[发明专利]基于用户流传输开销优化的SDN联合路由选择及网络功能部署方法

权利要求书

1.一种基于用户流传输开销优化的SDN联合路由选择及网络功能部署方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：建模用户流业务需求特性，具体包括：令用户流集合F＝{f₁,f₂,...,f_L}，其中，f_l表示第l个用户流，1≤l≤L，L表示用户流数目；T_l和分别表示f_l的流量需求和最小速率需求；设各用户流自源点至目的点传输时需要经过一系列网络功能处理，令Ψ表示网络中需要部署的功能集合，Ψ_l表示f_l需求的网络功能集合，其中，ψ_m,l表示f_l所需的第m个网络功能，1≤m≤M_l，M_l为f_l所需的网络功能数目，令ψ_m,l所需计算能力为F_m,l；设用户流经不同网络功能处理将改变用户流传输流量大小，令δ_m,l∈(-1,1]为f_l经过功能ψ_m,l处理流量变化因子；

S2：建模用户流链路选择及网络功能部署变量，具体包括：令V_i表示第i个交换机，1≤i≤N，其中，N为交换机的数目；令Z_i,j表示交换机V_i和交换机V_j之间的链路，1≤i,j≤N，i≠j；令表示f_l的链路选择标识，表示f_l的第k跳选择链路Z_i,j进行数据传输，否则，1≤k≤K_l，K_l为f_l传输路径的总跳数；令表示f_l的网络功能部署标识，表示f_l的第k跳选择交换机V_i部署网络功能ψ_m,l，否则，

S3：建模用户流传输开销，具体包括：所述用户流传输开销为所有用户流的开销之和，即U＝D^tot+λE^tot，其中，D^tot和E^tot分别表示所有用户流传输的总时延和总能耗，λ为权重因子；

S4：建模用户流传输所需总时延，具体包括：所述用户流传输所需总时延为所有用户流传输的时延之和，即其中，D_l表示f_l传输的时延，建模为

其中，表示f_l在链路Z_i,j上的传输时延，表示f_l在交换机V_i处的排队时延，表示f_l在交换机V_i处执行网络功能ψ_m,l所需处理时延；

所述f_l在链路Z_i,j上的传输时延建模为α_i,j,l＞0，其中，表示f_l的第k跳离开交换机V_i后的流量大小，其计算公式为α_i,j,l∈(0,1]表示f_l所分配链路速率资源标识，R_i,j表示链路Z_i,j的传输速率；

所述f_l在交换机V_i处的排队时延的计算方法为：设SDN交换机处的用户流处理遵循M/M/1排队模型，根据公式β_i,l＞0计算f_l在交换机V_i处的排队时延，其中，μ_i和λ_i分别表示交换机V_i处的业务服务率和到达率，β_i,l∈(0,1]表示交换机V_i为f_l所分配处理资源标识；

所述f_l在交换机V_i处执行网络功能ψ_m,l所需处理时延的计算方法为：η_i,m,l＞0，其中，η_i,m,l∈(0,1]表示交换机V_i处附着的NFV服务器为f_l所需网络功能ψ_m,l分配的计算资源标识，C_m,l表示ψ_m,l所需求的计算资源量，F_i^max表示交换机V_i附着的服务器的计算能力；

S5：建模用户流传输所需总能耗，具体包括：所述用户流传输所需总能耗为所有用户流传输的能耗之和，即其中，E_l表示f_l传输的能耗，建模为

其中，E_i,j表示在链路Z_i,j上传输单位比特流的能耗，表示f_l所需的网络功能ψ_m,l在交换机V_i处执行的能耗；

所述链路Z_i,j上传输单位比特流的能耗的计算公式为：

其中，表示交换机V_i出端口存储且发送单位比特流的能耗，计算公式为其中，表示交换机V_i出端口达到最大传输速率时端口的能耗，表示交换机V_i出端口速率，表示交换机V_i端口速率转换为能耗的权值函数；表示交换机V_j入端口接收且存储单位比特流的能耗，计算公式为其中，表示交换机V_i入端口达到最大传输速率时端口的能耗，表示交换机V_i入端口速率；表示交换机V_j处理单位比特流的能耗，计算公式为其中，表示交换机V_j匹配单位比特数据流的能耗，表示交换机V_j匹配单位比特数据流结束后采取动作的能耗，φ_j表示交换机V_j的存储容量；

所述f_l所需的网络功能ψ_m,l在交换机V_i处执行的能耗的计算公式为其中，表示交换机V_i附着的服务器的基础能耗，表示交换机V_i附着的服务器的峰值能耗，F_i^max表示交换机V_i附着的服务器的计算能力，F_m,l表示ψ_m,l所需计算能力；

S6：建模路由选择及网络功能部署限制条件；具体包括：

所述路由选择限制条件建模为：若V_i＝S_l，则若V_j＝D_l，则其中，S_l和D_l分别为f_l的源交换机和目的交换机；

容量限制条件建模为：

速率限制条件建模为：若α_i,j,l＞0，则

所述网络功能部署限制条件建模为：

资源分配限制条件建模为：

S7：在满足路由选择及网络功能部署限制条件下，以用户流传输开销最小化为目标，优化确定路由选择及网络功能部署策略，即

其中，分别表示f_l传输时的最优路由选择策略，表示f_l传输时交换机处的最优网络功能部署策略，表示f_l在链路Z_i,j的最优速率资源分配策略，表示f_l在交换机V_i处的最优处理资源分配策略，表示交换机V_i附着的服务器处的最优计算资源分配策略，U(·)表示用户流传输开销。