适应物联网多业务场景的虚拟网络功能转发图的设计方法技术

本发明专利技术涉及虚拟网络功能技术领域，公开了适应物联网多业务场景的虚拟网络功能转发图的设计方法，考虑了离线和在线两种场景；离线场景下，针对一组到达物联网终端请求不同网络服务的流量，考虑到无环的问题，通过合并、去环的步骤，设计出具有节点和链路最少的VNF

【技术实现步骤摘要】
适应物联网多业务场景的虚拟网络功能转发图的设计方法


[0001]本专利技术涉及虚拟网络功能
，具体涉及适应物联网多业务场景的虚拟网络功能转发图的设计方法。

技术介绍

[0002]随着物联网(IoT)技术的快速发展，物联网终端设备数量呈现指数增长，网络服务变得复杂多样，这对物联网提出了巨大挑战。软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)技术的结合，催生了新一代物联网。NFV技术将传统的基于硬件的网络功能盒子软件化为运行于通用服务器上的虚拟网络功能(VNF)，使网络功能灵活部署成为可能。SDN作为新一代网络范式，以其开放的网络管理模式大大加速了NFV技术在物联网中的应用。到达物联网终端的不同用户服务请求需要有序地通过不同的由VNFs(一系列VNF,加s是指不同类型的VNF)组成的服务功能链(SFC)来满足不同的安全和性能要求。因此，欧洲电信标准协会提倡使用虚拟网络功能转发图(VNF
‑
FG)来表示物联网终端复杂的网络服务。
[0003]VNF
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FG是一个有向无环图(DAG)，它提供了一种高效的方式来定义和管理VNF之间的网络连接和通信方式，以实现更高效、灵活和可扩展的网络服务。服务提供商接收网络服务请求并完成VNF
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FG设计，以提供特定的网络服务，VNF
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FG设计直接决定了VNF放置效率和NFV的性能，考虑到物联网环境下的应用都表示为一个DAG，因此，服务提供商亟需为物联网终端设计出VNF
‑
FG来实现端到端的网络服务。
[0004]VNF
‑
FG设计实质是将IoT终端接收到的不同网络流的SFC请求中相同VNF进行合并，并保证合并后的有向图无环。如果对相同VNF才可合并的这一约束进行松弛，该问题可看作在每条SFC的VNFs实例中选择若干实例来完成VNF
‑
FG中VNFs的映射，即可等效为VNFs的放置问题。VNFs放置问题是NP
‑
困难问题，因此，VNF
‑
FG设计同样是一个NP
‑
困难问题。较之简单的SFC设计，VNF
‑
FG设计更具挑战性.最大限度合并相同类型VNFs以最小化VNF
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FG虚拟节点和链路数量与保证VNF
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FG无环之间存在冲突，如何对两者平衡折中是VNF
‑
FG设计需要考虑的首要问题。而识别导致环路出现的关键VNF实例，并进一步破环是解决该问题的核心。
[0005]在VNF
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FG中，最终需要将VNF节点映射到底层的物理节点。VNF软件以虚拟机为载体，为用户提供服务。然而，虚拟机的实例化和运行自身需要一定的成本。因此，通过减少VNF
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FG中的节点数量，可以降低虚拟机实例的数量，从而有效降低运营成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提出适应物联网多业务场景的虚拟网络功能转发图的设计方法，设计出在离线场景和在线场景下最小化逻辑链路数量和VNF节点数目的虚拟网络功能转发图。
[0007]本专利技术的技术方案分为离线场景和在线场景下虚拟网络功能转发图设计方法，包括如下步骤：
[0008]S1、离线场景下虚拟网络功能转发图设计：针对一组到达物联网终端请求不同网络服务的流量，将每条SFC中相同类型VNF直接合并为一个节点，得到一个新的虚拟拓扑图，将图中的环路找到并消除，设计出无环的VNF
‑
FG。
[0009]步骤S1包括以下分步骤：
[0010]S11、跟据服务请求的SFC，将每条SFC中相同类型VNF直接合并为一个虚拟VNF节点，得到一个新的虚拟拓扑图；
[0011]S12、遍历步骤S11中新生成的虚拟拓扑图，计算出其中的环路，并按环路长度降序排序；
[0012]S13、选出环路中最长的一条，计算此条环路序列与每条SFC最长公共子序列p
ij
；
[0013]S14、将p
ij
中最长的序列放入P
i
；
[0014]S15、遍历P
i
中每一条序列，计算每条路径中最后一个VNF被流穿过的次数T
i
，将T
i
最小的序列放入集合P
it
；
[0015]S16、反向遍历P
it
中每个路径，同时在图中将每个VNF节点个数增加到此VNF被流穿越的次数，同时必须使得此时遍历的路径所属的流独占一个表示此类型VNF的实例节点；
[0016]S17、判断此VNF节点与前一个VNF节点之间流的数量是否为1，若是则进入步骤S18；否则返回步骤S16继续反向遍历此条路径；
[0017]S18、停止遍历此路径，判断是否遍历完P
it
，若是则进入步骤S19；否则返回步骤S16；
[0018]S19、返回所有生成的拓扑图；
[0019]S110、在所得到的拓扑图中，找到新增加VNF节点最少的图；
[0020]S111、判断拓扑图是否还存在环路，若是则返回步骤S12继续遍历环路，否则结束遍历。
[0021]S2、在线场景虚拟网络功能转发图设计：将新到的一条SFC流嵌入到设计好的VNF
‑
FG中，尤其重视对现有虚拟节点和链接的利用，并产生一个无环的VNF
‑
FG。
[0022]步骤S2包括以下分步骤：
[0023]S21、遍历新到的SFC的每条链路；
[0024]S22、判断是否能在现存的VNF
‑
FG中找到一条路径来表示此链路，若是进入步骤S23，否则返回步骤S21继续遍历链路并使得m
i
＝0；
[0025]S23、选择路径中跳数最小的一条并使得m
i
＝1；
[0026]S24、判断遍历的链路的次数是否大于1，若是则进入分步骤S241，否则返回步骤S21继续遍历下一条链路；
[0027]S241、对于任意两个相邻的链路(它们已经由现有路径表示)，如果连接它们的VNF由新的虚拟拓扑图中不同的VNF节点表示，则选择总跳数较少的那一个；
[0028]S25、判断SFC的链路是否遍历完毕，若是则进入步骤S26并更新虚拟拓扑图，否则返回步骤S21继续遍历链路；
[0029]S26、再次遍历新到的SFC每条链路；
[0030]S27、判断m
i
是否等于0，若是则进入步骤S28，否则返回步骤S26；
[0031]S28、判断连接此链路的首尾的VNF是否都已被图中的VNF节点表示，若是进入步骤S29，否则进入步骤S210；
[0032]S29、连接虚拟拓扑中的这两个VNF节点，判断连接后的虚拟拓扑是否存在环路，若是则增加VNF节点进入步骤S213，否则并返回步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明的技术方案为离线场景和在线场景下虚拟网络功能转发图设计方法，包括如下步骤：S1、离线场景下虚拟网络功能转发图设计：针对一组到达物联网终端请求不同网络服务的流量，将每条SFC中相同类型VNF直接合并为一个节点，得到一个新的虚拟拓扑图，将图中的环路找到并消除，设计出无环的虚VNF
‑
FG；S2、在线场景虚拟网络功能转发图设计：将新到的一条SFC流嵌入到设计好的VNF
‑
FG中，尤其重视对现有虚拟节点和链接的利用，并产生一个无环的VNF
‑
FG。2.根据权利要求1中S1所述的离线场景下虚拟网络功能转发图设计方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S11、跟据服务请求的SFC，将每条SFC中相同类型VNF直接合并为一个虚拟节点，得到一个新的虚拟拓扑图；S12、遍历步骤S11中新生成的虚拟拓扑图，计算出其中的环路，并按环路长度降序排序；S13、选出环路中最长的一条，计算此条环路序列与每条SFC最长公共子序列p
ij
；S14、将p
ij
中最长的序列放入P
i
；S15、遍历P
i
中每一条序列，计算每条路径中最后一个VNF被流穿过的次数T
i
，将T
i
最小的序列放入集合P
it
；S16、反向遍历P
it
中每个路径，同时在图中将每个VNF节点个数增加到此VNF被流穿越的次数，同时必须使得此时遍历的路径所属的SFC独占一个表示此类型VNF的实例节点；S17、判断此VNF节点与前一个VNF节点之间流的数量是否为1，若是则进入步骤S18；否则返回步骤S16继续反向遍历此条路径；S18、停止遍历此路径，判断是否遍历完Pit，若是则进入步骤S19；否则返回步骤S16；S19、返回所有生成的拓扑图；S110、在所得到的拓扑图中，找到新增加VNF节点最少的图；S111、判断拓扑图是否还存在环路，若是则返回步骤S12继续遍历环路，否则结束遍历。3.根据权利要求1中S2所述的在线场景下虚拟网络功能转发图设计方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S21、遍历新到的SFC的每条链路；S22、判断是否能在现存的VNF
‑
FG中找到一条路径来表示此链路，若是进入步骤S23，否则返回步骤S21继续遍历链路并使得m
i
＝0；S23、选择路径中跳数最小的一条并使得m
i
＝1；S24、判断遍历的链路的次数是否大于1，若是则进入分步骤S241，否...

【专利技术属性】
技术研发人员：任诚，张江平，王宇，李亚鑫，杨耀钧，雷靖鹏，袁方智，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：