一种向移动边缘计算系统提供可靠服务功能链的方法技术方案

本发明专利技术公开一种向移动边缘计算系统提供可靠服务功能链的方法，所述移动边缘计算系统具有提供低延迟高可用性的服务网络功能链SFC，所述服务网络功能链通过如下步骤实现：步骤101：初始化边缘计算系统中网络参数，包括边缘服务器的通信、计算容量、接入点的通信容量；同时，初始化当前时刻的所有SFC请求的参数，包括每个请求的链长，带宽、可用性以及延迟需求；步骤102：通过二分搜索算法获得虚拟网络服务单元VNFs放置的计算资源容量比例α；步骤103：加载求解器按照如下公式对主要放置的虚拟网络服务单元VNFs进行优化；步骤104：加载求解器按照如下公式对备份放置的虚拟网络服务单元VNFs进行优化等步骤；本发明专利技术通过服务功能链的可用性感知实现最大化网络吞吐量。可用性感知实现最大化网络吞吐量。可用性感知实现最大化网络吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种向移动边缘计算系统提供可靠服务功能链的方法


[0001]本专利技术涉及移动边缘计算、网络功能虚拟化以及服务功能链
，特别是涉及一种向移动边缘计算系统提供可靠的服务功能链的方法。

技术介绍

[0002]移动边缘计算(MEC)的出现为传统云用户访问计算密集型或延迟敏感型服务提供了新的解决方案。通过将计算能力推近用户，MEC通常可以保证更低的延迟和更高的带宽。网络服务提供商(NSP)开始将其网络功能从云迁移到边缘网络，为其用户提供必要的网络支持。在迁移过程中，需要解决以下两个问题：(1)考虑到边缘节点的存储和计算容量，将网络功能放置在何处；(2)考虑到接入点(AP)的通信容量，如何调度请求。NSPs传统上使用专用设备(PE路由器、CDN服务器等)在边缘网络上提供此类网络功能，这带来了很多成本，并且网络服务不够灵活。
[0003]为了克服现有技术问题，一些研究人员提出了网络功能虚拟化(NFV)。NFV是指在一个共享的商业硬件平台上用软件实现网络功能。它将传统网络功能与专用设备分离，降低操作和维护成本，并使网络服务更加灵活。在支持NFV的MEC网络中，每个用户请求都必须通过一个具有高可用性要求的网络服务，称为服务功能链(SFC)，它以特定顺序包含一系列虚拟网络功能(VNF)。给定一个SFC，有必要选择适当的边缘节点来映射SFC中的每个VNF，并放置冗余VNF实例以提高可用性预期。对于NSPs而言，确保网络服务可用性对于提高声誉和扩大市场份额起着至关重要的作用。
[0004]但是，将网络功能软件与底层专用硬件分离会使保证高可用性面临挑战。例如，在大多数现有的VNF系统中，VNF通常作为虚拟机上的实例运行，其资源由底层虚拟机监控程序管理。因此，虚拟机监控程序的任何故障都会导致在其上运行的VNF不可用。更糟糕的是，当多个VNF实例作为一个整体链接并映射到不同的边缘节点上时，此SFC上单个VNF的任何故障都会导致严重的数据丢失和资源浪费。此外，MEC环境的可靠性不高，并且由于大多数边缘节点暴露在自然环境中，因此可能会发生严重故障，缺乏基础设施保障。因此，在MEC 环境中使SFC具有大约99.999％或99.9999％(5'9或6'9)的高可用性是非常具有挑战性的。
[0005]添加VNF备份是提高SFC可用性的有效方法，在云中得到了广泛应用。然而，在MEC 环境中，云的有效模式可能无法很好地工作，因为边缘节点上的资源与云上的资源相比通常是有限的。图1显示，现有技术可以通过部署一些VNF备份来提高SFC的可用性。然后，每个边缘节点的计算能力的一部分由主要VNF使用，VNFs备份使用另一部分。另一方面，当SFC得到适当配置时，选择可靠的AP访问边缘网络是至关重要的。红色的用户可以从两个接入点接入网络，一个接入点因用户过多而拥挤，导致过度的接入延迟，另一个接入点负载较轻。直观地说，为红色用户选择轻负载接入点无疑是最优的，并且可以有效地提高服务质量(QoS)。
[0006]实际上，每个时段都有很多请求。同时，他们都希望获得低延迟和高可用性的网络服务。如果用户所需的SFC的VNF实例未正确配置，则用户请求将被拒绝，并且无法访问其所
需的网络服务。为了实现这两个目标，两个关键的具有挑战性的决策是：(1)在保证所需SFC的可用性的情况下，将VNFs实例放置在资源有限的环境中，同时最大限度地提高请求的接受率；(2)如何联合考虑VNFs放置和请求调度问题，以最小化每个时隙中所有请求的平均延迟。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提出了一种向移动边缘计算系统提供可靠的服务功能链的方法，该方法在保证SFC的可用性要求的同时最大化请求接受率，将该问题建模为整数非线性规划(INLP)，并提出了基于回退二分搜索策略来推导用于主VNFs映射的最佳资源容量比的方法。该方法专利技术还解决最小化所有SFC请求的总延迟，并将其表示为INLP的问题，提出了尽可能地容忍接入和通信延迟，而不是在用户跨AP移动时执行迁移网络服务的在线服务切换算法(OSS)。
[0008]本专利技术采用如下技术方案实现：
[0009]一种向移动边缘计算系统提供可靠服务功能链的方法，所述移动边缘计算系统具有提供低延迟高可用性的服务网络功能链SFC，所述服务网络功能链通过如下步骤实现：
[0010]步骤101：初始化边缘计算系统中网络参数，包括边缘服务器的通信、计算容量、接入点的通信容量；同时，初始化当前时刻的所有SFC请求的参数，包括每个请求的链长，带宽、可用性以及延迟需求；
[0011]步骤102：通过二分搜索算法获得虚拟网络服务单元VNFs放置的计算资源容量比例α；
[0012]步骤103：加载求解器按照如下公式对主要放置的虚拟网络服务单元VNFs进行优化；
[0013][0014][0015]其中：α表示主VNFs映射的最大计算容量比率,α
·
W
v
是边缘服务器上v的主VNF可以使用的计算容量；优化主VNFs放置决策p
(r,f,v)
(t)时,备份VNFs放置决策固定
[0016]步骤104：加载求解器按照如下公式对备份放置的虚拟网络服务单元VNFs进行优化；
[0017][0018][0019][0020]其中：是服务器上所有主VNF占用的总计算容量v,可从计算得来；在
优化备份VNFs放置时，我们将主VNFs放置决策固定为在主要VNFs映射阶段中，作为
[0021]步骤105：根据步骤3、4得到的优化放置决策，计算当前的请求接受率r；并在资源容量比例α＝low[i]，计算出此的请求接受率r
′
；
[0022]步骤106：将步骤5获得的两个α对应的请求接受率进行比较，如果虚拟网络服务单元 VNFs获得最优化，则执行下一步，否则返回步骤三；
[0023]步骤107：输出主要和备份VNFs实例的放置决策以及当前的请求接受率。
[0024]进一步，所述服务网络功能链SFC通过如下步骤非切换时延：
[0025]步骤201：初始化边缘计算系统中网络参数，包括边缘服务器的通信、计算容量、接入点的通信容量；同时，初始化当前时刻的所有SFC请求的参数，包括每个请求的链长，带宽、可用性以及延迟需求；
[0026]步骤202：加载求解器按照如下公式对虚拟网络服务单元VNFs进行优化；
[0027][0028]其中：为常数参数；
[0029]步骤203：加载求解器按照如下公式对虚拟网络服务单元VNFs进行优化
[0030][0031]其中：为常量参数；
[0032]步骤204：根据步骤202、203得出的关于网络选择和服务放置；按照公式如下公式计算出当前的非切换时延：
[0033][0034]有益效果
[0035]本专利技术解决了如何在移动边缘计算中可靠地提供服务功能链的问题，与现有方案相比，此专利技术考虑到了联合优化网络选择以使得用户避本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种向移动边缘计算系统提供可靠服务功能链的方法，其特征在于，所述移动边缘计算系统具有提供低延迟高可用性的服务网络功能链SFC，所述服务网络功能链通过如下步骤实现：步骤101：初始化边缘计算系统中网络参数，包括边缘服务器的通信、计算容量、接入点的通信容量；同时，初始化当前时刻的所有SFC请求的参数，包括每个请求的链长，带宽、可用性以及延迟需求；步骤102：通过二分搜索算法获得虚拟网络服务单元VNFs放置的计算资源容量比例α；步骤103：加载求解器按照如下公式对主要放置的虚拟网络服务单元VNFs进行优化；步骤103：加载求解器按照如下公式对主要放置的虚拟网络服务单元VNFs进行优化；其中：α表示主VNFs映射的最大计算容量比率,α
·
W
v
是边缘服务器上v的主VNF可以使用的计算容量；优化主VNFs放置决策p
(r,f,v)
(t)时,备份VNFs放置决策固定步骤104：加载求解器按照如下公式对备份放置的虚拟网络服务单元VNFs进行优化；步骤104：加载求解器按照如下公式对备份放置的虚拟网络服务单元VNFs进行优化；步骤104：加载求解器按照如下公式对备份放置的虚拟网络服务单元VNFs进行优化；其中：是...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金熹，郭得科，谢俊杰，陈胜，李克秋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：