一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，在重映射和迁移服务功能链请求时，考虑每个服务功能链请求中每个虚拟网络功能和链路连接情况，在满足相关约束条件下，以消耗最少的服务器资源和带宽资源，以及减小服务功能链迁移请求的迁移时间、停机时间和阻塞率为目标，将服务功能链请求进行重映射和迁移。本发明专利技术综合考虑了服务功能链请求的特殊性，对常见的带宽资源需求和服务器资源需求做出了优化配置，具有适用范围广、重映射成本低、停机时间短和映射阻塞率小等优点。

A real-time migration method for service function chain used in cloud computing network

【技术实现步骤摘要】
一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法
本专利技术属于网络功能虚拟化
，具体涉及一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法的设计。
技术介绍
近年来，为了解决传统网络的“僵化”问题，研究者们提出了网络虚拟化技术。又随着网络虚拟化技术的发展，研究者提出了网络功能虚拟化技术(NetworkFunctionVirtualization，NFV)，通过网络功能虚拟化技术，物理资源可以被虚拟化为虚拟网络功能(VirtualNetworkFunction，VNF)，而虚拟网络功能能够相互隔离，从而代替由专用硬件实现的传统网络功能，从而减少专用硬件的部署、提高网络的灵活性和降低网络运营成本。特定数量和顺序的虚拟网络功能组成服务功能链(ServiceFunctionChain，SFC)，来支持和处理用户的网络流量，从而实现用户的通信和需求。例如，为了满足用户的安全需求，服务功能链可能由用户→虚拟防火墙→虚拟深度包检测→终端组成。为了实现用户的不同策略，服务功能链有其特定的组成顺序。为了实现用户的通信，部署服务功能链到物理网络中是非常重要的。目前，已经有关于服务功能链部署的研究。在一些研究中，为了提高物理网络的资源利用率，作者提出了考虑物理链路和物理服务器利用率的算法。一些研究为了减少总的带宽消耗，作者提出了一个联合设计和映射多个服务功能链的方法。一些研究为了满足网络服务的可扩展性和隐私性问题，降低分布式服务功能链的部署复杂度，利用非合作博弈理论部署分布式服务链，从而实现隐私保护。然而，随着用户的几何增加，云计算面临的挑战也越来越大，尤其是网络流量集中在核心网络中，导致大量的网络拥塞和网络延迟。为了解决集中式云计算所面临的挑战，研究人员已经提出了分布式雾计算来扩展集中式的云计算。因为分布式的雾计算环境有少量的计算和存储资源，所以雾计算环境可以执行一些延迟敏感的服务，并且同时利用云计算资源和雾计算资源，可以降低能耗和网络拥塞。因此，雾计算已经成为无线接入网、车载网络和物联网的研究热点。此外，由于分布式的雾计算环境具有计算和存储资源，我们可以利用云计算和雾计算的联合环境来部署服务功能链，并且已经有了一些相关的研究。随着网络功能的虚拟化技术的发展，虚拟网络功能/服务功能链迁移已逐渐成为一个新的研究方向。例如，在一些研究中，作者首先提出了一种初始部署服务功能链的算法，然后为了节约带宽资源，降低能源消耗，提出了一个虚拟网络功能合并和迁移的算法。同样，为了节约能源，一些研究提出了一种整合和迁移虚拟网络功能的算法在低流量时关闭服务器。在一些研究中，为了节省数据中心的能量，作者提出了一个线性规划模型来解决这个问题。这些提到的研究仅仅考虑调整已经部署的服务功能链，他们没有考虑服务功能链必须被迁移的场景。在一些研究中，作者考虑当数据中心的服务器需要维护或失效时，迁移整个虚拟数据中心，并提出了一种虚拟数据中心的迁移算法，但该算法适用于虚拟数据中心迁移，在服务功能链迁移场景中，它无法提供良好的性能。虽然提到的这些工作研究虚拟网络功能合并和迁移问题，但是他们没有考虑这样一个场景：在雾无线接入网环境中，由于移动用户的移动性，当移动用户从一个雾无线接入网到另一个雾无线接入网时，服务提供商必须迁移这些相关的服务功能链，来维持用户的连接，否则，用户的通信将被中断。此外，服务功能链的迁移/重映射算法不仅决定重配置成本和重映射成功率，而且影响服务功能链的迁移时间和停机时间，所以服务功能链迁移算法的迁移性能至关重要。然而，现有的研究并不能很好地解决这一问题，因此服务功能链的迁移问题值得进一步研究。因此，本专利技术结合雾计算研究了服务功能链的迁移问题，从而快速的恢复用户的通信，降低服务功能链的重配置成本，降低服务功能链的迁移时间和停机时间，提高服务功能链的重映射成功率。在目前，已经有一些关于虚拟网络功能迁移方法的研究，例如VMMPC算法。其主要思想是在网络功能部署成功后，为了减少网络的能量消耗，对已经部署好的服务功能链进行调整，整合服务器，同时满足网络节点的大小约束。虽然VMMPC算法能够实现虚拟网络功能的重映射，但是它是为了减少网络的能量消耗，对已经部署好的服务功能链进行调整，没有考虑服务功能链必须被迁移的场景，也没有考虑雾计算网络的特性和相关约束，不能利用雾计算的优势。针对迁移问题，相关研究人员还提出了VDC-M算法，其主要思想当数据中心的服务器需要维护或失效时，迁移整个虚拟数据中心，来维持用户的服务。虽然VDC-M算法能够实现虚拟数据中心的重配置和迁移，但是它是针对虚拟数据中心迁移的，它同样没有考虑雾计算网络的特性和相关约束，不能利用雾计算的优势，而且无法为服务功能链迁移提供良好的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，在考虑服务功能链请求中每个虚拟网络功能的链路连接情况和满足相关约束条件下，将底层网络的节点资源和带宽资源分配给每个服务功能链请求，在提高服务功能链请求的重映射成功率和底层网络的资源利用率的同时，使总的映射花销最小。本专利技术的技术方案为：一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，包括以下步骤：S1、根据目标物理网络及其资源约束，构建初始SFC迁移映射请求队列ArrivedSFC，并设置初始总重配置成本Tcost＝0，初始被阻塞SFC迁移请求集合SFCblo为空。S2、判断ArrivedSFC是否为空，若是则进入步骤S12，否则进入步骤S3。S3、释放ArrivedSFC中过期的SFC映射请求占用的资源。S4、采用FSRMSFC算法重映射ArrivedSFC中第一个SFC迁移请求SFC1，得到第一步迁移中迁移的虚拟网络功能数量Ff以及重映射方案集合RM。S5、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S6。S6、判断是否满足1<Ff<|NF|，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量。S7、采用SSRMSFC算法重映射SFC1，更新重映射方案集合RM。S8、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S9。S9、根据重映射方案集合RM更新物理网络及Tcost，进入步骤S11。S10、将SFC1添加进SFCblo。S11、将SFC1从ArrivedSFC中清除，返回步骤S2。S12、输出Tcost和SFCblo。本专利技术的有益效果是：(1)适用范围广：传统的虚拟网络功能或服务功能链重映射和迁移算法大多是针对虚拟网络和数据中心网络提出的，或者没有考虑在云雾计算网络中的重映射和迁移服务功能链。本专利技术能适用于云雾计算网络中的服务功能链请求，因此与传统的重映射和迁移算法相比，本方法的适用范围更广。(2)重映射成本低：由于本专利技术采用两步迁移策略，然后利用云雾计算结合的优势重映射和迁移服务功能链请求，这样找到的重映射和迁移方案的成本也就更低。(3)停机时间短：由于本专利技术采用两步迁移策略，在第二步迁移中使用临时迁移方案进行服务，能够有效地减少服务的停机时间。(4)映射阻塞率小：由于本专利技术采用两步迁移策略，其中第二步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据目标物理网络及其资源约束，构建初始SFC迁移映射请求队列ArrivedSFC，并设置初始总重配置成本Tcost＝0，初始被阻塞SFC迁移请求集合SFCblo为空；S2、判断ArrivedSFC是否为空，若是则进入步骤S12，否则进入步骤S3；S3、释放ArrivedSFC中过期的SFC映射请求占用的资源；S4、采用FSRMSFC算法重映射ArrivedSFC中第一个SFC迁移请求SFC1，得到第一步迁移中迁移的虚拟网络功能数量Ff以及重映射方案集合RM；S5、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S6；S6、判断是否满足1<Ff<|NF|，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量；S7、采用SSRMSFC算法重映射SFC1，更新重映射方案集合RM；S8、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S9；S9、根据重映射方案集合RM更新物理网络及Tcost，进入步骤S11；S10、将SFC1添加进SFCblo；S11、将SFC1从ArrivedSFC中清除，返回步骤S2；S12、输出Tcost和SFCblo。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据目标物理网络及其资源约束，构建初始SFC迁移映射请求队列ArrivedSFC，并设置初始总重配置成本Tcost＝0，初始被阻塞SFC迁移请求集合SFCblo为空；S2、判断ArrivedSFC是否为空，若是则进入步骤S12，否则进入步骤S3；S3、释放ArrivedSFC中过期的SFC映射请求占用的资源；S4、采用FSRMSFC算法重映射ArrivedSFC中第一个SFC迁移请求SFC1，得到第一步迁移中迁移的虚拟网络功能数量Ff以及重映射方案集合RM；S5、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S6；S6、判断是否满足1&lt;Ff&lt;|NF|，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量；S7、采用SSRMSFC算法重映射SFC1，更新重映射方案集合RM；S8、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S9；S9、根据重映射方案集合RM更新物理网络及Tcost，进入步骤S11；S10、将SFC1添加进SFCblo；S11、将SFC1从ArrivedSFC中清除，返回步骤S2；S12、输出Tcost和SFCblo。2.根据权利要求1所述的服务功能链实时迁移方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下分步骤：S4-1、遍历SFC1中每一个虚拟网络功能fi，i＝1,2,…,|NF|，|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量；S4-2、判断SFC1中的虚拟网络功能是否遍历完，若是则进入步骤S4-16，否则进入步骤S4-3；S4-3、遍历物理网络中的每个节点nk，k＝1,2,…,|NP|，|NP|为物理网络节点数量；S4-4、判断物理网络中的节点是否遍历完，若是则进入步骤S4-10，否则进入步骤S4-5；S4-5、判断nk是否满足fi的位置约束，若是则进入步骤S4-6，否则返回步骤S4-3；S4-6、将fi映射到nk上，并计算每个虚拟网络功能fi的重映射成本CostVNF(fi→nk)，计算公式为：CostVNF(fi→nk)＝p(nk)ε(fi)(1)其中p(nk)表示nk的节点资源单位成本，ε(fi)表示fi的节点资源需求；S4-7、查找SFC1中每条SFC链路ei的最小成本路径以及从nk到服务终端LT的最小成本路径p(nk,LT)；S4-8、计算每条SFC链路ei的重映射成本Cost(pei)，计算公式为：其中p(lj)表示物理网络中链路lj的单位成本，j＝1,2,…,|EP|，|EP|为物理网络链路数量；ε(ei)表示ei的带宽资源需求，Cost(p(nk,LT))表示路径p(nk,LT)的成本，计算公式为：其中ε(ei+1)表示路径p(nk,LT)的带宽资源需求；S4-9、计算fi的总重映射成本TCostVNF(fi→nk)，返回步骤S4-3，总重映射成本TCostVNF(fi→nk)的计算公式为：TCostVNF(fi→nk)＝CostVNF(fi→nk)+Cost(pei)(4)S4-10、判断是否能从所有fi的重映射方案中找到总重映射成本TCostVNF(fi→nk)最小的重映射方案，若是则进入步骤S4-12，否则进入步骤S4-11；S4-11、清空重映射方案集合RM，并进入步骤S4-16；S4-12、将总重映射成本TCostVNF(fi→nk)最小的重映射方案，并将fi和SFC链路ei的重映射方案储存到重映射方案集合RM中，进入步骤S4-13；S4-13、判断是否满足2≤i&lt;|NF|，若是则进入步骤S4-14，否则返回步骤S4-1；S4-14、判断是否能够找到连接虚拟网络功能fi的重映射方案RM(fi)和虚拟网络功能fi+1的初始映射方案IM(fi+1)的最短路径p(RM(fi),IM(fi+1))，若是则进入步骤S4-15，否则返回步骤S4-1；S4-15、采用RBAFSM算法迁移被重映射的虚拟网络功能，更新第一步迁移中迁移的虚拟网络功能数量Ff＝i；S4-16、输出重映射方案集合RM和虚拟网络功能数量Ff。3.根据权利要求2所述的服务功能链实时迁移方法，其特征在于，所述步骤S4-15具体包括以下分步骤：S4-15-1、初始化i＝1,2,…,Ff；S4-15-2、查找连接每一个虚拟网络功能fi重映射方案和初始映射方案的最短迁移路径p(RM(fi),IM(fi))；S4-15-3、采用基于预复制的并行迁移策略迁移每一个虚拟网络功能fi；S4-15-4、分别计算每一个虚拟网络功能fi的迁移时间Ti,mig、停机时间的起始时间和停机时间的结束时间所述迁移时间Ti,mig的计算公式为：其中Ti,j表示第j次迭代迁移fi记忆的时间，V(fi)表示fi的记忆大小，B(fi)表示fi获得的迁移速率，ri＝PD/B(fi)表示“脏”数据产生速率与迁移速率之比，D和P分别表示内存页的“脏”数据产生速率和内存页的大小，λi表示实际的迭代次数，计算公式为：其中Vth为停止迭代门限值，λmax为最大迭代次数；所述停机时间的起始时间的计算公式为：所述停机时间的结束时间的计算公式为：S4-15-5、分别计算第一步迁移的迁移时间TF,mig、第一步迁移停机时间的起始时间第一步迁移停机时间的结束时间和第一步迁移的停机时间TF,down；所述第一步迁移的迁移时间TF,mig的计算公式为：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙罡，赵东成，廖丹，虞红芳，孙健，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51