QoS感知的服务链备份方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种QoS感知的服务链备份方法及系统。该服务链备份方法包括：对QoS感知的服务链备份问题进行数学建模，设置该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数；根据所述服务链备份问题的QoS约束条件，对可靠性低于可靠性阈值的服务链进行虚拟网络功能的备份，若待备份的虚拟网络功能已存在，则优先选择已有的备份虚拟网络功能作为共享备份，若不存在待备份的虚拟网络功能，则新建一个备份；根据该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数确定最终的服务链备份方案。所述QoS感知的服务链备份方法及系统，将QoS需求与备份过程相结合，同时考虑备份网络功能的共享性，从而减少过度备份VNF，提高服务链的资源利用效率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
QoS感知的服务链备份方法及系统
本专利技术是关于多业务承载网领域，特别是关于一种QoS感知的服务链备份方法及系统。
技术介绍
网络功能虚拟化(NFV)借助标准的IT虚拟化技术，通过采用工业化标准的大容量服务器、存储器和交换机承载各种各样软件化网络功能(NF)，实现了网络功能软件的灵活加载与实例化，降低了业务部署的复杂度。将软件化网络功能与专用硬件设备解耦，实现了网络功能的虚拟化和硬件资源的共享。同时，NFV技术还向运营商提供管理和编排功能以实现网络部署的灵活性和敏捷性，提高了网络设备的统一化、通用化。在NFV中，端到端的服务通过遍历一组有序的虚拟网络功能(VNF)，即服务链来实现。单个VNF的故障将直接影响到服务的正常进行。通过备份VNF能有效地避免故障对服务的影响。现有的冗余备份方案采取一对一进行VNF备份方式，该方式将引入额外的开销，对资源共享的考虑不足，导致资源利用率低下，而且忽略了服务的QoS要求，致使备份方案并不能满足服务的QoS要求。因此，如何在保证资源利用效率的前提下，有效地提高服务的可靠性成为一个亟待解决的问题。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种QoS感知的服务链备份方法及系统，将QoS需求与备份过程相结合，同时考虑备份网络功能的共享性，从而减少过度备份VNF，提高服务链的资源利用效率和可靠性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种QoS感知的服务链备份方法。所述服务链包括多个虚拟网络功能，该服务链备份方法包括：对QoS感知的服务链备份问题进行数学建模，设置该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数；根据所述服务链备份问题的QoS约束条件，对可靠性低于可靠性阈值的服务链进行虚拟网络功能的备份，若待备份的虚拟网络功能已存在，则优先选择已有的备份虚拟网络功能作为共享备份，若不存在待备份的虚拟网络功能，则新建一个备份；根据该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数确定最终的服务链备份方案。在一优选的实施方式中，所述QoS约束条件包括服务链的带宽约束、服务链的时延约束、服务链的可靠性约束、服务链中的虚拟网络功能以及服务器节点的约束。在一优选的实施方式中，对QoS感知的服务链备份问题进行数学建模包括：用加权无向图G＝(V,L)表示服务链的底层物理网络，其中V和L分别为服务链的物理网络节点集和链路集；用N表示该物理网络节点集中的用作承载虚拟网络功能的服务器节点的数量；用cap(ni)表示任意服务器节点ni所承载的虚拟网络功能的容量；用lij表示服务器节点ni和nj的物理链路，其中lij∈L，用bij表示服务器节点ni到nj的带宽，用dij表示服务器节点ni到nj的传输时延；用V＝{v1,v2,...vk}表示虚拟网络功能的集合，K表示虚拟网络功能的数量，S＝{s1,s2,...sm}表示服务链的集合，M表示服务链的数量；用cap(vi)表示虚拟网络功能vi所消耗的服务器端的物理资源；用di，ri分别表示虚拟网络功能vi的处理时延以及可靠性；用表示虚拟网络功能之间的虚拟链路；用Breq、Dreq、Rreq分别表示每个服务链的最小带宽、最大容忍时延和最小可靠性。在一优选的实施方式中，所述服务链的带宽约束被设置为：服务链的带宽BS小于该服务链的最小带宽Breq；所述服务链的时延约束被设置为：服务链的时延DS小于该服务链的最大容忍时延Dreq，所述时延其中，dl表示该服务链的所有链路的传输时延，dn表示该服务链的所有节点的处理时延；所述服务链的可靠性约束被设置为：服务链的可靠性RS大于该服务链的最小可靠性Rreq，其中RS为该服务链中的所有虚拟网络功能的可靠性的乘积，单个虚拟网络功能的可靠性其中，MTBF和MTTR分别表示该虚拟网络功能的平均故障时间间隔和平均修复时间。在一优选的实施方式中，所述服务链中的虚拟网络功能的约束被设置为：其中xi，j是二进制变量，表示备份的虚拟网络功能vi是否安装到服务器节点nj上。在一优选的实施方式中，所述服务器节点的约束被设置为：且其中，Zi,j是二进制变量，表示服务器节点ni是否承载虚拟网络功能Vj。在一优选的实施方式中，该服务链备份问题的目标函数为：其中，C1表示备份的虚拟网络功能的安装成本，C2表示备份虚拟网络功能所消耗的链路带宽的成本，xi，j是二进制变量，表示备份的虚拟网络功能vi是否安装到服务器节点nj上，yi，j是二进制变量，表示备份的虚拟网络功能之间的虚拟链路是否映射到物理链路lij上。在一优选的实施方式中，根据所述服务链备份问题的QoS约束条件，对可靠性低于可靠性阈值的服务链进行虚拟网络功能的备份包括：对同一个时间窗内到达的服务按照其时延最大允许值由小到大进行排序，按照该排序顺序对可靠性低于可靠性阈值的服务链进行虚拟网络功能的备份。在一优选的实施方式中，根据该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数确定最终的服务链备份方案包括：将选择扩展的虚拟网络功能的链路的权重设置为时延和负载均衡指标的加权和，首先时延权重设置为0，按照负载均衡指标进行选路，对于某个备份虚拟网络功能，根据所述QoS约束条件中的服务链的带宽约束、服务链的时延约束、服务链的可靠性约束通过深度优先搜索算法得出主虚拟网络功能与备份虚拟网络功能之间的链路，如果满足所述QoS约束条件，则该路径即为扩展的虚拟网络功能的链路，若不满足所述QoS约束条件，则增加时延的权重，经过数次迭代，得出满足所述QoS约束条件的扩展链路，服务链备份结束。在一优选的实施方式中，该服务链备份方法还包括：设置故障处理机制，当多个虚拟网络同时出现故障时启动该故障处理机制，该故障处理机制包括：将出现故障的虚拟网络功能所在的服务链按照其端到端时延要求进行排序，优先处理时延要求高的服务，直至故障全部处理完成。本专利技术还提供一种QoS感知的服务链备份系统，所述服务链包括多个虚拟网络功能，该服务链备份系统包括：建模模块、QoS约束条件和目标函数设置模块、虚拟网络功能备份模块、服务链备份方案确定模块。建模模块用于对QoS感知的服务链备份问题进行数学建模。QoS约束条件和目标函数设置模块与所述建模模块相耦合，用于设置该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数。虚拟网络功能备份模块与所述QoS约束条件和目标函数设置模块相耦合，用于根据所述服务链备份问题的QoS约束条件，对可靠性低于可靠性阈值的服务链进行虚拟网络功能的备份，若待备份的虚拟网络功能已存在，则优先选择已有的备份虚拟网络功能作为共享备份，若不存在待备份的虚拟网络功能，则新建一个备份。服务链备份方案确定模块与所述虚拟网络功能备份模块相耦合，根据该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数确定最终的服务链备份方案。在一优选的实施方式中，所述建模模块包括：底层物理网络建模模块、服务器节点参数设置模块、虚拟网络功能建模模块、服务链建模模块。底层物理网络建模模块用于将服务链的底层物理网络表示为加权无向图G＝(V,L)，其中V和L分别为服务链的物理网络节点集和链路集。服务器节点参数设置模块用于设置服务器节点的参数，该服务器节点的参数包括所述物理网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种QoS感知的服务链备份方法，所述服务链包括多个虚拟网络功能，其特征在于，该服务链备份方法包括：对QoS感知的服务链备份问题进行数学建模，设置该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数；根据所述服务链备份问题的QoS约束条件，对可靠性低于可靠性阈值的服务链进行虚拟网络功能的备份，若待备份的虚拟网络功能已存在，则优先选择已有的备份虚拟网络功能作为共享备份，若不存在待备份的虚拟网络功能，则新建一个备份；结合该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数，对备份的虚拟网络功能进行链路的选择从而得到最终的服务链备份方案。

【技术特征摘要】
1.一种QoS感知的服务链备份方法，所述服务链包括多个虚拟网络功能，其特征在于，该服务链备份方法包括：对QoS感知的服务链备份问题进行数学建模，设置该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数；根据所述服务链备份问题的QoS约束条件，对可靠性低于可靠性阈值的服务链进行虚拟网络功能的备份，若待备份的虚拟网络功能已存在，则优先选择已有的备份虚拟网络功能作为共享备份，若不存在待备份的虚拟网络功能，则新建一个备份；结合该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数，对备份的虚拟网络功能进行链路的选择从而得到最终的服务链备份方案。2.如权利要求1所述的QoS感知的服务链备份方法，其特征在于，所述QoS约束条件包括服务链的带宽约束、服务链的时延约束、服务链的可靠性约束、服务链中的虚拟网络功能的约束和服务器节点的约束。3.如权利要求2所述的QoS感知的服务链备份方法，其特征在于，所述服务链的带宽约束被设置为：服务链的带宽BS小于该服务链允许的最小带宽Breq；所述服务链的时延约束被设置为：服务链的时延DS小于该服务链的最大容忍时延Dreq，所述时延其中，dl表示该服务链的所有链路的传输时延，dn表示该服务链的所有节点的处理时延；所述服务链的可靠性约束被设置为：服务链的可靠性RS大于该服务链的最小可靠性Rreq，其中RS为该服务链中的所有虚拟网络功能的可靠性的乘积，单个虚拟网络功能的可靠性其中，MTBF和MTTR分别表示该虚拟网络功能的平均故障时间间隔和平均修复时间。4.如权利要求2所述的QoS感知的服务链备份方法，其特征在于，所述服务链中的虚拟网络功能的约束被设置为：其中xi,j是二进制变量，表示备份的虚拟网络功能vi是否安装到服务器节点nj上，d0为正整数，K表示虚拟网络功能的数量。5.如权利要求2所述的QoS感知的服务链备份方法，其特征在于，所述服务器节点的约束被设置为：且其中，Zi,j是二进制变量，表示服务器节点ni是否承载虚拟网络功能Vj，N表示承载虚拟网络功能的服务器节点的数量，cap(vj)表示虚拟网络功能Vj所消耗的服务器端的物理资源，cap(ni)表示任意服务器节点ni所承载的虚拟网络功能的容量，Z0为正整数。6.如权利要求1所述的QoS感知的服务链备份方法，其特征在于，该服务链备份问题的目标函数为：其中，C1表示备份的虚拟网络功能的安装成本，C2表示备份虚拟网络功能所消耗的链路带宽的成本，xi,j是二进制变量，表示备份的虚拟网络功能vi是否安装到服务器节点nj上，yij,uv是二进制变量，表示备份的虚拟网络功能之间的虚拟链路是否映射到物理链路lij上，K表示虚拟网络功能的数量，Breq是服务链的所允许的最小带宽。7.如权利要求1所述的QoS感知的服务链备份方法，其特征在于，根据该服务链备份问题的QoS约束条件和目标函数确定最终的服务链备份方案包括：将选择扩展的虚拟网络功能的链路的权重设置为时延和负载均衡指标的加权和，首先时延权重设置为0，按照负载均衡指标进行选路，对于每个备份虚拟网络功能，根据所述QoS约束条件中的服务链的带宽约束、服务链的时延约束、服务链的可靠性约束通过深度优先搜索算法得出主虚拟网络功能与备份虚拟网络功能之间的链路，如果满足所述QoS约束条件，则该路径即为扩展的虚拟网络功能的链路，若不满足所述QoS约束条件，则增加时延的权重，经过数次迭代，得出满足所述QoS约束条件的扩展链路，服务链备份结束。8.一种QoS感知的服务链备份系统，所述服务链包括多个虚拟网络功能，其特征在于，该服务链备份系统包括：建模模块，用于对QoS感知的服务链备份问题进行数学建模；QoS约束条件和目标函数设置模块，与所述建模模块相耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵冲，宋彦斌，郭少勇，张强，陈汹，鄢志平，张智威，周建华，张星，罗拓，陈闽林，蒋翠，郑立志，
申请(专利权)人：北京智芯微电子科技有限公司，国网信息通信产业集团有限公司，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11