一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法技术

本发明专利技术公开了一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法，包括：对客户端发起的请求编排生成对应的服务链，然后对编排生成的服务链以源目节点相同为特征进行分组；对于每组服务链计算出源节点到目的节点之间的前K条最短路径并进行缓存；根据前K条最短路径制定每条服务链的映射；服务链映射成功后，若有节点出现资源负载的情况则触发对该节点上VNF进行迁移的操作。本发明专利技术通过快速匹配法复用VNF，在VNF‑FG设计阶段保证负载均衡的同时尽可能减少VNF个数，不仅优化VM的启动成本和VNF的实例化成本，也为后期在VNF迁移场景中通过VNF复用减少了迁移成本。

【技术实现步骤摘要】
一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法。
技术介绍
随着互联网和移动互连网局势的迅猛发展，诸多新兴网络技术和新型网络应用逐渐兴起，云计算，移动边缘计算，大数据，数据中心，软件定义网络和网络虚拟化等成为研究的热点。随着物联网时代的到来，网络体系结构的不断扩张，网络功能的不断更新，这对于网络服务功能的管理和数据中心资源分配的要求变得更加严格。目前大多数的数据中心网络是基于传统的网络架构建立的，这种架构由极其复杂的交换机、路由器、终端以及其他设备组成，这些网络设备使用着封闭、专有的内部接口，并运行着大量的分布式协议；其局限性在于无法对网络设备做到统一的管理，同时无法对数据中心中的网络资源进行统一的调度因而无法最大限度的提高资源的利用率。SDN(软件定义网络)架构的核心设计是控制平面和转发平面分离，NFV(网络功能虚拟化)技术可以实现网络功能的虚拟化，将功能与硬件设备解耦，易于服务链的编排和管理。目前，网络中已存在将SDN技术和NFV技术融合来进行服务功能链的映射，以此来解决传统网络体系的诸多缺点，在SDN和NFV部署的可重构网络中，可编程交换机将目的流量转发到相应的网络功能单元进行处理，通常运营商为了减少服务器的资源消耗和提升用户的QoS(QualityofService)，会将多条服务功能链的虚拟网络功能集中映射到固定的部分服务器上，此时网络功能的动态部署可能导致各服务器之间的资源负载不均衡，导致负载失衡的资源可能是计算资源，存储资源等。同时，运营商的这种方案缺乏流量高峰期的应对机制，易导致较高的服务请求拒绝率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法，通过利用VNF的可复用特性致力于绿色节能，在降低能源消耗的同时，又解决了流量高峰期因节点服务器过载而引起资源负载失衡问题，避免了导致较高的服务请求拒绝率。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：本专利技术提供了一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法，包括：对客户端发起的请求编排生成对应的服务链；对服务链以源目节点相同为特征进行分组；对于每组服务链，计算出源节点到目的节点之间的前K条最短路径；根据前K条最短路径制定每条服务链的映射；响应于服务链映射成功后存在节点出现资源负载，对该节点上VNF进行迁移操作。进一步地，根据前K条最短路径制定每条服务链的映射，具体过程为：从前K条短路径中最短的路径开始选取，直至选取出资源未发生过载的路径，将其作为当前服务链的待映射路径；获取待映射路径中每个节点所对应的所有VNF信息，采用快速匹配的策略将各VNF信息映射到对应的源目节点上。进一步地，选取出资源未发生过载的路径，具体过程为：统计出当前服务链待选路径上所有节点中r种资源最少的可用剩余量再统计出待映射服务链中所有VNF中所需要的r种资源最大需求量若对于所有类型的最少剩余资源都满足则认为当前路径没有发生过载，可以作为当前服务链的映射路径。进一步地，所述快速匹配策略的具体过程为：将m个不同类型的VNF分别映射到不同的节点上，从这n个节点中任意选取出m个不同的节点作为最终的映射节点，获得种映射方案，m≤n；对于其中的任意一种映射方案，按照节点的前后顺序依次判断当前位置的节点上是否已经存在对应于服务链中相同位置的VNF，若存在则记为1，不存在记为0，则当前的映射方案的匹配情况用一维向量X＝[x1,x2,...,xn]表示，记作为当前映射方案的聚合匹配度；计算出所有映射方案的匹配度之后再按照匹配度降序的方式对映射方案进行排序。进一步地，响应于服务链映射成功后存在节点出现资源负载，对该节点上VNF进行迁移操作，具体过程为：当节点上某一种资源占用率达到了其负载阈值并且负载的持续时间超过了τ，则触发VNF的迁移；获取该节点的资源信息和VNF信息，根据触发VNF迁移的负载资源类型和表示各VNF复用程度的聚合度计算出每个VNF的迁移指数；依据迁移指数选择出合适类型的VNF作为待迁移的VNF；对每个待迁移的VNF，根据负载节点筛选出其周边时延满足约束且剩余可用资源足够的节点集合，然后计算集合中各节点的迁入指数根据迁入指数选择出合适的节点作为待迁移VNF的目的节点；根据所确定的待迁移VNF和其对应的迁移目的节点进行VNF的迁移。进一步地，所述迁移指数的表达式为：式中：χj表示当前节点上第j种资源是否发生过载；λj表示节点上第j种资源的占有率；表示第i种VNF对第j种资源的占有率，根据迁移指数，对过载节点上所有VNF进行排序，选择迁移指数最大的VNF进入VNF迁移序列；表示VNF迁移指数；Φi表示当前节点上每个VNF的聚合度。进一步地，根据迁入指数选择出合适的节点作为待迁移VNF的目的节点的方法包括：A.遍历迁移序列中待迁移VNF判断其是否是一个被复用的VNF，如果是则进行步骤B，如果不是则进行步骤C；B.获取复用该VNF的所有服务链的信息，然后将这些服务链按照源目节点相同为特征进行分组；C.如果是被复用的VNF则按照分组对当前的VNF进行分离迁出，首先在源目节点的前K短路径上所有节点中筛选出时延满足约束且剩余可用资源足够的节点集合Z；如果不是被复用的VNF则直接在源目节点的前K短路径上以同样的方式筛选出合适的节点；D.计算已经筛选出的各节点的迁入指数，并按照迁入指数的排序选择出合适的节点作为待迁移VNF的目的节点。进一步地，所述迁入指数计算方法包括：计算待迁入节点理论上的正理想解；计算所有待选取节点中每种资源的最小利用率作为理想解的占用率，统计所有待选节点中对当前待迁移VNF的聚合度，选出聚合度作为理想的聚合度，公式如下：Φj+＝min{Φj}式中，Pi+各节点上表示第i种资源的最小利用率，Piv表示节点v上第i种资源的利用率，Φj+表示各节点上第j种VNF的最小聚合度；计算待迁入节点理论上的负理想解，计算所有待选取节点中每种资源的最大利用率作为负理想解的占用率，负理想解的VNF聚合度为所有待选节点中最大的一个或者取值为0，公式如下：Φj-＝max{Φj}式中，Pi-各节点上表示第i种资源的最大利用率，Piv表示节点v上第i种资源的利用率，Φj-表示各节点上第j种VNF的最大聚合度；求出节点与正理想解和负理想解的趋近程度，分别记为和公式如下：式中，γi表示各维度资源的的权重，是一个预先定义的值，表示节点v上第i种VNF是否为0，再根据正理想解和负理想解的趋近程度计算出待迁入节点的迁入指数：对每个节点的迁入指数进行排序，选取迁入指数最大的节点作为迁入点。本专利技术的有益效果如下：本专利技术对客户端的服务链以源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法，其特征在于，包括：/n对客户端发起的请求编排生成对应的服务链；/n对服务链以源目节点相同为特征进行分组；/n对于每组服务链，计算出源节点到目的节点之间的前K条最短路径；/n根据前K条最短路径制定每条服务链的映射；/n响应于服务链映射成功后存在节点出现资源负载，对该节点上VNF进行迁移操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法，其特征在于，包括：
对客户端发起的请求编排生成对应的服务链；
对服务链以源目节点相同为特征进行分组；
对于每组服务链，计算出源节点到目的节点之间的前K条最短路径；
根据前K条最短路径制定每条服务链的映射；
响应于服务链映射成功后存在节点出现资源负载，对该节点上VNF进行迁移操作。


2.根据权利要求1所述的一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法，其特征在于，根据前K条最短路径制定每条服务链的映射，具体过程为：
从前K条短路径中最短的路径开始选取，直至选取出资源未发生过载的路径，将其作为当前服务链的待映射路径；
获取待映射路径中每个节点所对应的所有VNF信息，采用快速匹配的策略将各VNF信息映射到对应的源目节点上。


3.根据权利要求2所述的一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法，其特征在于，选取出资源未发生过载的路径，具体过程为：
统计出当前服务链待选路径上所有节点中r种资源最少的可用剩余量再统计出待映射服务链中所有VNF中所需要的r种资源最大需求量
若对于所有类型的最少剩余资源都满足则认为当前路径没有发生过载，可以作为当前服务链的映射路径。


4.根据权利要求2所述的一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法，其特征在于，所述快速匹配策略的具体过程为：
将m个不同类型的VNF分别映射到不同的节点上，从这n个节点中任意选取出m个不同的节点作为最终的映射节点，获得种映射方案，m≤n；
对于其中的任意一种映射方案，按照节点的前后顺序依次判断当前位置的节点上是否已经存在对应于服务链中相同位置的VNF，若存在则记为1，不存在记为0，则当前的映射方案的匹配情况用一维向量X＝[x1,x2,...,xn]表示，记作为当前映射方案的聚合匹配度；
计算出所有映射方案的匹配度之后再按照匹配度降序的方式对映射方案进行排序。


5.根据权利要求4所述的一种面向多维资源负载均衡的VNF复用和迁移方法，其特征在于，响应于服务链映射成功后存在节点出现资源负载，对该节点上VNF进行迁移操作，具体过程为：
当节点上某一种资源占用率达到了其负载阈值并且负载的持续时间超过了τ，则触发VNF的迁移；
获取该节点的资源信息和VNF信息，根据触发VNF迁移的负载资源类型和表示各VNF复用程度的聚合度计算出每个VNF的迁移指数；
依据迁移指数选择出合适类型的VNF作为待迁移的VNF；
对每个待迁移的VNF，根据负载节点筛选出其周边时延满足约束且剩余可用资源足够的节点集合，然后计算集合中各节点的迁入指数根据迁入指数选择出合适的节点作为待迁移VNF的目的节点；
根据所确定的待迁移VNF和其对应的迁移...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵莎莎，宁越强，张登银，肖毅，何林灿，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32