一种边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法和设备。方法包括：根据边缘网络的物理拓扑信息以及虚拟网络功能链的请求信息，结合链内虚拟网络功能之间通信对CPU资源的消耗，构建虚拟网络功能链CPU消耗模型，得到链整体要消耗的CPU资源；根据链整体要消耗的CPU资源，在满足链时延约束的候选部署路径上，利用动态规划算法查找从请求的源边缘设备到目的边缘设备的最小成本部署方案，所述成本以节点当前负载的指数来衡量。本发明专利技术能够在找到一条时延满足要求的路径的同时，做虚拟网络功能的部署，均衡各边缘设备的负载。

【技术实现步骤摘要】
一种边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法和设备
本专利技术涉及无线边缘设备的负载均衡技术，具体涉及一种边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法和设备。
技术介绍
网络功能虚拟化(NetworkFunctionsVirtualization，NFV)利用虚拟化技术，使传统上运行在专有专用硬件上的网络功能可以部署在虚拟实例(如虚拟机和容器)上。通过NFV，以前硬件实现的网络功能，如负载均衡器、入侵检测系统现在可以部署在通用x86甚至是ARM平台上，大大降低了成本并提供了高度的灵活性和弹性。另一方面，边缘计算是允许在网络边缘执行计算任务的技术。与云计算相比，边缘计算在用户附近部署服务，从而具有低延迟的优势。这对于与延迟敏感的应用尤其重要，例如虚拟现实(VirtualReality，VR)、流媒体视频等。结合高带宽低时延5G技术的发展，边缘计算在建立靠近用户的超低延迟和高吞吐量服务方面具有很大的潜力。然而，在边缘部署虚拟网络功能的现有框架面临一个主要问题，即没有考虑边缘设备的资源稀缺性。与云中的服务器相比，边缘设备通常具有稀缺的CPU资源。例如，最先进的NetgearRAX120无线路由器仅具有双核2.2GHz处理器。即使像桌面计算机这样功能更强大的边缘服务器也很容易因突发和周期用户请求而过载。更糟糕的是，根据专利技术人从实际的实验中发现，除了计算消耗CPU之外，链中连续网络功能之间的通信也会消耗大量的CPU。然而现有的工作尚未探讨这种情况，这可能使边缘设备负载不均衡甚至过载。由此可知，现有的工作在资源稀缺的边缘设备上部署虚拟网络功能链的问题上，尚未有可行的解决方法。因此，需要提出一种针对资源稀缺的边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术提出一种边缘网络设备上的虚拟功能链部署方法和装置，通过总结链的资源消耗模型，在保障满足虚拟网络功能链时延约束的情况下，实现均衡各边缘设备的负载。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：第一方面，一种边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法，包括以下步骤：根据边缘网络的物理拓扑信息以及虚拟网络功能链的请求信息，结合链内虚拟网络功能之间通信对CPU资源的消耗，构建虚拟网络功能链CPU消耗模型，得到链整体要消耗的CPU资源；根据链整体要消耗的CPU资源，在满足链时延约束的候选部署路径上，利用动态规划算法查找从请求的源边缘设备到目的边缘设备的最小成本部署方案，所述成本以节点当前负载的指数来衡量。进一步地，所述虚拟网络功能链CPU消耗模型如下：其中，表示某一个虚拟网络功能链请求，其中f1…fr是请求的虚拟网络功能的集合，r表示链的长度；表示某个虚拟网络功能f处的入口流速，表示f处的出口流速；αf是计算/通信消耗资源比率。进一步地，所述满足链时延约束的候选部署路径为提前给定的满足链时延约束的路径或通过下式得到的跳数最多的路径：P(u,l)＝max{P(u,l-1),maxe＝(v,u)∈EP(v,l-le)+e}其中，P(u,lr)表示从源节点s到目的节点u的满足延迟约束l的最长路径，E表示任意两个边缘节点u,v之间的连接的集合，等式表示P(u,l)可以用两种方法来计算，第一种方法直接继承自P(u,l-1)，第二种方法是找到满足延迟l-le的邻居v的最长路径，那么到u的最长的路就是所有从s到v加上最后一跳(v,u)的路径中最长的路径。进一步地，所述动态规划算法方程如下：其中，表示将链的第0～j个网络功能部署到路径P的第0～i个边缘设备上的成本，0～i是沿路径P的边缘设备索引，0～j是链中的网络功能索引，动态规划方程表达的是，将链的第0～j个网络功能部署到路径P的第0～i个边缘设备上的成本可以分为两部分：在第0～i-1个设备上部署第0～x个网络功能，在剩余设备i上部署第x～j个网络功能，通过迭代所有可能的x∈[0,j]，找到cost最小值的情况下的x。进一步地，所述成本cost通过累计0～i个边缘设备上的权重w(n)所得，所述权重w(n)表示任意节点n当前负载的指数计算值：其中，γ是参数，负载load(n)是节点n上现有的负载，在请求r到达时，负载load(n)已知，C是节点n的CPU容量，Λ是最优部署情况的估计值。进一步地，所述虚拟功能链部署方法还包括负载调节步骤：通过在负载最重的节点上移除一些请求，以使各个边缘设备的负载更加均衡。进一步地，所述负载调节包括以下步骤：按指定周期检查所有节点上的当前负载，选择负载最重的节点n；找到通过节点n的请求集Δ′，选出请求集Δ′中引起负载最重的δ个请求集合，为Δ；利用动态规划算法对Δ中的δ个请求进行重新部署。根据本专利技术的第二方面，提供一种计算机设备，所述设备包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述方法的步骤。有益效果：本专利技术公开了一种在资源稀缺的无线边缘设备上部署虚拟网络功能链的方法。在边缘设备上部署的难点在于，必须准确地测量边缘设备上的资源消耗，同时还必须限制整条链的时延。本专利技术能够在找到一条时延满足要求的路径的同时，做虚拟网络功能的部署，均衡各边缘设备的负载。附图说明图1是本专利技术的边缘设备上虚拟网络功能链部署方法流程图；图2是在无线路由器上基准测试环境示意图；图3是路由器中基准测试结果以及数据拟合结果。图4是考虑链中通信流量对资源消耗的负载均衡示意图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。边缘设备上的资源是稀缺的，而无论链中虚拟网路功能的计算，还是链中虚拟网络功能之间的通信流量都要消耗大量的资源。因此，在边缘设备上部署的难点在于，必须准确地测量边缘设备上的资源消耗，另外，还必须限制整条链的时延。本专利技术的产生就是为了针对这种在资源稀缺的边缘设备上虚拟网络功能链的部署问题，使得在保证链时延满足约束的情况下，均衡各边缘设备的负载。本专利技术提出的虚拟网络功能的部署方法，需要真实的边缘网络的物理拓扑信息以及虚拟网络功能链的请求作为输入。边缘网络的物理拓扑信息包括：网络拓扑结构、任意两个边缘设备之间的延迟。虚拟网络功能链请求包括：链要求的源边缘设备、链要求的目的边缘设备、链请求的虚拟网络功能序列、链请求的流量速率、链时延要求。本专利技术需要满足的链需求有一个：链源边缘设备到链目的边缘设备的时延：保证部署的时延满足链请求的时延要求。本专利技术的目的是在保障满足虚拟网络功能链时延约束的情况下，均衡各边缘设备的负载。参照图1，本专利技术的边缘设备上虚拟网络功能链部署方法包括以下步骤：步骤S10，构建虚拟网络功能链CPU消耗模型，得到链整体要消耗的CPU资源。...

【技术保护点】
1.一种边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法，其特征在于，包括以下步骤：/n根据边缘网络的物理拓扑信息以及虚拟网络功能链的请求信息，结合链内虚拟网络功能之间通信对CPU资源的消耗，构建虚拟网络功能链CPU消耗模型，得到链整体要消耗的CPU资源；/n根据链整体要消耗的CPU资源，在满足链时延约束的候选部署路径上，利用动态规划算法查找从请求的源边缘设备到目的边缘设备的最小成本部署方案，所述成本以节点当前负载的指数来衡量。/n

【技术特征摘要】
1.一种边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据边缘网络的物理拓扑信息以及虚拟网络功能链的请求信息，结合链内虚拟网络功能之间通信对CPU资源的消耗，构建虚拟网络功能链CPU消耗模型，得到链整体要消耗的CPU资源；
根据链整体要消耗的CPU资源，在满足链时延约束的候选部署路径上，利用动态规划算法查找从请求的源边缘设备到目的边缘设备的最小成本部署方案，所述成本以节点当前负载的指数来衡量。


2.根据权利要求1所述的边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法，其特征在于，所述虚拟网络功能链CPU消耗模型如下：



其中，表示某一个虚拟网络功能链请求，其中f1…fr是请求的虚拟网络功能的集合，r表示链的长度；表示某个虚拟网络功能f处的入口流速，表示f处的出口流速；αf是计算/通信消耗资源比率。


3.根据权利要求1所述的边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法，其特征在于，所述满足链时延约束的候选部署路径为提前给定的满足链时延约束的路径或通过下式得到的跳数最多的路径：



其中，P(u,l)表示从源节点s到目的节点u的满足延迟约束l的最长路径，E表示任意两个边缘节点u,v之间的连接的集合，等式表示可以用两种方法来计算，第一种方法直接继承自第二种方法是找到满足延迟的邻居v的最长路径，那么到u的最长的路就是所有从s到v加上最后一跳(v,u)的路径中最长的路径。


4.根据权利要求1所述的边缘设备上虚拟网络功能链的部署方法，其特征在于，所述动态规划算法方程如下：



其中，表示将链的第0～j个网络功能部署到路径P的第0～i个边缘设备上的成本，0～i是沿路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏飞，宋浒，邹昊东，巫乾军，董清泉，陈宇航，俞俊，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司信息通信分公司，国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32