[发明专利]一种延迟保证的NFV云平台动态扩缩容方法及系统

说明书

本发明公开了一种延迟保证的NFV云平台动态扩缩容方法及系统，包括：收集NFV云平台的网络配置信息、租户配置信息和运行日志；根据收集的NFV云平台的网络配置信息、租户配置信息和运行日志，利用对数线性泊松自回归模型预测每个租户下一时间段的数据包平均到达速率以进行流量预测，并基于每个租户下一时间段的数据包平均到达速率，使用分类杰克逊排队网络模型分析每条服务链的数据包平均处理延迟；根据流量预测结果以及每条服务链的数据包平均处理延迟，进行NFV云平台的动态扩缩容决策，决策信息包括各类虚拟网络功能实例的部署数量、位置，以及流量转发规则；将所述决策信息翻译为指令并分别发送给NFV云平台的SDN控制器与管控器，来执行扩缩容操作。

技术领域

本发明涉及一种延迟保证的NFV云平台动态扩缩容方法及系统，属于计算机网络领域。

背景技术

计算机网络在人类的生产生活中扮演着重要的角色，是支撑现代社会经济发展和科技创新的重要基础设施。移动互联网、云计算和物联网等新兴网络技术的发展对计算机网络的扩展性、安全性以及可用性等方面提出了新的要求和挑战，未来网络的研究迫在眉睫。

网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，NFV)技术是实现网络虚拟化的重要技术，是未来网络的主流研究方向之一。网络功能是部署在网络中的中间设备(Middlebox)的统称，例如防火墙(Firewall)、入侵检测系统(IDS)、负载均衡系统(LoadBalancer)等。为了提高网络的安全性和可用性，计算机网络中通常会部署一定数量的网络功能设备。然而，在传统网络中，网络功能设备一般以硬件的形态部署于网络中，维护成本高，缺乏灵活性，不能满足虚拟网络的要求。网络功能虚拟化技术通过将虚拟网络功能(Virtual Network Function)软件运行于普通服务器中，实现了更加灵活可控的网络功能部署模式。这种新型的网络功能部署模式具有以下优势：

1)降低用户成本费用，用户采用租赁虚拟网络功能服务的新型部署模式可以降低硬件网络功能采购成本(Capital Expenditure，CAPEX)和维护开销(Operating Expense，OPEX)，根据自身的使用情况，支付服务费用即可；

2)设备升级便捷及时，由于虚拟网络功能部署于通用服务器中，其功能升级操作较传统硬件网络功能更为便捷，诸如防火墙、入侵检测系统等设备的安全漏洞修复更加及时便捷；

3)按需扩/缩容，计算机网络流量往往存在高峰低谷，在传统网络中，一般针对流量峰值部署硬件网络功能，这导致了流量低谷期的性能浪费，虚拟网络功能部署模式则按需扩/缩容，满足处理需求的同时，避免资源浪费。

虽然网络功能虚拟化技术具备诸多优势，但在大规模应用的道路上仍然存在诸多问题。从NFV云服务运营商的角度来看，如何在保证服务质量(Quality ofService，QoS)的同时，最大化资源利用率，降低运营成本，是NFV云服务得以商业化的一个重要难题。然而，网络流量的突发特性是NFV动态扩缩容的一大挑战，无论是过多还是过少地提供云服务资源，都不利于NFV云服务运营商的效益最大化。另一方面，网络延迟是衡量NFV云服务质量的一个重要标准。因为虚拟网络功能部署于通信节点之间，其产生的数据包处理延迟可能会降低用户端到端的通信质量。对于可靠传输协议(比如TCP等)来说，网络延迟可能触发拥塞控制机制，抑制发送方发送速率，降低吞吐量。综上所述，NFV云服务动态扩/缩容主要面临如下三方面挑战：

1)需求估计。首先，网络流量的突发特性是预估云资源需求的一大难点；其次，虚拟网络功能往往以服务链(Service Function Chain)的形式处理数据包，并且，SDN网络中动态的路由规则可能导致针对单节点的需求预测算法失灵；

2)延迟保障。数据包的处理延迟主要取决于服务链上的一组功能各异的虚拟网络功能实例的处理能力。这些虚拟网络功能实例在数据中心里的部署位置也会影响到数据包在服务链上的传输延迟；