基于结构优化的虚拟网映射算法研究

摘要

在最近二十多年的时间中，互联网，或者称为“网络的网络”，通过支持多种多样的网络技术和应用，在现代社会、文化、知识、商业等与人们的生活息息相关的行业中一直扮演着至关重要的角色。但是，由于它的广泛应用以及multi-provider的性质，互联网的发展只是局限于简单的更新现有设备或协议。
　　网络虚拟化技术就是在这时被提出来的，用以应对未来互联网发展的架构。网络虚拟化能够提供一个开放的、灵活的网络环境，允许服务提供商在底层物理网络上动态地组合成多个异构的网络体系结构，也就是虚拟网络。基于这样的灵活性的网络环境，能够促进多元化的服务和应用程序的部署。
　　网络虚拟化领域的重要挑战是虚拟网络映射问题，旨在静态或者动态地为虚拟节点和链路分配底层物理网络的节点资源和链路资源，还需要同时满足各自的资源约束。有效的利用物理资源需要高效的虚拟网络映射技术，本文主要从资源分配的角度出发，建立相关模型，并完成了一下工作：
　　(1)前两个章节主要叙述了网络虚拟化的研究背景、研究现状以及基本的技术特征。介绍了网络运营模式在网络虚拟化技术和传统网络技术中的不同，通过图形给出了虚拟化模型的基本结构。列举出了影响映射的几类因素，对虚拟网络映射算法进行了详细的分类。
　　(2)由于目前网络虚拟化研究主要放在网络映射上，而对于虚拟网络结构的构造却几近没有，本文针对这一不足，提出了利用结构优化的思想进行虚拟网映射的算法，同时进行虚拟网络的构建和映射，在考虑结构优化的同时实现虚拟网络映射，保证了虚拟网络结构在满足用户需求的情况下最优。具体来说利用双层规划的建模方法，首先虚拟网提供商从最大化自己效用的角度出发决定虚拟网扩展方案，然后用户以自私的路由策略选择路由，双方博弈达到平衡，将这个stackelberg博弈表示为一个双层规划模型，上层决策者从系统的角度考虑是虚拟网系统优化模型，下层从用户的角度考虑，利用wardrop UE模型来满足用户的自私行为，双层规划利用用户的路由选择行为将虚拟网络映射的两个部分自然地看成一个整体，通过启发式迭代算法获得了该模型的解。实验数据说明该模型具有较好的虚拟请求接受率、网络收益和资源利用率。此外，对该模型进行的扩展，增加了约束条件，使该算法更具一般性。
　　(3)利用Stackelberg博弈分析物理网络和虚拟网络的博弈关系，建立二者收益函数的数学模型。并在不完全信息的条件下对模型求解，通过证明虚拟网络效用函数的凹性，说明了Nash均衡点的存在性。与以往只考虑链路映射的方法不同，本文首次将节点考虑其中，同时进行节点和链路的资源分配，利用转换因子将节点映射转变成一种特殊的链路映射，最后通过仿真模拟，验证了该算法的有效性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 虚拟网络映射研究现状

1.3 本文的研究内容及创新点

1.4 论文的组织结构

第二章 网络虚拟化概述

2.1 网络虚拟化环境

2.2 虚拟网络映射概述

2.3 算法效率衡量

2.4 小结

第三章 基于双层规划的虚拟网络映射算法

3.1 双层规划理论

3.2 网络模型与问题描述

3.3 网络结构优化的双层规划模型

3.4 模型求解

3.5 实验仿真

3.6 模型扩展

3.7 小结

第四章 基于Stackelberg博弈的虚拟网络映射

4.1 博弈论

4.2 网络模型

4.3 博弈分析和求解

4.4 仿真实验

4.5 小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢