一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法。包括：以最小化传播时延为优化目标，获得一棵从源节点到所有目的节点可达的组播树；以及，基于分布估计算法，以最小化服务时延为目标，在组播树中为每一条从源节点到组播组成员的路径，放置相同的服务功能链，并确定该路径上的虚拟网络功能部署方案。本发明专利技术的有益效果在于，将网络功能虚拟化引入组播当中，将组播网络中的网络功能服务链问题拆分为两个子问题，即最小传输时延组播树生成问题与最优组播树中虚拟网络功能优化部署问题。仿真实验与数据分析表明，相比于遗传算法，本发明专利技术所使用的方法在算法性能上具有显著优势，能获得更优的解。

A distributed virtual network function deployment method based on distributed estimation algorithm

The invention discloses a distributed virtual network function deployment method based on the distribution estimation algorithm. It includes: getting a multicast tree accessible from source node to all destination nodes with the goal of minimizing propagation delay; and, based on the distributed estimation algorithm, placing the same service function chain for each path from source node to multicast group member in the multicast tree with the goal of minimizing service delay, and confirming Define the virtual network function deployment plan on the path. The beneficial effect of the invention is that the network function virtualization is introduced into multicast, and the network function service chain problem in multicast network is divided into two sub-problems, namely, the minimum transmission delay multicast tree generation problem and the virtual network function optimization deployment problem in the optimal multicast tree. Simulation experiments and data analysis show that, compared with genetic algorithm, the method of the invention has obvious advantages in algorithm performance and can obtain better solution.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法
本专利技术涉及网络通信技术与虚拟化
，特别是一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法。
技术介绍
近年来，随着网络技术的不断创新和高速宽带网络的快速发展，市场上出现了视频会议、网络游戏、数据分发、远程教育等越来越多的网络服务。这些网络通信业务的要求不同于传统的点对点网络通信，要求数据的接收方是一组目的节点。组播技术的出现就是为了解决这个问题。组播是一种通过树形网络结构，将数据信息从源节点复用到一组目标节点的方法。当前的组播服务需要在到达目的地之前遍历特定的专有网络设备(即中间件)。中间件是网络中必不可少的设备，但它们在网络中是固定的，这就导致了业务部署缓慢、网络僵化程度高等问题。网络功能虚拟化(NetworkFunctionsVirtualization,简称NFV)是欧洲电信标准协会(ETSI)于2012年首次提出的一种新型网络架构。NFV通过虚拟化技术，将网络功能从传统网络硬件中解耦出来，引入虚拟资源层，把功能网元弹性部署在虚拟机上，而下层硬件资源对于上层的功能网元来说是不可见的，管理员对下层硬件资源进行统一管理和调度。NFV可以动态地改变网络功能的部署位置。NFV技术给组播通信带来了变革，通过在通用的计算节点上部署需要被虚拟化的网络功能(VirtualizedNetworkFunctions，简称VNF)，来代替传统的中间件，使得网络的灵活性极大提高。服务功能链(ServiceFunctionChaining,简称SFC)是一系列的有序的带约束的VNF集合，数据流在到达用户之前必须按照指定的顺序依次通过VNF集合中的每个VNF。相比于单播中的SFC部署问题，将NFV技术引入组播后，带来了新的挑战。在组播网络中，如何需找到一种合适的虚拟网络功能部署方案，将各个VNF合理地放置在组播网络中，使得组播源向每一个组播组成员发出的数据流都必须有序地流经各个VNF进行处理，并最终到达相应的目的地。这一问题称之为组播虚拟网络功能部署(MulticastVNFDeployment，简称MVNFD)问题。MVNFD问题是一个NP-hard问题，目前学术界对于该问题的研究还处于起步阶段。分布估计算法(EstimationofDistributionAlgorithm,简称EDA)是一种基于统计学习理论的群体进化算法，通过建立概率模型描述候选解在搜索空间的分布信息，采用统计学习手段从群体宏观的角度建立一个描述解分布的概率模型，然后对概率模型随机采样产生新的种群，如此反复实现种群的进化。与传统的遗传算法(GeneticAlgorithm，简称GA)相比，EDA放弃了基于个体的交叉和变异操作。取而代之的是，引入基于概率模型的学习和抽样方法，实现种群的整体高效进化。基于此，结合组播网络中的网络功能服务链问题实际情况，本专利技术使用EDA算法来解决最优组播树虚拟网络功能部署问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法，在网络组播服务请求到达时，找到一种虚拟网络功能部署方案，使得得到的整个组播网络中服务功能链上的所有节点的节点时延和每条传输路径中的总链路时延之和最小。实现本专利技术目的的技术方案如下：一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法，包括步骤1：输入网络拓扑，构建组播树；步骤2：初始化分布估计算法相关参数，包括设置种群规模为种群中第i个个体为其中，D＝{dj}表示目的节点集，dj表示目的节点，j＝1,2,...,|D|，|D|表示目的节点个数；VNF＝{fk}表示数据流从源节点s到达D中任一个目的节点之前必须流经的一组虚拟网络服务功能链，fk表示具有某种特定功能的虚拟网络功能，k＝1,2,...,|VNF|，|VNF|表示VNF中虚拟网络功能的个数；Yi的元素为个体编码，其中，编码表示在路径Pathj中部署fk的节点位置；Yi中第j行称为第j区域，第k列称为第k位置；设置最大迭代次数为迭代次数τEDA＝0；初始化全局最优解集GB与当代最优解集CB，令|GB|与|CB|分别表示GB与CB中的个体数，且步骤3：初始化个体编码中第1区域的第1位置的编码概率矩阵Pff，其它区域的第1位置的编码概率矩阵Plf，其它位置的编码概率矩阵Pin；步骤4：生成分布估计算法种群，种群中包含个个体，其中每个个体的生成方法为：由Pff指导生成第1区域中的第1位置的编码，然后根据此编码，由Plf指导生成其它区域的第1位置的编码，最后根据各个区域的第1位置的编码，由Pin指导生成其它位置的编码；步骤5：计算种群中每个个体的适应度，将适应度最优的前|CB|个个体保留为当代最优解集CB；合并CB与GB，并按个体的适应度从优到劣排序，选取排序后的前|GB|个最优个体组成GB；所述适应度为：采用所述组播树部署VNF后，从组播源节点依次经过各个的VBF并最终到达目的节点的传输时延总和与传输路径中各VBF的处理时延总和，取二者之和的平均值作为适应度；步骤6：统计GB中每个个体的第1区域的第1位置的编码中各值出现的次数，更新Pff；其它区域的第1位置的编码中各值出现的次数，更新Plf；其它位置的编码中各值出现的次数，更新Pin；令τEDA＝τEDA+1；步骤7：若则转步骤4；否则，GB中的第1个个体即为最优解。进一步地，所述输入网络拓扑，构建组播树，包括以下步骤：步骤1：输入网络拓扑G＝(V,E)，V和E分别表示节点集和链路集，令G中的链路数为|E|；步骤2：根据网络组播服务请求，确定组播源节点s与目的节点集D在整个网络中的位置；步骤3：初始化构建组播树的遗传算法的相关参数，包括设置种群规模种群中每个个体是长度为|E|的二进制串；设置最大迭代次数当前迭代次数τGA＝0；设置交叉概率Pc，变异概率Pm；初始化历史最优解XSFB与当代最优解XCB；步骤4：随机生成个长度为|E|的二进制串，每个二进制串为种群中的一个个体；其中，第i个个体表示一种组播树方案，为Xi的第j个位置上的值，j＝1,2,…,|E|；当时，表示Xi中的第j条链路被选中，当时，表示Xi中没有第j条链路；步骤5：计算种群中每个个体的适应度，将适应度最优的个体作为当代最优解XCB保留；所述个体的适应度为该个体所表示的组播树方案中从组播源节点到目的节点所经过的链路产生的链路时延的总和的平均值；步骤6：将种群中每个个体的适应度依次加入到轮盘中，按其适应度优劣确定其在轮盘中所占面积的大小，适应度优的个体在轮盘中所占的面积大于适应度差的个体，即适应度优的个体被选择的概率高于适应度差的个体；基于轮盘赌方式，随机选出个个体并放入交配池中；步骤7：将交配池中的所有个体以随机配对方式两两配对；对任意一对个体，以交叉概率Pc进行两点交叉，并保存交叉后的新个体；重复上述方式，直到生成个新个体；以生成的个新个体作为当前种群替换原种群；步骤8：以变异概率Pm对当前种群中每个个体Xi中的每一位进行变异操作；令τGA＝τGA+1；步骤9：比较历史最优解XSFB与当代最优解XCB的适应度，若XCB优于XSFB，则使用XCB替换XSFB；否则，使用XSFB替换当前种群中适应度最差的个体；步骤10：若迭代次数则转到步骤5；否则，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法，其特征在于，包括步骤1：输入网络拓扑，构建组播树；步骤2：初始化分布估计算法相关参数，包括设置种群规模为

【技术特征摘要】
1.一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法，其特征在于，包括步骤1：输入网络拓扑，构建组播树；步骤2：初始化分布估计算法相关参数，包括设置种群规模为种群中第i个个体为其中，D＝{dj}表示目的节点集，dj表示目的节点，j＝1,2,...,|D|，|D|表示目的节点个数；VNF＝{fk}表示数据流从源节点s到达D中任一个目的节点之前必须流经的一组虚拟网络服务功能链，fk表示具有某种特定功能的虚拟网络功能，k＝1,2,...,|VNF|，|VNF|表示VNF中虚拟网络功能的个数；Yi的元素为个体编码，其中，编码表示在路径Pathj中部署fk的节点位置；Yi中第j行称为第j区域，第k列称为第k位置；设置最大迭代次数为迭代次数τEDA＝0；初始化全局最优解集GB与当代最优解集CB，令|GB|与|CB|分别表示GB与CB中的个体数，且1<|GB|,步骤3：初始化个体编码中第1区域的第1位置的编码概率矩阵Pff，其它区域的第1位置的编码概率矩阵Plf，其它位置的编码概率矩阵Pin；步骤4：生成分布估计算法种群，种群中包含个个体，其中每个个体的生成方法为：由Pff指导生成第1区域中的第1位置的编码，然后根据此编码，由Plf指导生成其它区域的第1位置的编码，最后根据各个区域的第1位置的编码，由Pin指导生成其它位置的编码；步骤5：计算种群中每个个体的适应度，将适应度最优的前|CB|个个体保留为当代最优解集CB；合并CB与GB，并按个体的适应度从优到劣排序，选取排序后的前|GB|个最优个体组成GB；所述适应度为：采用所述组播树部署VNF后，从组播源节点依次经过各个的VNF并最终到达目的节点的传输时延总和与传输路径中各VNF的处理时延总和，取二者之和的平均值作为适应度；步骤6：统计GB中每个个体的第1区域的第1位置的编码中各值出现的次数，更新Pff；其它区域的第1位置的编码中各值出现的次数，更新Plf；其它位置的编码中各值出现的次数，更新Pin；令τEDA＝τEDA+1；步骤7：若则转步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢焕来，王心汉，戴朋林，罗寿西，赵路伟，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51