网络功能虚拟化环境下的内容交付网络服务器优化部署方法技术

本发明专利技术针对现有CDN副本放置方案的缺陷，提出了一种网络功能虚拟化环境下的内容交付网络服务器优化部署方法。本发明专利技术利用谱聚类模型，兼顾了物理网络的数据和拓扑特性。利用底层网络的拓扑关系以及节点的流量需求建立邻接矩阵，利用谱聚类算法将物理网络节点划分成几个集合。然后遍历每个集合中的节点，计算其作为副本中心节点来为集合中其余节点提供内容服务所需成本。选取成本最小的节点，使其作为副本服务器的放置节点，以此来降低成本。

【技术实现步骤摘要】
网络功能虚拟化环境下的内容交付网络服务器优化部署方法
本专利技术属于网络
，具体涉及网络功能虚拟化环境下的内容交付网络服务器优化部署方法。
技术介绍
随着网络技术的发展，尤其是移动互联网技术的快速发展，使得网络内容从文字图片内容的传播逐渐变为视频形式传播。这使得网络流量呈现出爆炸式增长，增大了网络发生拥堵的可能。网络的拥堵导致用户的体验下降，从而使得内容提供商损失了大量的客户，盈利减少。而CDN(内容交付网络)的发展，使得内容副本服务器可以部署在离用户较近的边缘网络上，使得用户可以在较短的时间内获取网络内容，增加了用户体验。如图一(a)所示为传统网络，主要分为三个部件：服务器、通信链路和终端用户。在传统的网络中，终端用户请求服务器内容或服务器为用户提供服务，要经过的通信链路较长。当终端用户较多的时候，网络上的流量较大，容易造成拥塞，同时只有一个服务器为用户服务，也很有可能造成服务器负载过大导致宕机。如图一(b)所示在CDN网络中，主要的部件有四个：服务器、通信链路、副本服务器和终端用户。其中服务器是提供内容或者内容更新删除的源服务器，所有的网络内容都从此服务器流入网络。而直接与此服务器相连的是副本服务器，且副本服务器的位置在离终端用户较为接近。而用户所需的内容直接由较近的副本服务器来提供服务，无需跨过大量的网络设备到达原始服务器索取内容。因此可以提高服务质量，减小用户的等待延迟。而CDN技术中一个关键问题就是CDN内容副本服务器的放置问题，现有的副本放置算法都是基于专用的CDN物理服务器来进行部署。而专用的服务器需要耗费大量的人力来部署。同时设备的维护以及更新需要大量的人力物力。老旧设备如果处理不好，也会造成环境污染。同时现有的CDN副本服务器放置算法有明显的缺陷，不能兼顾底层网络的拓扑以用户的请求流量数据来部署。因此及无法有效的降低核心网络流量，提高用户体验。在现有的CDN副本放置算法的研究中，一种是将CDN副本服务器的放置问题抽象成工厂选址问题。然后利用随机算法将其进行放置。具体步骤为：首先确定承建CDN网络的物理拓扑结构，确定各个节点的流量需求以及不同节点间的带宽；然后在所有物理节点中随机选取适当的节点来放置副本服务器，计算各个节点到最优(距离最近或负载均衡等度量)的副本中心的成本总和。重复上述步骤10次，取成本总和最小的那次作为最终的解决方案。理论依据证明，在重复10次左右，随机算法的结果较为稳定，效果较好。但是依然存在以下不足：(1)随机算法具有较大的波动性，所产生的解决方案具有很大的局限性。(2)随机算法对物理网络的拓扑结构不敏感，不能根据不同的网络拓扑结构进行调整，算法的拓扑敏感性较差。(3)随机算法对物理网络的节点流量需求，以及带宽资源不敏感，不能根据实际的底层网络需求进行调整，算法的数据敏感性较差。另一种对CDN副本放置的方式是：基于贪心算法的CDN副本放置方案，利用迭代的思想降低了放置算法的复杂度。算法的具体过程如下：遍历所有物理节点，计算每个物理节点作为副本中心节点为其他节点服务所消耗的成本总和。选取成本总和最小的节点作为副本中心节点。迭代上述过程，直到所有的节点均放置完成。该放置方案的缺点体现在：(1)贪心算法很容易陷入局部最优解。由于先放置的副本中心对后放置的副本中心具有影响，所以很难得到全局性的最优。(2)贪心算法对底层网络的数据是敏感的，但对底层网络的拓扑敏感性较低。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对现有CDN副本放置方案的缺陷，提出了一种NFV(网络功能虚拟化，NetworkFunctionVirtualization)环境下的CDN网络副本服务器放置方法。本专利技术利用谱聚类模型，兼顾了物理网络的数据和拓扑特性。利用底层网络的拓扑关系以及节点的流量需求建立邻接矩阵，利用谱聚类算法将物理网络节点划分成几个集合。然后遍历每个集合中的节点，计算其作为副本中心节点来为集合中其余节点提供内容服务所需成本。选取成本最小的节点，使其作为副本服务器的放置节点，以此来降低成本。本专利技术的网络功能虚拟化环境下的内容交付网络服务器优化部署方法，包括下列步骤：步骤1：基于承建内容交付网络的物理拓扑结构，将物理节点中的服务器作为虚拟节点，确定待部署的虚拟网络拓扑结构；步骤2：根据虚拟网络拓扑结构和虚拟节点的节点流量需求计算相似度矩阵W：计算任意两个虚拟节点之间的相似度wij：若两个虚拟节点之间有链路连接(即虚拟节点之间存直连关系)，则相似度wij＝(|di-dj|)2.5,i≠j；否则，相似度wij＝0；其中i、j为虚拟节点标识符，di、dj表示不同虚拟节点的节点流量需求；由相似度wij得到相似度矩阵n表示虚拟节点数目；步骤3：根据公式D＝dia(dr1,dr2,...,drn)得到度数矩阵D，由L＝D-W得到拉普拉斯矩阵L，其中dia为对角符号，对角元并对拉普拉斯矩阵L进行归一化处理，得到归一化的拉普拉斯矩阵Lsym：Lysm＝D-1/2LD-1/2；步骤4：计算Lysm的n个特征值及特征向量，将前k个最小特征值对应的特征向量u1,...,uk按列排列形成矩阵Un×k＝(u1,...,uk)，其中k表示待部署的副本服务器数目；对矩阵Un×k按行归一化得到矩阵T＝(tij)n×k,其中矩阵元素对矩阵T按行取得向量y1,y2,…,yn，其中向量yi的下标i对应矩阵T的第i行，且i＝1,…,n；步骤5：对y1,...,yn进行k均值聚类处理，得到k个聚类结果为C1,C2,...,Ck(其中每个集合中的元素均是代表y向量的下标值)，由每个聚类结果包含的虚拟节点标识符得到k个节点聚类集合Am,m＝1,…,k，即Am＝{i:i∈Ci},m＝1,…,k；如：聚类结果中向量y1,y4,y7∈C1，则聚类集合A1由虚拟节点v1,v4,v7组成。步骤6：对于每个节点聚类集合Am，遍历Am中的每个虚拟节点vr，计算虚拟节点vr作为中心节点的成本总和其中cir表示从节点vi到节点vr的链路长度，即节点vi到节点vr的跳数，p为单位带宽成本；选取成本总和cost最小的虚拟节点作为每个Am的副本中心节点。由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：(1)降低部署成本。本专利技术充分考虑了网络的拓扑和数据信息。可以根据网络的拓扑和数据信息有效的选择合理的节点来作为副本中心节点来兼顾拓扑和流量需求信息从而降低成本。(2)降低服务延迟。本专利技术利用谱聚类算法来将网络拓扑进行分割，更能充分的考虑到网络的延迟特性，因此可以将副本中心的选取分散到离用户更近的节点以降低网络延迟。(3)降低核心网络流量。由于本专利技术更能有效的分散副本中心选取的位置到离用户更近的节点上，所以CDN网络和用户间的流量需求只在副本中心到用户之间来回传递，减小了核心网络的流量，从而特高了网络的健壮性减低了拥堵发生的可能。附图说明图1是传统网络、CDN网络模型图。图2是本专利技术的图例网络的虚拟化过程示意图。图3是本专利技术的聚类处理流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术的网络功能虚拟化环境下的内容交付网络服务器优化部署方法的实施包括NFV环境下的CDN网络模型化、谱聚类算法划本文档来自技高网...

【技术保护点】
网络功能虚拟化环境下的内容交付网络服务器优化部署方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：基于承建内容交付网络的物理拓扑结构，将物理节点中的服务器作为虚拟节点，确定待部署的虚拟网络拓扑结构；步骤2：根据虚拟网络拓扑结构和虚拟节点的节点流量需求计算相似度矩阵W：计算任意两个虚拟节点之间的相似度wij：若两个虚拟节点之间有链路连接，则相似度wij＝(|di‑dj|)

【技术特征摘要】
1.网络功能虚拟化环境下的内容交付网络服务器优化部署方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：基于承建内容交付网络的物理拓扑结构，将物理节点中的服务器作为虚拟节点，确定待部署的虚拟网络拓扑结构；步骤2：根据虚拟网络拓扑结构和虚拟节点的节点流量需求计算相似度矩阵W：计算任意两个虚拟节点之间的相似度wij：若两个虚拟节点之间有链路连接，则相似度wij＝(|di-dj|)2.5,i≠j；否则，相似度wij＝0；其中i、j为虚拟节点标识符，di、dj表示不同虚拟节点的节点流量需求；由相似度wij得到相似度矩阵n表示虚拟节点数目；步骤3：根据公式D＝dia(dr1,dr2,...,drn)得到度数矩阵D，由L＝D-W得到拉普拉斯矩阵L，其中dia为对角符号，对角元并对拉普拉斯矩阵L进行归一化处理，得到归一化的拉普拉斯矩阵Lsym：Lysm＝D-1/2LD-1/2；步骤4：计算Lysm的n个特征值及特征向量，将前k个最小特征值对应的特征向量u1,...,uk按列排列形成矩阵Un×k＝(u1,...,uk)，其中k表示待部署的副本服务器数目；对矩阵Un×k按行归一化得到矩阵T＝(tij)n×k,其中矩阵元素对矩阵T按行取得向量y1,y2,…,yn，其中向量yi的下标i对应矩阵T的第i行，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙罡，杨广华，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