网络功能虚拟化环境下服务功能链的部署方法技术

本发明专利技术公开了一种网络功能虚拟化环境下服务功能链的部署方法，其包括获取服务功能链，并根据服务功能链选取拓扑路径集合中满足条件的所有路径构成候选路径集合；采用服务功能链在其候选路径集合中每条路径上的所有部署方案的计算资源量构建计算资源表示矩阵；采用所有服务功能链在其候选路径集合中每条路径上部署时的带宽资源构建带宽资源表示矩阵；采用已知边带宽容量和计算资源容量及总资源占用矩阵构建资源约束条件；采用资源约束条件和存在性约束条件优化价格加权的总体资源开销优化模型；采用线性规划求解器求解优化后的价格加权的总体资源开销优化模型，并根据求解结果得到所有离线用户请求部署的服务功能链的部署方案。

Deployment Method of Service Function Chain in Network Function Virtualization Environment

The invention discloses a deployment method of service function chain in network function virtualization environment, which includes acquiring service function chain, selecting all paths satisfying the conditions in the set of topological paths according to service function chain to form a candidate path set, and constructing a computational resource table by using the computational resource amount of all deployment schemes on each path of service function chain in its set of candidate paths. A bandwidth resource representation matrix is constructed by using the bandwidth resources deployed by all service function chains on each path in their candidate path set; resource constraints are constructed by using the known edge bandwidth capacity, computing resource capacity and total resource occupancy matrix; resource constraints and existential constraints are used to optimize the price-weighted overall resource overhead optimization model; and a line is used to optimize the cost-weighted overall resource overhead optimization model. Sex Planning Solver solves the optimized price-weighted total resource cost optimization model and gets the deployment scheme of service function chain for all offline users.

【技术实现步骤摘要】
网络功能虚拟化环境下服务功能链的部署方法
本方涉及功能链的部署方法，具体涉及网络功能虚拟化环境下服务功能链的部署方法。
技术介绍
随着互联网和网络服务技术的快速发展，尤其是移动通信和物联网技术的爆炸式发展，用户数据流量呈现出指数级增长，这给网络服务提供商和应用服务提供商提出了严峻的挑战，资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)以前所未有的速度过度增加。这其中的重要原因之一就在于传统的网络架构中，提供网络服务功能的中间件需要对应于特定的物理硬件，这些硬件通常复杂，且难以统一调试且功能单一的，这就意味着如果需要对中间件进行部署需要较高的成本，并且一经部署的网络功能也很难根据业务需求的变化进行灵活调整，这会导致一些连接不得不通过其自身不需要经过的网络功能中间节点，从而造成严重的计算资源和带宽资源浪费。所以近年来越来越多的网络服务提供商和应用服务提供商开始使用网络功能虚拟化(NFV)技术替代原有的笨重的物理网络功能技术。在网络功能虚拟化架构中，原有的提供网络服务功能的物理中间件被替换为虚拟计算节点，虚拟计算节点所能提供的基于软件定义的网络服务功能被称作虚拟网络功能(VNFs)。由于网络服务功能被以软件形式定义，所以每一个虚拟节点都可以提供所有种类的网络服务功能。用户在使用这些节点时不需要关心这些节点的硬件类型和所能提供的网络服务功能，只需要关注用户所需的网络功能。这相比于传统的绑定于硬件的网络服务模式，显然具有更高的灵活性和便利性，并且大大节约了计算资源和带宽资源。根据用户的需求，网络流量通常需要多个网络服务功能，而且由于网络服务性质的不同，网络流量需要按照特定的顺序经过其所需的网络服务功能节点，这一组特定顺序的服务功能被称作服务功能链(SFC)。在网络功能虚拟化架构中，虚拟网络功能通常部署在不同的网络位置以满足其服务功能链部署需求。每一个被部署的VNF需要占用其所在虚拟节点的计算资源，与此同时网络流量也会占用其所经过的路径的带宽资源。目前现有进行网络服务功能部署时，存在基于节点资源的贪婪算法的部署方式，其主要思想是优先将网络服务功能部署在那些已经拥有虚拟网络功能实例的节点上，从而减小那些经过无用节点资源的额外开销。该方法虽然可以比较有效地减少计算资源开销，但是它对于带宽资源开销考虑不足，所以在面对复杂网络结构时，可能会导致各个服务功能链被部署在过长的路径上，导致整体网络带宽资源增加，从而影响网络时延乃至整体网络性能，降低网络服务水平。另一方面现有技术中还存在基于最短路径的部署方案，其与基于节点资源的贪婪算法的部署方法而言，侧重点不同，更看重带宽资源开销的优化。该技术方案主要思想是尽量沿着最短路径部署网络服务功能，可以视作通路上的贪婪算法。该方法与基于节点资源的贪婪算法的部署方法一样，忽略了计算资源的节约，所以虽然有更优秀的带宽资源开销分配，但是会导致计算资源开销剧增，增加整体运营成本。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种网络功能虚拟化环境下服务功能链的部署方法，其在综合考虑节点计算资源和带宽资源时，可以灵活地根据实际需求调整两者定价权重，实现两者的联合优化。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种网络功能虚拟化环境下服务功能链的部署方法，其包括：获取若干请求部署的服务功能链；根据服务功能链的源目节点和网络服务功能，选取拓扑路径集合中经过源目节点、且长度大于等于网络服务功能总数的所有路径构成候选路径集合；计算服务功能链在其候选路径集合中每条路径上的所有部署方案的计算资源量，并采用同一候选路径集合中所有计算资源量构建计算资源表示矩阵；计算所有服务功能链在其候选路径集合中每条路径上部署时的带宽资源，并采用同一候选路径集合中所有带宽资源构建带宽资源表示矩阵；拼接计算资源表示矩阵和带宽资源表示矩阵得到总资源占用矩阵，并根据总资源占用矩阵、已知边带宽容量和计算资源容量，构建资源约束条件；采用资源约束条件和存在性约束条件优化价格加权的总体资源开销优化模型；采用线性规划求解器求解优化后的价格加权的总体资源开销优化模型，并根据求解结果得到所有请求部署的服务功能链的部署方案。进一步地，优化后的价格加权的总体资源开销优化模型为：mintotalCost(x)＝wTRxSubjecttoRx≤cAx＝oxi∈[0，1]，1≤i≤n其中，w＝(pv1，pv2，...，pv|V|，pe1，pe2，...，pe|E|)T为加权求和；pva(1＜＝a＜＝|V|)为计算资源开销单价，|V|为网络拓扑图中的节点总数；peb(1＜＝b＜＝|E|)为带宽资源开销单价，|E|为网络拓扑图中的边总数；R为总资源占用矩阵；Rx≤c为资源约束条件；x为一个向量；c为|V|+|E|元素向量，前|V|个元素是网络拓扑图中每个节点的计算资源占用量，后|E|个元素是路径集合中每条边的带宽资源占用量；Ax＝o为存在性约束条件；A为m行n列的矩阵；o为元素个数为m的全1向量；所述求解结果为x的优化值，x中1到n1元素里非0的元素是服务功能链sfc1的分流比例，n1+1到n1+n2的是服务功能链sfc2的的分流比例，以此类推，直到最后nm个元素对应服务功能链sfcm。进一步地，所述计算服务功能链在其候选路径集合中每条路径上的所有部署方案的计算资源量，并采用同一候选路径集合中所有计算资源量构建计算资源表示矩阵：计算同一条服务功能链的所有网络服务功能在候选路径集合中每条路径pj上的部署方案数量nij：其中，nv为候选路径集合中第j条路径pj包含的节点总数；ki为该服务功能链需要部署的服务功能数目；根据每条路径上的部署方案，针对每个部署方案均构建一个长度等于网络拓扑图中的节点总数的计算资源量的表示向量rV：其中，costSF为网络服务功能SF的计算资源开销；costOH为经过不提供网络服务功能节点的基本开销；拼接候选路径集合中同一条路径的所有部署方案对应的计算资源量的表示向量构建成同一条路径的计算资源表示矩阵RVij：拼接同一条服务功能链对应的候选路径集合中的所有路径得到的计算资源表示矩阵RVij构建成同一条服务功能链的资源表示矩阵RVi：其中，ni为资源表示矩阵RVi的列数；拼接所有离线用户的服务功能链的资源表示矩阵RVi构建成计算资源表示矩阵RV：其中，n为计算资源表示矩阵RV的列数；计算资源表示矩阵RV的行数为|V|。进一步地，所述计算所有服务功能链在其候选路径集合中任意路径上部署时的带宽资源，并采用同一候选路径集合中所有带宽资源构建计算带宽资源表示矩阵进一步包括：计算同一条服务功能链的所有网络服务功能在候选路径集合中每条路径上的部署方案数量nij：其中，nv为候选路径集合中第j条路径pj包含的节点总数；ki为该服务功能链需要部署的服务功能数目；将同一条服务功能链的网络服务功能部署在候选路径集合中每条路径上的带宽资源表示为一个长度等于网络拓扑图中的边总数的带宽资源的表示向量：其中，costPS为该服务功能链请求经过该条边所消耗的带宽资源；根据候选路径集合中路径上的部署方案数量nij，将对应路径的带宽资源的表示向量复制nij次，构建形成带宽资源表示矩阵REij；拼接同一条服务功能链对应的候选路径集合中的所有路径得到的带宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.网络功能虚拟化环境下服务功能链的部署方法，其特征在于，包括：获取若干请求部署的服务功能链；根据服务功能链的源目节点和网络服务功能，选取拓扑路径集合中经过源目节点、且长度大于等于网络服务功能总数的所有路径构成候选路径集合；计算服务功能链在其候选路径集合中每条路径上的所有部署方案的计算资源量，并采用同一候选路径集合中所有计算资源量构建计算资源表示矩阵；计算所有服务功能链在其候选路径集合中每条路径上部署时的带宽资源，并采用同一候选路径集合中所有带宽资源构建带宽资源表示矩阵；拼接计算资源表示矩阵和带宽资源表示矩阵得到总资源占用矩阵，并根据总资源占用矩阵、已知边带宽容量和计算资源容量，构建资源约束条件；采用资源约束条件和存在性约束条件优化价格加权的总体资源开销优化模型；采用线性规划求解器求解优化后的价格加权的总体资源开销优化模型，并根据求解结果得到所有请求部署的服务功能链的部署方案。

【技术特征摘要】
1.网络功能虚拟化环境下服务功能链的部署方法，其特征在于，包括：获取若干请求部署的服务功能链；根据服务功能链的源目节点和网络服务功能，选取拓扑路径集合中经过源目节点、且长度大于等于网络服务功能总数的所有路径构成候选路径集合；计算服务功能链在其候选路径集合中每条路径上的所有部署方案的计算资源量，并采用同一候选路径集合中所有计算资源量构建计算资源表示矩阵；计算所有服务功能链在其候选路径集合中每条路径上部署时的带宽资源，并采用同一候选路径集合中所有带宽资源构建带宽资源表示矩阵；拼接计算资源表示矩阵和带宽资源表示矩阵得到总资源占用矩阵，并根据总资源占用矩阵、已知边带宽容量和计算资源容量，构建资源约束条件；采用资源约束条件和存在性约束条件优化价格加权的总体资源开销优化模型；采用线性规划求解器求解优化后的价格加权的总体资源开销优化模型，并根据求解结果得到所有请求部署的服务功能链的部署方案。2.根据权利要求1所述的部署方法，其特征在于，优化后的价格加权的总体资源开销优化模型为：mintotalCost(x)＝wTRxSubjecttoRx≤cAx＝oxi∈[0，1]，1≤i≤n其中，w＝(pv1，pv2，...，pv|V|，pe1，pe2，...，pe|E|)T为加权求和；pva(1＜＝a＜＝|V|)为计算资源开销单价，|V|为网络拓扑图中的节点总数；peb(1＜＝b＜＝|E|)为带宽资源开销单价，|E|为网络拓扑图中的边总数；R为总资源占用矩阵；Rx≤c为资源约束条件；x为一个向量；c为|V|+|E|元素向量，前|V|个元素是网络拓扑图中每个节点的计算资源占用量，后|E|个元素是路径集合中每条边的带宽资源占用量；Ax＝o为存在性约束条件；A为m行n列的矩阵；o为元素个数为m的全1向量；所述求解结果为x的优化值，x中1到n1元素里非0的元素是服务功能链sfc1的分流比例，n1+1到n1+n2的是服务功能链sfc2的的分流比例，以此类推，直到最后nm个元素对应服务功能链sfcm。3.根据权利要求1所述的部署方法，其特征在于，所述计算服务功能链在其候选路径集合中每条路径上的所有部署方案的计算资源量，并采用同一候选路径集合中所有计算资源量构建计算资源表示矩阵：计算同一条服务功能链的所有网络服务功能在候选路径集合中每条路径pj上的部署方案数量nij：其中，nv为候选路径集合中第j条路径pj包含的节点总数；ki为该服务功能链需要部署的服务功能数目；根据每条路径上的部署方案，针对每个部署方案均构建一个长度等于网络拓扑图中的节点总数的计算资源量的表示向量rV：其中，costSF为网络服务功能SF的计算资源开销；costOH为经过不提供网络服务功能节点的基本开销；拼接候选路径集合中同一条路径的所有部署方案对应的计算资源量的表示向量构建成同一条路径的计算资源表示矩阵RVij：拼接同一条服务功能链对应的候选路径集合中的所有路径得到的计算资源表示矩阵RVij构建成同一条服务功能链的资源表示矩阵RVi：其中，ni为资源表示矩阵RVi的列数；拼接所有离线用户的服务功能链的资源表示矩阵RVi构建成计算资源表示矩阵RV：...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖丹，曹行健，李慧，李玉娟，张明，金海陆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51