5G/B5G环境下的虚拟网络功能通用迁移方法技术

本发明专利技术的目的重点在于解决5G/B5G环境下VNF的迁移问题，旨在最小化服务功能链的时延差(即迁移前的时延与迁移后的时延之差)，提出了一种5G/B5G环境下的虚拟网络功能迁移(VNF Migration,VNF

【技术实现步骤摘要】
5G/B5G环境下的虚拟网络功能通用迁移方法


[0001]本专利技术属于5G/B5G环境下虚拟网络功能(Virtual Network Functions,VNF)的迁移优化领域，涉及5G/B5G技术、网络功能虚拟化、服务功能链优化以及网络迁移方法。

技术介绍

[0002]随着5G/B5G通信技术的出现，传统的网络范式，如4G核心网络(Evolved Packet Core,EPC)、无线接入网(RadioAccess Network,RAN)、云无线接入网(Cloud RAN,C
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RAN)、甚至卫星网络，都重新获得研究人员的关注。但同时，5G/B5G的出现也就意味着网络中的服务、应用以及用户都将成倍地增长。为了缓解大规模数据所带来的压力，大多数的研究倾向于在这些网络范式中搭建基于软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)和网络功能虚拟化(Networking FunctionVirtualization,NFV)的集成架构。值得注意的是，当5G/B5G网络中的流量增长超过某一阈值时，极有可能导致网络性能急剧下降，届时如何保障5G网络的性能值得思考。
[0003]虚拟网络功能迁移问题是从传统的虚拟机迁移问题演化而来，可以用来解决网络中节点过载的情况，进而起到优化网络性能的作用。对于传统的虚拟机迁移问题，通常有两种解决方案。第一种称为冷迁移(coldmigration)，它指在迁移之前必须关闭虚拟机的电源，冷迁移通常应用于磁盘数据的迁移。第二种称为热迁移(live migration)或者实时迁移，它指在迁移过程中，无需关闭对应的客户端或者应用程序，保持虚拟机处于运行状态直至迁移结束。现实世界中使用热迁移的概率相对要高很多。热迁移可以通过三种技术手段来实现，分别为预拷贝(pre
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copy)、后拷贝(post
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copy)以及这二者的混合。后拷贝机制会先将处理器的状态信息发送到目的节点，然后再发送虚拟机的内存页面信息。而预拷贝则正好相反，预拷贝会重复地拷贝发生变化的内存页面到目的节点，最后再将处理器状态信息发送到目的节点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的重点在于解决5G/B5G环境下虚拟网络功能的迁移问题，旨在最小化服务功能链的时延差，即迁移前的时延与迁移后的时延之差。提出一种5G/B5G环境下的虚拟网络功能通用迁移方法(VNF Migration,VNF
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M)，通过将VNF迁移问题规划为多标准决策问题，再通过引入理想逼近法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,TOPSIS)机制来量化每种迁移方案发生后所产生的影响，选择影响最小化的节点作为迁移方案，进而起到优化网络性能的作用。
[0005]为实现上述目的本专利技术的技术方案是：
[0006]一种5G/B5G环境下的虚拟网络功能通用迁移方法，首先，以最小化迁移影响为目标，基于数学语言规划VNF迁移问题；其次，在考虑服务链优先级和负载均衡的同时，基于多标准决策方法对VNF迁移问题进行求解，具体步骤如下：
[0007]步骤1初始化影响评估矩阵Influence；
[0008]步骤2归一化与优先级处理，对Influence矩阵进行负值消除、归一化以及优先级设置操作；
[0009]步骤3最优最劣解搜索，对经过预处理的Influence矩阵分别计算最佳迁移方案以及最坏迁移方案；
[0010]步骤4解集的差距与贴近程度计算，采用欧几里得距离概念来计算目标方案，即第κ个备选VNF迁移节点与最佳方案和最坏方案之间的距离；
[0011]所述步骤1的具体步骤如下：
[0012]步骤1.1给定任意虚拟节点存在多个节点满足的迁移需求。于是使用集合符号来表示这些备选迁移节点，具体定义如公式(1)所示：
[0013][0014]其中，指的是的备选迁移节点集中的第κ个元素；
[0015]步骤1.2假设被服务链集合中的服务功能链所使用，具体定义如公式(2)所示：
[0016][0017]其中，且表示该集合中的第λ条服务功能链；
[0018]步骤1.3采用最短路径算法来计算所使用的迁移路径，从而起到尽量缩短服务链时延的目的，使用符号来来表示VNF迁移所产生的影响，如公式(3)所示：
[0019][0020]其中，表示Influence矩阵，由解决方案和指标组合所构成，即种备选迁移节点和个使用的多条服务功能链的时延的全组合。表示将迁移到第κ个备选节点上之后对第λ条服务功能链所产生的影响；
[0021]步骤1.4将影响评估矩阵Influence矩阵扩展为如公式(4)所示：
[0022][0023]其中，表示扩展后的Influence矩阵，表示矩阵的行数，表示矩
阵的列数，表示矩阵中的元素；
[0024]所述步骤2的具体步骤如下：
[0025]步骤2.1对Influence矩阵中存在的负值进行消除处理，最终能够保证矩阵内的每个元素均为正数，对于任意的按照公式(5)进行以下操作：
[0026][0027]步骤2.2对Influence矩阵进行归一化操作，按照如公式(6)对Influence矩阵中的每个元素进行更新操作：
[0028][0029]步骤2.3假设每条服务功能链都具有一定的优先级别。对于条使用的服务功能链，分别使用表示每条服务功能链的优先级。将优先级因子集成到Influence矩阵中，如公式(7)所示：
[0030][0031]所述步骤3的具体步骤如下：
[0032]步骤3.1由于中的元素与服务链的时延呈正比，即越小越好，因此进行最小化操作，如公式(8)所示：
[0033][0034]步骤3.2以公式(8)为基础进行扩展，分别为所有的服务功能链选择最佳(BesT,BT)迁移方案，如公式(9)所示：
[0035][0036]其中，b表示节点的下标；
[0037]步骤3.3进行最大化操作，如公式(10)所示：
[0038][0039]步骤3.4以公式(9)为基础进行扩展，分别为每条服务功能链计算最坏(WorsT,WT)的迁移方案，如公式(11)所示：
[0040][0041]其中，w表示最坏迁移方案的下标，对于不同的服务链而言，它们可能具有相同的最优或者最坏迁移方案，即b和w值可能相同；
[0042]所述步骤4的具体步骤如下：
[0043]步骤4.1对于任意虚拟节点假设被迁移到节点上，使用d
κ,b
表示该方案与最佳方案之间的距离，如公式(12)所示：
[0044][0045]其中，d
κ,b
越小，意味着当前选择的方案距离最佳方案越近，因此越好；
[0046]步骤4.2使用d
κ,w
表示当前方案与最坏方案之间的距离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种5G/B5G环境下的虚拟网络功能通用迁移方法，其特征在于：将虚拟网络功能迁移问题规划为多标准决策问题，再引入理想逼近法来量化每种迁移方案发生后所产生的影响，选择影响最小化的节点作为迁移方案，进而起到优化网络性能的作用，具体步骤如下：步骤1初始化影响评估矩阵Influence；步骤2归一化与优先级处理，对Influence矩阵进行负值消除、归一化以及优先级操作；步骤3最优最劣解搜索，对经过预处理的Influence矩阵分别计算最佳迁移方案以及最坏迁移方案；步骤4解集的差距与贴近程度计算，采用欧几里得距离概念来计算目标方案，即第κ个备选VNF迁移节点与最佳方案和最坏方案之间的距离。2.根据权利要求1所述的一种5G/B5G环境下的虚拟网络功能通用迁移方法，所述步骤1的具体步骤如下：步骤1.1给定任意虚拟节点存在多个节点满足的迁移需求。于是使用集合符号来表示这些备选迁移节点，具体定义如公式(1)所示：其中，指的是的备选迁移节点集中的第κ个元素；步骤1.2假设被服务链集合中的服务功能链所使用，具体定义如公式(2)所示：其中，且表示该集合中的第λ条服务功能链；步骤1.3采用最短路径算法来计算所使用的迁移路径，从而起到尽量缩短服务链时延的目的，使用符号来来表示VNF迁移所产生的影响，如公式(3)所示：其中，表示Influence矩阵，由解决方案和指标组合所构成，即种备选迁移节点和个使用的多条服务功能链的时延的全组合，表示将迁移到第κ个备选节点上之后对第λ条服务功能链所产生的影响；步骤1.4将影响评估矩阵Influence矩阵扩展为如公式(4)所示：
其中，表示扩展后的Influence矩阵，表示矩阵的行数，表示矩阵的列数，表示矩阵中的元素。3.根据权利要求1所述的一种5G/B5G环境下的虚拟网络功能通用迁移方法，所述步骤2的具体步骤如下：步骤2.1对Influence矩阵中存在的负值进行消除处理，最终能够保证矩阵内的每个元素均为正数，对于任意的按照公式(5)进行以下操作：步骤2.2对Influence...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴伟，王晓晨，易波，黄敏，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：