一种适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法组成比例

本发明专利技术提出了一种适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法，步骤为：建立SFC映射模型，将通用化平台中SFC映射过程分为物理拓扑资源层和虚拟网络功能请求层的两层结构，并对两层结构进行抽象参数表示；分析通用化平台中服务请求的处理过程，建立节点计算与链路带宽通信资源联合分配的处理时间的最小化数学模型；将最小化数学模型建模为马尔科夫过程，定义包含状态、动作、奖励的三元组；将三元组与异步优势动作评价算法相结合，以训练主网络为模板，利用多线程技术生成多个子网络用于并行训练，找寻最优资源分配策略。本发明专利技术通过智能分配节点计算资源与链路带宽通信资源，有效提高了SFC请求的处理速率。有效提高了SFC请求的处理速率。有效提高了SFC请求的处理速率。

【技术实现步骤摘要】
一种适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法


[0001]本专利技术涉及移动通信的
，尤其涉及一种适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法。

技术介绍

[0002]随着通信网络技术的高速发展，网络用户的数量逐年暴增，用户所需的网络功能服务业务日趋多样化。传统网络架构中网络功能与专用硬件设备之间存在强耦合性，无法为用户提供灵活可定制的网络服务。网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization，NFV)将网络功能虚拟软件化为虚拟网络功能(Virtualized Network Function，VNF)并部署在通用化硬件平台上，并以服务功能链(Service Function Chain，SFC)的形式为用户提供定制化网络服务，提供了新的网络功能服务业务处理体系，并提高了网络服务的灵活性与可扩展性。在NFV中，SFC是指根据用户下发服务请求(SFC Request，SFCR)中VNF的先后逻辑顺序，引导网络流量依次通过网络链路传输至相应网络功能节点进行处理，从而完成网络业务处理的逻辑链式服务请求。其中，SFC映射是完成SFCR处理的关键过程，指将SFCR包含的VNF在通用化网络平台中进行实例化，并使流量按序经过相应网络功能的过程。在SFC映射过程中，主要涉及的网络资源为节点计算资源与链路带宽通信资源，两种资源在SFCR上分配的多少从根本上影响着SFCR的响应效率。而现有映射资源智能分配方法大多只针对单一节点计算资源或链路带宽通信资源分配进行优化，易造成另一种资源利用率低，资源分配失衡问题，且由于SFC映射动作复杂，存在收敛效率慢问题。因此，需要设计一种在通用化平台中联合节点计算资源和链路带宽通信资源优化，合理分配计算与通信相关资源，加快算法收敛效率的SFC映射资源智能分配方法，从而提高SFC映射率和资源使用率，加快SFCR处理效率，降低处理SFC的总处理时间。
[0003]申请号为201911399761.8的专利技术专利公开了一种基于环境感知的服务功能链低成本智能部署方法，步骤为：以用户无线端可达的无线速率作为SFC资源分配的依据，联合考虑SFC部署与无线子载波分配，建立在用户时延要求、无线速率需求以及资源约束下的SFC部署成本最小化模型；将上述优化问题转化为离散时间下的具有连续状态空间和高维度动作空间的马尔可夫决策过程；最后考虑到该MDP问题的高维性，利用DDPG强化算法获得SFC部署与子载波分配的联合优化策略，达到减少资源消耗，降低SFC部署成本的目的。本方法能够在保证用户时延要求和无线速率需求的同时，有效降低SFC部署的总成本；能够在每个时隙据当时的环境，做出使部署成本最低的子载波分配及SFC部署策略。上述方法根据SFC流速率为其分配相应的计算及虚拟链路带宽资源，虽然可以减少核心网的资源消耗，降低SFC部署成本。但是，这也意味着流速低的SFC所能分配的资源少，导致部分用户等待服务时间长，降低用户服务质量。且所使用的DDPG属于确定性策略梯度算法，特点为每次训练得到的结果反馈一定优于上次结果，但确定性策略意味着不能很好的探索状态
‑
动作策略空间，在面对实时服务请求时，不利于虚拟功能映射动作策略的探索，很容易陷入局部策略最优。

技术实现思路

[0004]针对在通用化平台中服务功能链映射时存在节点计算资源与链路带宽通信资源两种资源分配失衡，造成资源浪费或资源不足，服务质量无法保证，无法支持新的业务需求等问题，且由于SFC映射过程资源分配动作复杂，现有分配方法存在收敛效率慢技术问题，本专利技术提出一种适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法(简称为SA3C)，将映射资源分配过程转化为马尔科夫决策模型，将节点资源分配和链路资源分配作为动作策略，总处理时间作为奖励值，并基于异步优势动作评价算法(Asynchronous Advantage Actor
‑
Critic，A3C)中异步训练方式，以训练主网络为模板，利用多线程技术生成多个子网络用于并行训练，从而有效加速算法收敛效率。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法，其步骤如下：
[0006]步骤一：建立SFC映射模型，将通用化平台中SFC映射过程分为物理拓扑资源层和虚拟网络功能请求层的两层结构，并对两层结构进行抽象参数表示；
[0007]步骤二：分析通用化平台中服务请求的处理过程，建立节点计算与链路带宽通信资源联合分配的处理时间的最小化数学模型；
[0008]步骤三：将最小化数学模型建模为马尔科夫过程，定义包含状态、动作、奖励的三元组；
[0009]步骤四：将马尔科夫过程与图卷积神经网络进行结合，优化三元组，将状态的高维邻接信息变为低维向量表示；
[0010]步骤五：将步骤四中优化后的三元组与异步优势动作评价算法相结合，基于异步优势动作评价算法中异步训练方式，以训练主网络为模板，利用多线程技术生成多个子网络用于并行训练，找寻最优资源分配策略。
[0011]优选地，所述物理拓扑资源层用无向图G＝{N,L}表示，其中N＝{n1,n2...n
m
}表示物理服务节点集合，m表示物理服务节点最大数，n1,n2...n
m
为m个物理服务节点；L＝{l
i,j
＝(n
i
,n
j
)|i,j≤m}表示物理链路集合，l
i,j
为第i个物理服务节点n
i
与第j个物理服务节点n
j
之间的物理链路；物理服务节点的可用计算资源C＝[c1,c2...c
m
]，其中c
i
为物理服务节点n
i
的可用计算资源；物理链路带宽通信资源B＝{b
i,j
|i,j≤m}，b
i,j
为物理服务节点n
i
与物理服务节点n
j
之间的物理链路带宽通信资源，若b
i,j
＝0表示可用链路带宽通信资源为0或表示两点之间不存在物理链路连接；
[0012]所述虚拟网络功能请求为用户服务请求集合SFCs＝{f1,f2,...}，一个f代表一条具体的SFC请求，SFC请求用一个四元组f＝＜V
f
,E
f
,Data
f
,P
f
＞表示，其中V
f
＝{v1,v2...v
v
}表示虚拟网络功能请求序列，v表示用户所需的虚拟网络功能，E
f
＝{e1,e2,...e
e
}表示虚拟链路集合，其中e
u
＝{v
p
,v
q
}表示虚拟网络功能v
p
和虚拟网络功能v
q
之间的虚拟链路，Data
f
表示SFC请求f的传输数据量大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：建立SFC映射模型，将通用化平台中SFC映射过程分为物理拓扑资源层和虚拟网络功能请求层的两层结构，并对两层结构进行抽象参数表示；步骤二：分析通用化平台中服务请求的处理过程，建立节点计算与链路带宽通信资源联合分配的处理时间的最小化数学模型；步骤三：将最小化数学模型建模为马尔科夫过程，定义包含状态、动作、奖励的三元组；步骤四：将马尔科夫过程与图卷积神经网络进行结合，优化三元组，将状态的高维邻接信息变为低维向量表示；步骤五：将步骤四中优化后的三元组与异步优势动作评价算法相结合，基于异步优势动作评价算法中异步训练方式，以训练主网络为模板，利用多线程技术生成多个子网络用于并行训练，找寻最优资源分配策略。2.根据权利要求1所述的适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法，其特征在于，所述物理拓扑资源层用无向图G＝{N,L}表示，其中N＝{n1,n2...n
m
}表示物理服务节点集合，m表示物理服务节点最大数，n1,n2...n
m
为m个物理服务节点；L＝{l
i,j
＝(n
i
,n
j
)|i,j≤m}表示物理链路集合，l
i,j
为第i个物理服务节点n
i
与第j个物理服务节点n
j
之间的物理链路；物理服务节点的可用计算资源C＝[c1,c2...c
m
]，其中c
i
为物理服务节点n
i
的可用计算资源；物理链路带宽通信资源B＝{b
i,j
|i,j≤m}，b
i,j
为物理服务节点n
i
与物理服务节点n
j
之间的物理链路带宽通信资源，若b
i,j
＝0表示可用链路带宽通信资源为0或表示两点之间不存在物理链路连接；所述虚拟网络功能请求为用户服务请求集合SFCs＝{f1,f2,...}，一个f代表一条具体的SFC请求，SFC请求用一个四元组f＝＜V
f
,E
f
,Data
f
,P
f
＞表示，其中V
f
＝{v1,v2...v
v
}表示虚拟网络功能请求序列，v表示用户所需的虚拟网络功能，E
f
＝{e1,e2,...e
e
}表示虚拟链路集合，其中e
u
＝{v
p
,v
q
}表示虚拟网络功能v
p
和虚拟网络功能v
q
之间的虚拟链路，Data
f
表示SFC请求f的传输数据量大小，P
f
＝{p1,p2...p5}表示SFC请求f的处理优先级集合，优先级p1最低，优先级p5最高。3.根据权利要求2所述的适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法，其特征在于，所述最小化数学模型为：其中，C1是处理虚拟网络功能请求集合总的最小化处理时间，表示每个VNF都必须映射到一个物理服务节点上；C2表示VNF在映射至物理服务节点时，所分配的计算资源受到该物理节点可用资源的容量限制；C3表示虚拟链路在映射至物理链路时，所分配的带宽资源受到该物理链路可用带宽资源的容量限制；其中，I为全为1的单位矩阵，|N|表示物理服务节
点序列，|V
f
|表示第f条SFC请求的虚拟网络功能请求序列，表示在时隙t时第f条SFC请求在物理服务节点映射状态，D
f
为第f条SFC请求的节点总处理时间，C(t)为虚拟网络功能映射形成的二进制矩阵，B(t)为虚拟链路映射形成的二进制矩阵，为第f条SFC请求中第i个虚拟功能映射至物理拓扑中的时隙t内物理服务节点n
j
的映射状态，为在时隙t时映射成功的物理服务节点为其所分配的节点计算资源，c
j
表示当前第j个物理服务节点可用节点计算资源，表示第f条SFC中的第e条虚拟链路成功映射到物理拓扑中物理服务节点n
i
与n
j
之间的物理链路(n
i
,n
j
)上的链路映射状态，为在时隙t时映射成功的物理链路为其所分配的链路带宽通信资源，b
i,j
表示物理链路可用带宽通信资源。4.根据权利要求3所述的适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法，其特征在于，在映射过程中，所述第f条SFC请求的总处理时间D
f
为物理服务节点处理总时间与链路处理总时间之和；第f条SFC请求的物理服务节点总处理时间为：其中，v
c
表示第f条SFC请求所含的虚拟网络功能，N
f
表示第f条SFC请求中虚拟功能映射的物理服务节点序列，第f条SFC请求在一个物理节点所停留的时间第f条SFC请求在t时隙时的物理服务节点中的处理速率与该物理节点所分配的计算资源成正比，且：其中，为转化因子，且且为在时隙t时映射成功的物理服务节点为其所分配的节点计算资源，且c
c
表示该物理服务节点可用节点计算资源；Data
f
表示SFC请求f的传输数据量大小；第f条SFC请求的链路处理总处理时间为：其中，第f条SFC请求在一个物理链路所停留的时间第f条SFC请求在t时隙时的物理链路中的传输速率与该物理链路所分配的带宽资源成正比，且：其中，η为转化因子，且η＞1，为在时隙t时映射成功的物理链路为其所分配的链路带宽通信资源，且b
p,q
表示物理链路可用带宽通信资源。5.根据权利要求4所述的适用通用化平台的服务功能链映射资源智能分配方法，其特征在于，将处理SFC请求的整个过程按处理时间分为若干个时隙，用T＝{1,2,...t}表示时隙集合，以一个时隙t为SFC映射处理周期；在虚拟功能映射至物理拓扑中的时隙t内，用
表示服务节点映射状态，当时表示第f条SFC请求中的第i个虚拟网络功能v
i
成功映射到物理拓扑中的第j个物理服务节点中，若映射失败，则当在第f条SFC请求中的虚拟网络功能均映射完成后，用表示虚拟网络功能映射形成的二进制矩阵；用表示链路映射状态，当时，表示第f条SFC请求中的第e条虚拟链路成功映射到物理拓扑中物理服务节点n
p
与物理服务节点n
q
之间的物理链路(n
p
,n
q
)上，若映射失败，则映射状态在第f条SFC请求中的虚拟链路均映射完成后，用表示其虚拟链路映射形成的二进制矩阵。6.根据权利要求4或5所述的适用通用化平台的服务功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄万伟，李松，郑向雨，梁辉，黄敏，陈明，李玉华，王昌海，李璞，张焕龙，肖强勇，张亚洲，陈锐，王博，孙海燕，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：