[发明专利]一种虚拟网络功能备份和部署方法

说明书

本发明公开了一种虚拟网络功能备份和部署方法，所述方法包括：步骤1：确定虚拟网络功能的优先级和特殊性，以及服务器的特殊性对考虑备份的VNFE问题的影响，得到部署的原则；步骤2：根据部署的原则，将考虑备份的VNFE问题形式化为非线性0‑1规划数学模型，在满足可用性约束下最小化VNF备份和部署的资源消耗；步骤3：针对上述数学模型，设计启发式算法解决考虑备份的VNFE问题；解决现有方法未考虑VNF和底层边缘服务器的多样性的问题，实现了高可用性和高效率的VNF部署，提高了网络的资源利用率和可用性。

技术领域

本发明涉及网络功能虚拟化研究领域，具体地，涉及一种虚拟网络功能备份和部署方法。

背景技术

近年来，边缘计算已经成为了为移动设备(如手机和物联网设备)提供实时数据处理和存储服务的重要解决方案之一。为了建立城市边缘计算架构，许多边缘计算节点被部署并连接为边缘网络。由于来自终端设备的大量的不同的计算请求，边缘服务器需要提供大量的定制任务的计算服务。网络功能虚拟化(NFV)作为一种能够提高网络的灵活性和可扩展性的技术，可有效的管理大规模和多样化的边缘计算服务。除此之外，NFV也使得网络服务的部署也变得更容易。在NFV中，计算服务被抽象为虚拟网络功能(VNF)，虚拟网络功能部署(VNFE)是建立用于边缘计算的NFV的基本问题。基础设施提供商(InP)将VNF部署到边缘节点，并需要满足服务提供商(SP)所要求的服务等级协议(SLA)。显然，InP想要在一定的物理设备上尽可能多地部署VNF。但是，由于SLA中的可用性要求，部分物理设备需要用于备份VNF，因为如果一个服务器发生故障，所有部署在它上面的网络功能都将不可用。现有的关于可备份的虚拟网络功能部署问题的研究往往忽视了网络功能和底层边缘服务器的多样性。

发明内容

本发明提供了一种虚拟网络功能备份和部署方法，解决现有方法未考虑VNF和底层边缘服务器的多样性的问题，实现了高可用性和高效率的VNF部署，提高了网络的资源利用率和可用性。

现有的关于可备份的虚拟网络功能部署问题的研究往往忽视了网络功能和底层边缘服务器的多样性，而本申请的方法同时考虑到了这两方面，以及一些边缘网络功能具有特定的部署位置限制的要求。具体来说，1)不同的网络功能具有不同的效用，导致它在可用性和资源利用率方面的重要性不同。2)不同的网络功能在部署的虚拟网络中有不同的拓扑位置。如果一个节点比其他节点具有更重要的位置，则备份该节点将花费更少的资源并获得更高的可用性。3)一些边缘网络功能具有特定的位置限制，即要求部署在特定的服务器上，本申请将这种要求转化成网络功能和服务器的特殊性在部署时进行优化。本申请通过量化这些影响并将其纳入算法来考虑网络功能的多样性。

在给定的位置限制和可用性要求的条件下，本申请需要最小化将虚拟节点(v_n)和虚拟链路(v_l)备份、部署在物理设施上所带来的资源消耗。一个VNF代表了某种类型的网络功能(例如database)，而一个虚拟节点是VNF在虚拟网络(VN)中的一个实例，互相之间由虚拟链路链接，C_vn和S_vn分别表示它需要的计算和存储资源的数量。本申请将每条服务链(SC)具有的可用性要求表示为A_sc，每个虚拟节点(v_n)具有的可用性要求表示为A_vn。虚拟链路v_l＝＜v_n1,v_n2＞，V_vl表示它的带宽容量需求，A_vl表示它的可用性要求。在本发明提出的方法中，本申请假设SC中的v_n应该被部署到不同的底层服务器即物理节点s_n上，而且每个原节点最多有一个备份。本申请首先量化VNF和服务器对备份的影响，得到备份和部署的原则；然后将考虑备份的VNFE问题建立为非线性0-1规划数学模型，以最大程度地减少资源消耗并满足可用性约束，此问题是NP-hard的；于是，本申请提出了一种轻量且有效的启发式方法，以便实现高可用性和高效率的VNF部署，其中设计了两种用于VNF和服务器优先级划分的新颖度量标准。本申请最终通过模拟实验实现了启发式算法。