灵活栅格光网络中的虚拟网络映射研究

As a main technology within network virtualization framework, virtual network embedding has attracted a large research effort, which has scientific significance and practical use for network resource management and utilization. The flexi-grid technology has higher spectrum utilization than the traditional WDM technology, and it has the potential to be the mainstream technology for next-generation optical networks. The research on virtual network embedding in flexi-grid optical networks has the problem of oversimplifying the bandwidth provisioning which leads to low resource utilizations. This project will work on virtual network embedding in flexi-grid optical networks with the objective of improving resource utilization. Motivated by combining the different impacts of physical information to virtual network embedding, we propose a strategy enhanced by physical information of nodes and links, which improves resource utilization. To avoid frequent reconfigurations caused by the changes of requirements, we propose a strategy to allocate additional resources to overcome the most of requirement changes, and according to the asynchrony of changes, the additional resources can be shared to improve resource utilization while meeting the changes on time. To improve resource utilization and reduce connection interruptions, we propose a reconstruction strategy with low connection interruptions, and the main idea is to apply the flexibility of spectrum reconstruction to improve the reconstruction of computing resource. This project will provide a set of resource management algorithms and technical solutions on virtual network embedding in flexi-grid optical networks, and provide the foundation of applying optimized network resources strategies.

虚拟网络映射是网络虚拟化技术中的研究热点，对优化网络资源管理，提高网络资源利用率具有重要科学意义和应用价值。灵活栅格技术比传统波分复用技术有更高频谱利用率，可为下一代光网络关键技术应用提供有力支撑。目前灵活栅格光网络中虚拟网络映射研究过度简化带宽提供机制，资源利用率不高。本项目以提高资源利用率为目标，研究虚拟网络在灵活栅格光网络中的映射。鉴于物理信息对映射有不同影响，研究链路信息和节点信息相融合的物理增强映射机制，提高资源利用率。针对需求变化下频繁重配置的问题，研究快速满足变化并提高资源利用率的超额资源分配机制，为虚拟网络超额分配少量资源以应对大部分变化，并利用变化的非同步性共享超额资源。为提高资源利用率并减少业务中断，项目将利用频谱重构的灵活性优化计算资源重构，研究低业务中断重构机制。研究成果将提供灵活栅格光网络中虚拟网络映射相关资源管理算法及技术方案，为优化网络资源实际应用奠定基础。

本项目以提高网络资源利用率为目标，研究虚拟网络在灵活栅格光网络中的映射问题。具体研究内容如下：首先，研究了虚拟网络映射在灵活栅格光网络中的资源分配问题，其中考虑了调制模式、传输距离以及频谱使用量之间的相关性。深入研究了该问题的数学模型，并设计了高效的算法，为后续的研究提供了参考；第二，研究了需求动态变化的映射问题，其中基于Lyapunov优化，我们将需求动态变化的网络资源分配问题转化为网络队列问题，并实现了网络稳定以及资源优化的多目标结合。该模型能够取得网络稳定与最优化资源分配的平衡。针对网络需求动态变化的场景，我们还研究了网络端对端的可用带宽测量问题。在噪声环境中，通过设计算法动态区分数据包是否经历了排队延迟，从而获得准确的链路利用率，得到端对端的可用带宽。该部分研究为虚拟环境下网络的资源管控提供了依据；第三，研究了网络资源重构设计问题，一般而言，当网络需要重构时，此时网络运行状态已经出现了严重问题，需要进行有损业务的资源重新配置。为了减小对已有业务的影响，我们研究了在网络运行过程中，提早考虑网络资源利用率问题，其类似于设备利用率带来的能耗问题，使得整个网络以高利用率、低能耗的方式运行。本项目资助共发表期刊论文6篇，其中SCI检索期刊论文6篇，包括IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, Optics Express, IEEE Access等高水平期刊。期刊论文等级为中科院JCR分区：二区3篇，三区3篇。会议论文8篇，包括GLOBECOM，ICC等高水平学术会议。申请专利1项，共毕业硕士研究生6名。