大的子网进行用户数据的传输；为了使所选子网能有效地传输最多数据，源节点对发送的数据进行分流传输，同时考虑每个路径丢包率情况，采用线性规划建立最大可靠传输数学模型，进而可确定用户数据在各路径上的传输速率分配；S4：将用户能够承受的最大等待时间T

【技术特征摘要】
1.一种基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：根据网络拓扑信息和链路状态信息，获知各个子网的可用路径数、路径的跳数以及路径的剩余带宽大小，进而定义并计算得知各子网的资源能力度、中继度和可达度，并以此来综合衡量子网的综合能力；S2：通过熵值法确定影响子网综合性能的各个因素的权重因子，进而求得子网的效用值Q；S3：对各个子网效用值进行降序排列，选择效用值最大的子网进行用户数据的传输；为了使所选子网能有效地传输最多数据，源节点对发送的数据进行分流传输，同时考虑每个路径丢包率情况，采用线性规划建立最大可靠传输数学模型，进而可确定用户数据在各路径上的传输速率分配；S4：将用户能够承受的最大等待时间Tmax作为网络状态更新的时间窗口T，待达到更新时间T时，虚拟资源管理器重新收集网络拓扑信息和链路状态信息，重复执行步骤S1到步骤S3，直到数据传输完成。2.根据权利要求1所述的基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法，其特征在于：在步骤S1中，根据网络拓扑信息和跳数要求，生成不同路径条数的子网，综合考虑子网各路径的最大可用带宽情况、子网各路径的跳数以及子网的可用路径条数，计算任一子网x的资源能力度Wrcv(s,d,x)、中继度Wh(s,d,x)和可达度Wn(s,d,x)。3.根据权利要求1所述的基于融合网络虚拟化带有时延感知的高吞吐资源调度方法，其特征在于：在步骤S2中，根据公式计算各影响因素m的信息熵；其中，pm(s,d,x)表示源节点s与目的节点d之间的子网x在影响因素m下的数值占所有子网在影响因素m下的数值之和的比重；根据公式来计算影响因素m的权重因子am，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汝言，韩奎，吴大鹏，张鸿，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50