[发明专利]一种空天地一体化场景下的服务功能链动态重构方法

说明书

本发明公开了一种空天地一体化场景下的服务功能链动态重构方法。本发明首先将需要迁移的VNF实例寻找目标节点的过程建模为马尔可夫决策过程，然后，提出基于近端策略优化的深度强化学习框架的服务功能链动态重构方法。为了更好地提取可用资源与资源需求的特征，在神经网络中加入了注意力机制，并利用mask操作过滤无法满足问题约束的动作。本发明提高了服务功能链重构成功率，并维持了较低的迁移能耗。

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体是一种空天地一体化场景下的服务功能链动态重构方法。

背景技术

空天地一体化网络(Space-Air-Ground Integrated Networks，SAGIN)作为一个新兴的网络架构，具有很高的研究价值。SAGIN架构的设计思想是地基网络为基础，天基网络和空基网络作为补充和延伸，为广域空间范围内的各种网络应用提供泛在、智能、协同、高效的信息保障，因此被广泛认为是未来无线通信系统的发展方向。

网络切片作为未来通信的一个关键技术，其核心在于针对不同应用场景的差异执行定制化服务。网络切片通过网络虚拟化(Network Function Virtualization，NFV)技术在通用的物理平台上构建多个专用的、互相隔离的虚拟网络，每一个虚拟网络可以看作是一条服务功能链(Service Function Chain，SFC)，一条服务功能链由多个有序的虚拟网络功能(Virtualized Network Function，VNF)组成。

为了适应未来通信场景，需要考虑到在空天地一体化网络中部署SFC的情况，由于卫星与空中节点可以作为地面节点的覆盖范围、计算资源与通信资源的扩展与补充，将会在服务范围、服务质量(Quality of Service，QoS)等方面更好地为用户提供服务。但是，由于在SAGIN场景中，包含卫星节点与空中节点的网络拓扑会随着时间动态变化，当仍有未结束的SFC使用某个即将离开服务范围的节点上所部署的VNF实例，将会由于节点的离开导致部分SFC中断，除此之外，也存在多条SFC共享一个VNF实例的情况，因此一个实例的迁移将会影响多条SFC的QoS。

综上所述，节点的动态移动给SFC的持续服务带来了巨大的挑战。如果不能根据节点的动态离开对VNF实例进行迁移，则会导致SFC中断，用户无法继续享受服务，运营商的收益也会减少。

目前，已经有一些通过优化不同目标对VNF实例进行迁移的研究。传统基于启发式算法的方法通常在实例资源需求变化或负载不均衡的情况下，逐一计算实例迁移到每个候选节点所引起的负载和时延变化来选择最合适的迁移目标节点，进行VNF实例的迁移，从而均衡负载或减少时延。但是基于启发式算法的大部分研究都没有着眼于节点不可用的情况，并且面对复杂多变的网络环境难以获得理想效果，因此利用人工智能方法实现服务功能链重构更为高效、可行。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供的一种空天地一体化场景下的服务功能链动态重构方法解决了网络拓扑动态性导致服务功能链无法持续服务的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

1)读取当前网络状态和已经离开可见范围的卫星节点上需要迁移的VNF实例的资源需求；

2)将为需要迁移的VNF实例寻找目标节点的过程建模为马尔可夫决策过程(Markov Decision Process，MDP)；

3)提出基于近端策略优化(Proximal Policy Optimization，PPO)的服务功能链动态重构方法解决步骤2)中提出的MDP问题，从而最大化可持续服务的服务功能链数量、最小化时延变化率与网络能耗开销；

4)根据步骤3)中得出的目标节点迁移每个待迁移实例，并更新受影响的SFC的部署决策与时延。