基于云桌面技術的虛擬專用網絡動態資源分配方法

張皓宇，單薇薇，方 曉，王 艷

（遼寧省氣象信息中心，遼寧 沈陽 110166）

云桌面也叫云電腦或桌面虛擬化，是一種新型的傳統電腦運行替代模式。應用云桌面技術后，接入用戶不需要購買額外的電腦主機，所有后端服務器的執行功能都可以通過設備復原功能進行模擬，且單臺服務器最高可對接1～50 臺數量不等的虛擬主機[1-2]。通常情況下，云桌面前端設備主要借助客戶機實現鍵鼠與顯示器的連接，在通信協議的交互作用下，利用虛擬機設備，達到與網絡終端相同的顯示效果。

在專業化虛擬網絡環境中，由于動態節點的自由化分布，易導致嚴重的資源占比不均問題。為避免上述情況的發生，基于邊際效用的網絡資源分配模型在構建函數框架的同時，分析信息數據間的相似收斂性，從而實現對資源參量的分布式規劃。但此方法在獨立傳輸周期內的數據轉發實值水平較低，卻需要大量的數據節點對執行功能進行主觀性配合。為解決上述問題，引入云桌面技術，在開源云計算平臺的支持下，設計一種新型的虛擬專用網絡動態資源分配方法，并通過比照實驗的方式，突出說明該方法的實際應用價值[3]。

1 虛擬專用網絡搭建

基于云桌面技術的虛擬化專用網絡由開源云計算平臺、Spice 桌面傳輸協議等多個應用部分組成，具體搭建方法如下。

1.1 開源云計算平臺

開源云計算平臺是虛擬專用網絡的底層應用結構，由Saas、Paas、Iaas 三部分組成。其中，Saas 是開源云計算平臺中的核心執行元件，同時負責云接口安全、虛擬化安全、主機安全、網絡安全、動態化資源安全等多項應用執行功能。Paas 是開源云計算平臺之間的執行結構，可根據虛擬專用網絡中資源信息的運行安全性與接口安全性水平，確定最終分配行為的應用穩定性[4]。Iaas 是開源云計算平臺的最外層執行結構，在應用安全性技術手段的支持下，實現對待分配網絡動態資源的管理與維護。開源云計算平臺結構如圖1 所示。

圖1 開源云計算平臺結構

1.2 KVM虛擬化

KVM 虛擬化是一項必要的云桌面處理技術，可將專用網絡中的動態資源結構劃分成幾個關鍵的應用環節，再借助必要驅動設備，實現對資源結構體的分配與處理。動態資源分別存儲于專用虛擬化主機之中，在云桌面技術的支持下，KVM 虛擬內核可借助驅動設備，將待分配資源傳輸至底層平臺結構體之中，再通過分布化處理的方式，將這些資源分解成多個小型應用結構，一部分暫時存儲于VMX 設備體之中，另一部分則直接用于網絡動態資源的傳輸與應用[5-6]。KVM 虛擬化處置原理如圖2 所示。

圖2 KVM虛擬化處置原理

1.3 Spice桌面傳輸協議

Spice 桌面傳輸協議存在于虛擬化專用網絡之中，可在多極化應用主機的調節下，實現對動態資源的整合與傳輸。一般情況下，網絡動態資源傳輸協議的存在形式必須與Spice 服務完全匹配，且在整個傳輸過程中，網絡節點與動態節點始終保持相對空閑的占用狀態[7-8]。為保證最終資源分配結果的合理性，虛擬專用網絡動態資源可在Spice 傳輸主機的促進下，在云桌面環境中保持通暢的連接行為，直至專用網絡通道被Spice 桌面傳輸協議完全占據，開源云計算主機才會釋放所有暫存的數據信息參量。Spice桌面傳輸協議生成原理如圖3 所示。

圖3 Spice桌面傳輸協議生成原理

2 虛擬專用網絡的動態資源分配

在基于云桌面技術虛擬專用網絡的支持下，按照動態網絡基站選擇、虛擬化網絡切換、分配效用函數計算的處理流程，完成新型虛擬專用網絡動態資源分配方法的設計。

2.1 動態網絡基站選擇

動態網絡基站選擇是虛擬化資源分配處理的必要應用環節，可按照Spice 桌面傳輸協議連接需求，確定必要基站設備體所處的實際位置[9-10]。規定R1代表第一個計數動態網絡基站的位置信息，Rn代表第n個計數動態網絡基站的位置信息。在一個完整的網絡資源分配周期內，隨著待處理數據資源總量的增加，可用于信息分配處理的數據參量數值也會不斷增加，直至能夠完全適應云桌面應用的實際處理需求。設ε1、εn分別代表兩個不同的網絡動態資源分配系數，聯立上述物理量，可將基于云桌面技術的動態網絡基站選擇表達式定義為：

其中，I代表虛擬專用網絡的動態化應用參量，代表動態資源的傳輸分配條件，λ代表資源數據的既定分配處置周期。

2.2 虛擬化網絡切換

虛擬化網絡切換包含子網轉化、云資源普及兩個應用處置環節。在云桌面技術實施環境保持不變的情況下，隨著子網轉化流程的推進，動態資源會由虛擬化網絡數據庫轉存至云平臺主機之中，并逐漸釋放與后續節點分配無關的信息參量[11-12]。而云資源普及則是對數據參量的深度化處理，可按照KVM虛擬化的實際處置原則，交換原始分配主機與目標分配主機的所處位置，從而完成攜帶網絡資源的動態化分配處理[13-14]。若以b0作為待分配網絡動態資源所處的原始存在位置，bn作為待分配網絡動態資源所處的目標存在位置，聯立式（1），可將虛擬化網絡切換表達式定義為：

2.3 分配效用函數

分配效用函數是與虛擬專用網絡相關的資源配比條件，在固定傳輸條件的情況下，隨著動態資源應用量的增加，整個網絡環境的橫向覆蓋面積也會不斷增大，直至已占用資源結構體的平均傳輸時長與額定分配處理周期完全相等[15-16]。在一個固定網絡資源分配時長中，信息數據的最大應用量始終不會超過j，若規定|T|代表固有的信息傳輸周期，聯立式（2），可將基于云桌面技術的虛擬專用網絡動態資源分配效用函數表示為：

其中，mn代表虛擬專用網絡環境中的資源占比分配系數，ΔD代表單位時間內的待分配資源堆積總量，k代表網絡應用系數。至此，完成各項理論系數參量的計算，在云桌面技術的支持下，完成虛擬專用網絡動態資源分配方法的搭建。

3 實用分配能力檢測

為驗證基于云桌面技術虛擬專用網絡動態資源分配方法的實際應用價值，設計如下對比實驗。

在Windows XP 系統中啟動Linux 操作主機，并在其中打開動態化資源分配軟件。分別將搭載該文新型分配方法和基于邊際效用網絡資源分配模型的信號執行主機，接入實驗所有虛擬機操作設備，其中前者作為實驗組，后者作為對照組。在相同實驗環境下，研究網絡數據轉發數值及數據節點傳輸占比率的實際變化行為。虛擬機操作界面如圖4 所示。

圖4 虛擬機操作界面

虛擬專用網絡動態資源分配原理如圖5 所示。

圖5 虛擬專用網絡動態資源分配原理

規定10 min 為一個網絡動態資源的傳輸周期，記錄在多個傳輸周期內，實驗組、對照組網絡數據轉發數值的具體變化情況，實驗詳情如表1 所示。

表1 網絡數據轉發數值

分析表1 可知，隨著實驗時間的不斷延長，實驗組網絡數據轉發數值一直保持不斷上升的變化趨勢，且前后期上升幅度并無明顯變化，至第5 個傳輸周期結束，數據轉發極值可達到8.7×1015T；對照組網絡數據轉發數值在階段性上升趨勢后，開始逐漸趨于穩定，至第5 個傳輸周期結束，數據轉發極值也僅達到5.2×1015T，與實驗組極值相比，下降了3.5×1015T。綜上可知，應用基于云桌面技術虛擬專用網絡動態資源分配方法，可實現對網絡數據轉發數值的穩定提升，滿足資源占比不均問題的實際處理需求。

數據節點占比率能夠反映虛擬專用網絡的應用穩定性，通常情況下，前者的數值水平越低，后者的穩定性程度就越強，反之則越弱。表2 記錄了實驗組、對照組數據節點占比率的具體變化情況。

表2 數據節點占比率

分析表2 可知，隨著實驗時間的不斷延長，實驗組數據節點占比率雖一直保持不斷上升的變化趨勢，但整體上升幅度較小，實驗初始值、實驗終止值間的差距僅達到19%，至第5 個傳輸周期結束，節點占比率的最大值也僅達到65%。對照組數據節點占比率也一直保持不斷上升的變化趨勢，但實驗后期的上升幅度明顯高于實驗前期，實驗初始值、實驗終止值間的物理差達到41%，至第5 個傳輸周期結束，節點占比率的最大值更是超過了95%，與實驗組極值相比，上升了30%。綜上可知，應用基于云桌面技術虛擬專用網絡動態資源分配方法后，數據節點占比率出現了明顯的下降趨勢，能夠有效解決現有的資源占比不均問題。

4 結束語

與基于邊際效用的網絡資源分配模型相比，新型虛擬專用網絡動態資源分配方法在云桌面技術的支持下，設置開源云計算平臺等結構，可同時聯合Spice 桌面傳輸協議等應用軟件，實現對分配效用函數的精準計算。從實用性角度來看，隨著該方法的應用，虛擬專用網絡可在提升網絡數據轉發數值的同時，控制數據節點占比率的無故攀升行為，能夠完全克服虛擬化網絡環境中的資源占比不均問題，實現對動態資源結構體的合理化分配。