一种基于遗传算法的虚拟网络功能放置方法及电子装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于遗传算法的虚拟网络功能放置方法及电子装置，包括：采集服务功能链的系统信息，获取若干种虚拟网络功能放置方案，并将虚拟网络功能放置方案集合作为初种群；根据各物理节点的最小化总带宽消耗，构造适应度函数；根据适应度函数对每一代中各个体的基因组成进行变异，获取种群的进化方向，得到该服务功能链的最优虚拟网络功能放置方案。本发明专利技术采取选举策略快速提高个体质量，优化初始化种群的产生，减少了系统的平均总带宽消耗，提高用户的请求成功率；使用自适应变异算子，自适应地动态调整变异概率，加快收敛速度，防止收敛时间过长。

【技术实现步骤摘要】
一种基于遗传算法的虚拟网络功能放置方法及电子装置
本专利技术涉及计算机网络领域，尤其涉及一种基于遗传算法的虚拟网络功能放置方法及电子装置。
技术介绍
为满足用户日益增长的基础设施需求，传统网络通常需要采用一系列专用设备提供所需服务，如防火墙、深度包检测、加密等。使用服务商特定硬件平台提供的网络服务灵活程度较低，无法满足用户较高的可扩展性要求，而且运营成本及高耦合度都变得难以接受。为此，网络功能虚拟化技术得到空前发展。网络功能虚拟化通过采用通用性硬件设备承载不同软件的方式为用户提供各种服务，能够更加灵活地进行资源配置管理，实现软硬件解耦。通常，用户的请求需要经过多个服务功能节点，流量按照一定顺序被服务功能节点处理。在网络功能虚拟化技术中，各种服务功能节点被称为虚拟网络功能(VirtualNetworkFunction,VNF)。VNF是特定网络功能在虚拟资源上的软件实现。一个节点向另一个节点通信，之间需要经过若干个VNF处理，我们把若干个VNF有序组合形成的虚拟链路称为服务功能链(ServiceFunctionChain,SFC)。服务功能链是虚拟链路，最终需要部署在底层物理网络中。所以，服务功能链上各个VNF如何放置到具体的物理网络是一个重要问题。需要结合底层物理网络的具体情况和用户对服务功能链的资源需求，在保证网络开销尽可能优化的情况下，对VNF进行有效放置。VNF放置需要考虑众多关键因素：物理节点资源提供情况，如虚拟CPU、虚拟内存、虚拟硬盘提供量；物理节点资源使用情况，如虚拟CPU使用量；物理链路资源情况，如带宽、时延；虚拟节点资源请求情况，如虚拟CPU请求量；服务功能链上各VNF特性、先后顺序、依赖关系等。除此之外，还应考虑重要的约束条件，如节点资源约束、链路带宽约束、物理拓扑的连通性约束。总之，将服务功能链上各VNF放置到物理网络是一个NP-hard问题，难以在多项式时间内获取最优解。已有研究中，通常服务功能链的两端仅仅是单节点，VNF放置问题只需考虑链两端的单一节点对服务功能链的影响。目前各类VNF放置方法以减少节点资源与链路资源开销、保证负载均衡、提高服务质量等为优化目标，对虚拟网络拓扑或服务功能链进行映射，但对于服务功能链两端是多个节点集合的场景缺乏考虑，仍有进一步优化的空间。随着用户需求的增多以及复杂应用的推广，越来越多的服务功能链两端是多个节点组成的集合，又称之为多节点域。如图1所示，图中服务功能链的起始端为四个节点的集合，目的端为三个节点的集合，而非传统的单一节点。用户的多样性需求、分布式应用的复杂性使得同时选择多个物理节点作为服务功能链的起始端与目的端成为了普遍现象。服务功能链两端多节点域中的各节点位置及相关请求量影响链上VNF的放置，已有的研究无法更加有效地进行服务功能链映射。综上所述，如何在服务功能链两端是节点集合域而非传统单一节点情况下，对VNF进行有效合理放置是云上复杂服务功能链应用面临的核心问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于遗传算法的虚拟网络功能放置方法及电子装置，针对服务功能链两端是多个节点集合域的场景，对服务功能链两端是节点集合的场景进行适配。本专利技术的技术方案为：一种基于遗传算法的虚拟网络功能放置方法，其步骤包括：1)采集服务功能链的系统信息，获取若干种虚拟网络功能放置方案，并将虚拟网络功能放置方案集合作为初种群，每一虚拟网络功能放置方案作为初代种群的一个体，通过每一个体所包含的虚拟网络功能及各虚拟网络功能所在的物理节点，获取各个体的基因组成；2)根据各物理节点的最小化总带宽消耗，构造适应度函数；3)根据适应度函数对每一代中各个体的基因组成进行变异，获取种群的进化方向，得到该服务功能链的最优虚拟网络功能放置方案。进一步地，所述系统信息包括物理拓扑信息、各请求内容、请求数量以及各资源使用状况。进一步地，通过以下步骤获取若干种虚拟网络功能放置方案：1)根据服务功能链两端集合中虚拟节点所在的位置，对物理拓扑信息中的物理节点进行打分；2)根据各物理节点的分数对物理节点进行排序，并将各物理节点划分为不同分数层次；3)种群中个体初始化时，有较大概率去分数层次高的集合中随机挑选初始值，有较小概率去分数层次低的集合中随机挑选初始值，从而对不同分数层次中物理节点进行选择，获取若干种功能放置方案。进一步地，通过以下策略对不同分数层次中物理节点进行选择：1)服务功能链节点上各虚拟网络功能的资源请求量之和不大于相应物理节点的资源提供量；2)服务功能链每段虚拟链路上的带宽资源请求量不大于映射的相应物理链路的带宽提供量；3)一种虚拟网络功能只能放置在一个物理节点上；4)每一物理节点可放置一或多个虚拟网络功能。进一步地，适应度函数其中，x是种群中某个个体，T(x)是该个体所对应的功能放置方案的总带宽消耗量，Tmax是总带宽消耗量的上限。进一步地，通过以下步骤对每一代中各个体的基因组成进行变异：1)采用轮盘赌选择算法为当代种群中所有个体选择配对的对象；2)使用均匀交叉算法对每对配对结果进行交叉，产生后代个体；3)通过适应变异算法动态调整各后代个体的变异概率。进一步地，通过以下步骤产生后代个体：1)通过适应度函数，分别计算配对结果中第一个体与第二个体的适应度，并获取适应度之和；2)计算配对结果中第一个体的适应度与适应度之和的比值；3)对于任一基因位，若生成的数值大于该比值，则选择第二个体相应基因位作为后代个体的基因位；若生成的数值不大于该比值，则选择第一个体相应基因位作为后代个体的基因位。进一步地，当最年轻的若干代数种群中没有产生适应度更高的个体时，将现有的最佳虚拟网络功能放置方案设置为该服务功能链的最优虚拟网络功能放置方案。一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述所述的方法。一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机以执行上述所述的方法。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)采取选举策略快速提高个体质量，优化初始化种群的产生，减少了系统的平均总带宽消耗，提高用户的请求成功率；2)使用自适应变异算子，自适应地动态调整变异概率，加快收敛速度，防止收敛时间过长。附图说明图1为多节点域示意图。图2为本专利技术一实施例的个体编码方案示意图。图3为轮盘赌选择的示例图。图4为本专利技术一实施例与随机算法、遗传算法的请求成功率变化示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、原理、技术方案和优点更加清晰明白，以下将结合具体实施例，并参照附图对本专利技术做详细的说明。本方法进行VNF放置的具体步骤如下：1)接收实时的物理拓扑信息、服务功能链请求以及各项资源使用状况与请求数量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于遗传算法的虚拟网络功能放置方法，其步骤包括：/n1)采集服务功能链的系统信息，获取若干种虚拟网络功能放置方案，并将虚拟网络功能放置方案集合作为初种群，每一虚拟网络功能放置方案作为初代种群的一个体，通过每一个体所包含的虚拟网络功能及各虚拟网络功能所在的物理节点，获取各个体的基因组成；/n2)根据各物理节点的最小化总带宽消耗，构造适应度函数；/n3)根据适应度函数对每一代中各个体的基因组成进行变异，获取种群的进化方向，得到该服务功能链的最优虚拟网络功能放置方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的虚拟网络功能放置方法，其步骤包括：
1)采集服务功能链的系统信息，获取若干种虚拟网络功能放置方案，并将虚拟网络功能放置方案集合作为初种群，每一虚拟网络功能放置方案作为初代种群的一个体，通过每一个体所包含的虚拟网络功能及各虚拟网络功能所在的物理节点，获取各个体的基因组成；
2)根据各物理节点的最小化总带宽消耗，构造适应度函数；
3)根据适应度函数对每一代中各个体的基因组成进行变异，获取种群的进化方向，得到该服务功能链的最优虚拟网络功能放置方案。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统信息包括物理拓扑信息、各请求内容、请求数量以及各资源使用状况。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下步骤获取若干种虚拟网络功能放置方案：
1)根据服务功能链两端集合中虚拟节点所在的位置，对物理拓扑信息中的物理节点进行打分；
2)根据各物理节点的分数对物理节点进行排序，并将各物理节点划分为不同分数层次；
3)种群中个体初始化时，有较大概率去分数层次高的集合中随机挑选初始值，有较小概率去分数层次低的集合中随机挑选初始值，从而对不同分数层次中物理节点进行选择，获取若干种功能放置方案。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过以下策略对不同分数层次中物理节点进行选择：
1)服务功能链节点上各虚拟网络功能的资源请求量之和不大于相应物理节点的资源提供量；
2)服务功能链每段虚拟链路上的带宽资源请求量不大于映射的相应物理链路的带宽提供量；
3)一种虚拟网络功能只能放置在一个物理节点上；
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【专利技术属性】
技术研发人员：李亮雄，韩春静，李佟，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11