[发明专利]一种基于QoS保障的服务功能链动态部署方法

权利要求书

1.一种基于QoS保障的服务功能链动态部署方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：针对切片网络中通信业务的QoS问题，建立面向可靠性需求的服务功能链SFC部署模型，该模型以最小化端到端时延为目标；

S2：综合考虑节点位置和可靠性，利用新颖的节点排序方法分别对物理节点和服务功能链中的虚拟网络功能VNF排序；

S3：根据节点排序结果确定节点映射优先级，选择满足资源约束的节点进行虚拟网络功能的部署，实现负载的均衡；

S4：在链路映射过程中，寻找满足链路资源约束并保证可靠性需求的时延最短路径进行映射；

在步骤S1中，所述服务功能链部署网络模型为：

底层网络形式化为一个无向图G^S＝(N^S,L^S)，其中N^S表示底层节点集合，每个节点能够部署一个或多个VNF，L^S表示所有底层链路的集合；每个底层节点m∈N^S的CPU容量为节点位置为loc(m)，连接节点m和n的链路l_mn的带宽为可靠性为R(l_mn)；是节点m和n之间无环路的路径集；

SFCs链形式化成有向图，表示为G^V＝(N^V,L^V)，N^V表示所有的VNF集合，L^V表示连接VNF的所有虚拟链路的集合；每个SFC由一些有序的VNF功能组成，用Q表示单位时间内到达的SFC请求强度，SFC集合表示为S＝{s_q|q＝1,2,…Q}，每个SFC∈Q由和连接相邻两个VNF u和v的虚拟链路组成；SFC中每个VNFu的CPU资源需求为虚拟链路l_uv带宽需求为定义一个二进制变量表示虚拟链路l_uv是否映射到物理链路l_mn∈L^S上；每个VNF所代表的虚拟机的位置为loc'(u)，映射到底层节点时最大距离偏移不能超过lp'(u)，虚拟链路映射到底层链路后的的时延为d_uv，映射到底层链路后的可靠性不能低于R(l_uv)；

在步骤S1中，所述面向可靠性需求为选择可靠性高的节点和链路进行SFC的部署并且所选链路满足链路对可靠性的最低需求；

在步骤S1中，所述以最小化端到端时延为目标的动态部署模型为：

第一部分为最大化接入SFC请求的数目，是为了最大化资源的利用率；第二部分为最小化端到端时延；使用SFC中每跳链路的时延叠加来计算端到端时延；每跳链路的时延表示为处理时延和传输时延的和；其中处理时延与节点需要处理的负载有关，处理的负载定义为需要处理的总的VNF资源需求和底层节点的处理能力之比，当节点的CPU负载增大时，该节点的处理时延迅速增加，假设处理时延是处理负载的凸函数，使用分段线性化来近似凸时延曲线；传输时延与需要处理的SFC链路映射到底层链路的跳数有关；

在步骤S2中，所述节点位置和可靠性为：

节点位置用节点连接度G(m)、节点的有效性E(m)和适应性T(m)表示；其中节点的连接度由相邻的链路总数决定；节点的有效性用节点效率表示，节点效率定义为与其他节点之间的距离的倒数，距离表示链路的跳数，传输距离越短，节点效率就越高；节点的适应性是指当节点m失效后，所有以最短径通过m节点相连的其他节点为恢复与m相连的链路所增加通信距离的最小值，增加的通信距离越小，恢复时间越短，节点适应值越大，反之，节点适应值越小；

节点可靠性可用节点正常工作概率来表示；而节点正常工作概率与节点失效率λ_m有关；节点失效率用平均故障间隔时间MTBF和平均修复时间MTTR来表示；则节点的正常工作概率表示为1-λ_m；

假设链路的失效满足泊松分布，则时间间隔t内，没有发生失效的概率为链路的可靠度为其中λ_mn为链路l_mn的失效率，t为链路l_mn上的时延；在进行VNF部署时考虑到链路因素，在时延约束下，做出以下转化：最大化上式相当于最小化下式：由于d′_uv映射到每条物理链路上值是相同的，进一步转化为下式：minλ_mn；在节点排序时把链路影响因素表示为：

在步骤S2中，所述新颖的节点排序方法为：采用Google的PageRank算法中的思想，重新定义节点的重要性，表示为下式：

其中r(m)表示节点m的得分，用于表征节点的重要性，γ是一个介于0和1之间的阻尼系数，J(m)表示与节点m相邻的节点集合，表示归一化的节点资源状态，表示为

根据PageRank的思想，得到最终的节点迭代得分表达式，表示为下面的向量表达式，通过不断地迭代，得到所有节点的重要性：

r＝(1-γ)C+γHr

在步骤S3中，所述虚拟网络功能的部署具体为：根据节点得分结果进行VNF的部署；首先对节点和VNF得分按照降序排列，然后根据合并排序的思想，把得分值大的VNF部署到得分值大的物理节点上，该物理节点必须满足VNF的资源需求约束；若经过循环后物理网络中所有节点都不能满足VNF资源约束，就拒绝该SFC；按此步骤依次进行该SFC中VNF的部署，直到部署完成或不满足资源约束而拒绝；进行VNF排序时需要一定的变化；由于SFC中VNF不需要考虑节点正常工作概率和链路的可靠性性质，节点归一化中的资源状态表示为SFC中每跳链路有链路可靠性约束，SFC中链路的影响条件改变为

2.根据权利要求1所述的一种基于QoS保障的服务功能链动态部署方法，其特征在于：在步骤S4中，所述链路映射过程具体为：首先根据SFC中每跳链路的可靠性要求进行大小排序，首先选择可靠性要求较高的链路进行映射，删除所有不满足该SFC相应链路需求的底层链路，然后执行K-最短路径算法选出K条时延最短的路径，按照时延大小递增排序，最后选择满足该SFC的链路可靠性约束的时延最短的那条路径。