[发明专利]一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法

说明书

本发明公开了一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，在重映射和迁移服务功能链请求时，考虑每个服务功能链请求中每个虚拟网络功能和链路连接情况，在满足相关约束条件下，以消耗最少的服务器资源和带宽资源，以及减小服务功能链迁移请求的迁移时间、停机时间和阻塞率为目标，将服务功能链请求进行重映射和迁移。本发明综合考虑了服务功能链请求的特殊性，对常见的带宽资源需求和服务器资源需求做出了优化配置，具有适用范围广、重映射成本低、停机时间短和映射阻塞率小等优点。

技术领域

本发明属于网络功能虚拟化技术领域，具体涉及一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法的设计。

背景技术

近年来，为了解决传统网络的“僵化”问题，研究者们提出了网络虚拟化技术。又随着网络虚拟化技术的发展，研究者提出了网络功能虚拟化技术(Network FunctionVirtualization，NFV)，通过网络功能虚拟化技术，物理资源可以被虚拟化为虚拟网络功能(Virtual Network Function，VNF)，而虚拟网络功能能够相互隔离，从而代替由专用硬件实现的传统网络功能，从而减少专用硬件的部署、提高网络的灵活性和降低网络运营成本。

特定数量和顺序的虚拟网络功能组成服务功能链(Service Function Chain，SFC)，来支持和处理用户的网络流量，从而实现用户的通信和需求。例如，为了满足用户的安全需求，服务功能链可能由用户→虚拟防火墙→虚拟深度包检测→终端组成。为了实现用户的不同策略，服务功能链有其特定的组成顺序。为了实现用户的通信，部署服务功能链到物理网络中是非常重要的。目前，已经有关于服务功能链部署的研究。在一些研究中，为了提高物理网络的资源利用率，作者提出了考虑物理链路和物理服务器利用率的算法。一些研究为了减少总的带宽消耗，作者提出了一个联合设计和映射多个服务功能链的方法。一些研究为了满足网络服务的可扩展性和隐私性问题，降低分布式服务功能链的部署复杂度，利用非合作博弈理论部署分布式服务链，从而实现隐私保护。

然而，随着用户的几何增加，云计算面临的挑战也越来越大，尤其是网络流量集中在核心网络中，导致大量的网络拥塞和网络延迟。为了解决集中式云计算所面临的挑战，研究人员已经提出了分布式雾计算来扩展集中式的云计算。因为分布式的雾计算环境有少量的计算和存储资源，所以雾计算环境可以执行一些延迟敏感的服务，并且同时利用云计算资源和雾计算资源，可以降低能耗和网络拥塞。因此，雾计算已经成为无线接入网、车载网络和物联网的研究热点。此外，由于分布式的雾计算环境具有计算和存储资源，我们可以利用云计算和雾计算的联合环境来部署服务功能链，并且已经有了一些相关的研究。

随着网络功能的虚拟化技术的发展，虚拟网络功能/服务功能链迁移已逐渐成为一个新的研究方向。例如，在一些研究中，作者首先提出了一种初始部署服务功能链的算法，然后为了节约带宽资源，降低能源消耗，提出了一个虚拟网络功能合并和迁移的算法。同样，为了节约能源，一些研究提出了一种整合和迁移虚拟网络功能的算法在低流量时关闭服务器。在一些研究中，为了节省数据中心的能量，作者提出了一个线性规划模型来解决这个问题。这些提到的研究仅仅考虑调整已经部署的服务功能链，他们没有考虑服务功能链必须被迁移的场景。在一些研究中，作者考虑当数据中心的服务器需要维护或失效时，迁移整个虚拟数据中心，并提出了一种虚拟数据中心的迁移算法，但该算法适用于虚拟数据中心迁移，在服务功能链迁移场景中，它无法提供良好的性能。虽然提到的这些工作研究虚拟网络功能合并和迁移问题，但是他们没有考虑这样一个场景：在雾无线接入网环境中，由于移动用户的移动性，当移动用户从一个雾无线接入网到另一个雾无线接入网时，服务提供商必须迁移这些相关的服务功能链，来维持用户的连接，否则，用户的通信将被中断。此外，服务功能链的迁移/重映射算法不仅决定重配置成本和重映射成功率，而且影响服务功能链的迁移时间和停机时间，所以服务功能链迁移算法的迁移性能至关重要。然而，现有的研究并不能很好地解决这一问题，因此服务功能链的迁移问题值得进一步研究。