[发明专利]一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法

说明书

本发明公开了一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法。包括：以最小化传播时延为优化目标，获得一棵从源节点到所有目的节点可达的组播树；以及，基于分布估计算法，以最小化服务时延为目标，在组播树中为每一条从源节点到组播组成员的路径，放置相同的服务功能链，并确定该路径上的虚拟网络功能部署方案。本发明的有益效果在于，将网络功能虚拟化引入组播当中，将组播网络中的网络功能服务链问题拆分为两个子问题，即最小传输时延组播树生成问题与最优组播树中虚拟网络功能优化部署问题。仿真实验与数据分析表明，相比于遗传算法，本发明所使用的方法在算法性能上具有显著优势，能获得更优的解。

技术领域

本发明涉及网络通信技术与虚拟化技术领域，特别是一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法。

背景技术

近年来，随着网络技术的不断创新和高速宽带网络的快速发展，市场上出现了视频会议、网络游戏、数据分发、远程教育等越来越多的网络服务。这些网络通信业务的要求不同于传统的点对点网络通信，要求数据的接收方是一组目的节点。组播技术的出现就是为了解决这个问题。组播是一种通过树形网络结构，将数据信息从源节点复用到一组目标节点的方法。当前的组播服务需要在到达目的地之前遍历特定的专有网络设备(即中间件)。中间件是网络中必不可少的设备，但它们在网络中是固定的，这就导致了业务部署缓慢、网络僵化程度高等问题。

网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization,简称NFV)是欧洲电信标准协会(ETSI)于2012年首次提出的一种新型网络架构。NFV通过虚拟化技术，将网络功能从传统网络硬件中解耦出来，引入虚拟资源层，把功能网元弹性部署在虚拟机上，而下层硬件资源对于上层的功能网元来说是不可见的，管理员对下层硬件资源进行统一管理和调度。NFV可以动态地改变网络功能的部署位置。NFV技术给组播通信带来了变革，通过在通用的计算节点上部署需要被虚拟化的网络功能(Virtualized Network Functions，简称VNF)，来代替传统的中间件，使得网络的灵活性极大提高。

服务功能链(Service Function Chaining,简称SFC)是一系列的有序的带约束的VNF集合，数据流在到达用户之前必须按照指定的顺序依次通过VNF集合中的每个VNF。相比于单播中的SFC部署问题，将NFV技术引入组播后，带来了新的挑战。在组播网络中，如何需找到一种合适的虚拟网络功能部署方案，将各个VNF合理地放置在组播网络中，使得组播源向每一个组播组成员发出的数据流都必须有序地流经各个VNF进行处理，并最终到达相应的目的地。这一问题称之为组播虚拟网络功能部署(Multicast VNF Deployment，简称MVNFD)问题。MVNFD问题是一个NP-hard问题，目前学术界对于该问题的研究还处于起步阶段。

分布估计算法(Estimation of Distribution Algorithm,简称EDA)是一种基于统计学习理论的群体进化算法，通过建立概率模型描述候选解在搜索空间的分布信息，采用统计学习手段从群体宏观的角度建立一个描述解分布的概率模型，然后对概率模型随机采样产生新的种群，如此反复实现种群的进化。与传统的遗传算法(Genetic Algorithm，简称GA)相比，EDA放弃了基于个体的交叉和变异操作。取而代之的是，引入基于概率模型的学习和抽样方法，实现种群的整体高效进化。基于此，结合组播网络中的网络功能服务链问题实际情况，本发明使用EDA算法来解决最优组播树虚拟网络功能部署问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法，在网络组播服务请求到达时，找到一种虚拟网络功能部署方案，使得得到的整个组播网络中服务功能链上的所有节点的节点时延和每条传输路径中的总链路时延之和最小。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种基于分布估计算法的组播虚拟网络功能部署方法，包括

步骤1：输入网络拓扑，构建组播树；