基于云桌面技术的虚拟专用网络动态资源分配方法

张皓宇，单薇薇，方 晓，王 艳

（辽宁省气象信息中心，辽宁 沈阳 110166）

云桌面也叫云电脑或桌面虚拟化，是一种新型的传统电脑运行替代模式。应用云桌面技术后，接入用户不需要购买额外的电脑主机，所有后端服务器的执行功能都可以通过设备复原功能进行模拟，且单台服务器最高可对接1～50 台数量不等的虚拟主机[1-2]。通常情况下，云桌面前端设备主要借助客户机实现键鼠与显示器的连接，在通信协议的交互作用下，利用虚拟机设备，达到与网络终端相同的显示效果。

在专业化虚拟网络环境中，由于动态节点的自由化分布，易导致严重的资源占比不均问题。为避免上述情况的发生，基于边际效用的网络资源分配模型在构建函数框架的同时，分析信息数据间的相似收敛性，从而实现对资源参量的分布式规划。但此方法在独立传输周期内的数据转发实值水平较低，却需要大量的数据节点对执行功能进行主观性配合。为解决上述问题，引入云桌面技术，在开源云计算平台的支持下，设计一种新型的虚拟专用网络动态资源分配方法，并通过比照实验的方式，突出说明该方法的实际应用价值[3]。

1 虚拟专用网络搭建

基于云桌面技术的虚拟化专用网络由开源云计算平台、Spice 桌面传输协议等多个应用部分组成，具体搭建方法如下。

1.1 开源云计算平台

开源云计算平台是虚拟专用网络的底层应用结构，由Saas、Paas、Iaas 三部分组成。其中，Saas 是开源云计算平台中的核心执行元件，同时负责云接口安全、虚拟化安全、主机安全、网络安全、动态化资源安全等多项应用执行功能。Paas 是开源云计算平台之间的执行结构，可根据虚拟专用网络中资源信息的运行安全性与接口安全性水平，确定最终分配行为的应用稳定性[4]。Iaas 是开源云计算平台的最外层执行结构，在应用安全性技术手段的支持下，实现对待分配网络动态资源的管理与维护。开源云计算平台结构如图1 所示。

图1 开源云计算平台结构

1.2 KVM虚拟化

KVM 虚拟化是一项必要的云桌面处理技术，可将专用网络中的动态资源结构划分成几个关键的应用环节，再借助必要驱动设备，实现对资源结构体的分配与处理。动态资源分别存储于专用虚拟化主机之中，在云桌面技术的支持下，KVM 虚拟内核可借助驱动设备，将待分配资源传输至底层平台结构体之中，再通过分布化处理的方式，将这些资源分解成多个小型应用结构，一部分暂时存储于VMX 设备体之中，另一部分则直接用于网络动态资源的传输与应用[5-6]。KVM 虚拟化处置原理如图2 所示。

图2 KVM虚拟化处置原理

1.3 Spice桌面传输协议

Spice 桌面传输协议存在于虚拟化专用网络之中，可在多极化应用主机的调节下，实现对动态资源的整合与传输。一般情况下，网络动态资源传输协议的存在形式必须与Spice 服务完全匹配，且在整个传输过程中，网络节点与动态节点始终保持相对空闲的占用状态[7-8]。为保证最终资源分配结果的合理性，虚拟专用网络动态资源可在Spice 传输主机的促进下，在云桌面环境中保持通畅的连接行为，直至专用网络通道被Spice 桌面传输协议完全占据，开源云计算主机才会释放所有暂存的数据信息参量。Spice桌面传输协议生成原理如图3 所示。

图3 Spice桌面传输协议生成原理

2 虚拟专用网络的动态资源分配

在基于云桌面技术虚拟专用网络的支持下，按照动态网络基站选择、虚拟化网络切换、分配效用函数计算的处理流程，完成新型虚拟专用网络动态资源分配方法的设计。

2.1 动态网络基站选择

动态网络基站选择是虚拟化资源分配处理的必要应用环节，可按照Spice 桌面传输协议连接需求，确定必要基站设备体所处的实际位置[9-10]。规定R1代表第一个计数动态网络基站的位置信息，Rn代表第n个计数动态网络基站的位置信息。在一个完整的网络资源分配周期内，随着待处理数据资源总量的增加，可用于信息分配处理的数据参量数值也会不断增加，直至能够完全适应云桌面应用的实际处理需求。设ε1、εn分别代表两个不同的网络动态资源分配系数，联立上述物理量，可将基于云桌面技术的动态网络基站选择表达式定义为：

其中，I代表虚拟专用网络的动态化应用参量，代表动态资源的传输分配条件，λ代表资源数据的既定分配处置周期。

2.2 虚拟化网络切换

虚拟化网络切换包含子网转化、云资源普及两个应用处置环节。在云桌面技术实施环境保持不变的情况下，随着子网转化流程的推进，动态资源会由虚拟化网络数据库转存至云平台主机之中，并逐渐释放与后续节点分配无关的信息参量[11-12]。而云资源普及则是对数据参量的深度化处理，可按照KVM虚拟化的实际处置原则，交换原始分配主机与目标分配主机的所处位置，从而完成携带网络资源的动态化分配处理[13-14]。若以b0作为待分配网络动态资源所处的原始存在位置，bn作为待分配网络动态资源所处的目标存在位置，联立式（1），可将虚拟化网络切换表达式定义为：

2.3 分配效用函数

分配效用函数是与虚拟专用网络相关的资源配比条件，在固定传输条件的情况下，随着动态资源应用量的增加，整个网络环境的横向覆盖面积也会不断增大，直至已占用资源结构体的平均传输时长与额定分配处理周期完全相等[15-16]。在一个固定网络资源分配时长中，信息数据的最大应用量始终不会超过j，若规定|T|代表固有的信息传输周期，联立式（2），可将基于云桌面技术的虚拟专用网络动态资源分配效用函数表示为：

其中，mn代表虚拟专用网络环境中的资源占比分配系数，ΔD代表单位时间内的待分配资源堆积总量，k代表网络应用系数。至此，完成各项理论系数参量的计算，在云桌面技术的支持下，完成虚拟专用网络动态资源分配方法的搭建。

3 实用分配能力检测

为验证基于云桌面技术虚拟专用网络动态资源分配方法的实际应用价值，设计如下对比实验。

在Windows XP 系统中启动Linux 操作主机，并在其中打开动态化资源分配软件。分别将搭载该文新型分配方法和基于边际效用网络资源分配模型的信号执行主机，接入实验所有虚拟机操作设备，其中前者作为实验组，后者作为对照组。在相同实验环境下，研究网络数据转发数值及数据节点传输占比率的实际变化行为。虚拟机操作界面如图4 所示。

图4 虚拟机操作界面

虚拟专用网络动态资源分配原理如图5 所示。

图5 虚拟专用网络动态资源分配原理

规定10 min 为一个网络动态资源的传输周期，记录在多个传输周期内，实验组、对照组网络数据转发数值的具体变化情况，实验详情如表1 所示。

表1 网络数据转发数值

分析表1 可知，随着实验时间的不断延长，实验组网络数据转发数值一直保持不断上升的变化趋势，且前后期上升幅度并无明显变化，至第5 个传输周期结束，数据转发极值可达到8.7×1015T；对照组网络数据转发数值在阶段性上升趋势后，开始逐渐趋于稳定，至第5 个传输周期结束，数据转发极值也仅达到5.2×1015T，与实验组极值相比，下降了3.5×1015T。综上可知，应用基于云桌面技术虚拟专用网络动态资源分配方法，可实现对网络数据转发数值的稳定提升，满足资源占比不均问题的实际处理需求。

数据节点占比率能够反映虚拟专用网络的应用稳定性，通常情况下，前者的数值水平越低，后者的稳定性程度就越强，反之则越弱。表2 记录了实验组、对照组数据节点占比率的具体变化情况。

表2 数据节点占比率

分析表2 可知，随着实验时间的不断延长，实验组数据节点占比率虽一直保持不断上升的变化趋势，但整体上升幅度较小，实验初始值、实验终止值间的差距仅达到19%，至第5 个传输周期结束，节点占比率的最大值也仅达到65%。对照组数据节点占比率也一直保持不断上升的变化趋势，但实验后期的上升幅度明显高于实验前期，实验初始值、实验终止值间的物理差达到41%，至第5 个传输周期结束，节点占比率的最大值更是超过了95%，与实验组极值相比，上升了30%。综上可知，应用基于云桌面技术虚拟专用网络动态资源分配方法后，数据节点占比率出现了明显的下降趋势，能够有效解决现有的资源占比不均问题。

4 结束语

与基于边际效用的网络资源分配模型相比，新型虚拟专用网络动态资源分配方法在云桌面技术的支持下，设置开源云计算平台等结构，可同时联合Spice 桌面传输协议等应用软件，实现对分配效用函数的精准计算。从实用性角度来看，随着该方法的应用，虚拟专用网络可在提升网络数据转发数值的同时，控制数据节点占比率的无故攀升行为，能够完全克服虚拟化网络环境中的资源占比不均问题，实现对动态资源结构体的合理化分配。