[發明專利]網絡功能虛擬化環境下的內容交付網絡服務器優化部署方法

有效

• 申請號: 201710270020.4
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107124306B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 孫罡;楊廣華;廖丹;虞紅芳;孫健
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;G06K9/62;G06F9/455
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 周劉英

本發明針對現有CDN副本放置方案的缺陷，提出了一種網絡功能虛擬化環境下的內容交付網絡服務器優化部署方法。本發明利用譜聚類模型，兼顧了物理網絡的數據和拓撲特性。利用底層網絡的拓撲關系以及節點的流量需求建立鄰接矩陣，利用譜聚類算法將物理網絡節點劃分成幾個集合。然后遍歷每個集合中的節點，計算其作為副本中心節點來為集合中其余節點提供內容服務所需成本。選取成本最小的節點，使其作為副本服務器的放置節點，以此來降低成本。

技術領域

本發明屬于網絡技術領域，具體涉及網絡功能虛擬化環境下的內容交付網絡服務器優化部署方法。

背景技術

隨著網絡技術的發展，尤其是移動互聯網技術的快速發展，使得網絡內容從文字圖片內容的傳播逐漸變為視頻形式傳播。這使得網絡流量呈現出爆炸式增長，增大了網絡發生擁堵的可能。網絡的擁堵導致用戶的體驗下降，從而使得內容提供商損失了大量的客戶，盈利減少。

而CDN(內容交付網絡)的發展，使得內容副本服務器可以部署在離用戶較近的邊緣網絡上，使得用戶可以在較短的時間內獲取網絡內容，增加了用戶體驗。如圖一(a)所示為傳統網絡，主要分為三個部件：服務器、通信鏈路和終端用戶。在傳統的網絡中，終端用戶請求服務器內容或服務器為用戶提供服務，要經過的通信鏈路較長。當終端用戶較多的時候，網絡上的流量較大，容易造成擁塞，同時只有一個服務器為用戶服務，也很有可能造成服務器負載過大導致宕機。如圖一(b)所示在CDN網絡中，主要的部件有四個：服務器、通信鏈路、副本服務器和終端用戶。其中服務器是提供內容或者內容更新刪除的源服務器，所有的網絡內容都從此服務器流入網絡。而直接與此服務器相連的是副本服務器，且副本服務器的位置在離終端用戶較為接近。而用戶所需的內容直接由較近的副本服務器來提供服務，無需跨過大量的網絡設備到達原始服務器索取內容。因此可以提高服務質量，減小用戶的等待延遲。而CDN技術中一個關鍵問題就是CDN內容副本服務器的放置問題，現有的副本放置算法都是基于專用的CDN物理服務器來進行部署。而專用的服務器需要耗費大量的人力來部署。同時設備的維護以及更新需要大量的人力物力。老舊設備如果處理不好，也會造成環境污染。同時現有的CDN副本服務器放置算法有明顯的缺陷，不能兼顧底層網絡的拓撲以用戶的請求流量數據來部署。因此及無法有效的降低核心網絡流量，提高用戶體驗。

在現有的CDN副本放置算法的研究中，一種是將CDN副本服務器的放置問題抽象成工廠選址問題。然后利用隨機算法將其進行放置。具體步驟為：首先確定承建CDN網絡的物理拓撲結構，確定各個節點的流量需求以及不同節點間的帶寬；然后在所有物理節點中隨機選取適當的節點來放置副本服務器，計算各個節點到最優(距離最近或負載均衡等度量)的副本中心的成本總和。重復上述步驟10次，取成本總和最小的那次作為最終的解決方案。理論依據證明，在重復10次左右，隨機算法的結果較為穩定，效果較好。但是依然存在以下不足：(1)隨機算法具有較大的波動性，所產生的解決方案具有很大的局限性。(2)隨機算法對物理網絡的拓撲結構不敏感，不能根據不同的網絡拓撲結構進行調整，算法的拓撲敏感性較差。(3)隨機算法對物理網絡的節點流量需求，以及帶寬資源不敏感，不能根據實際的底層網絡需求進行調整，算法的數據敏感性較差。

另一種對CDN副本放置的方式是：基于貪心算法的CDN副本放置方案，利用迭代的思想降低了放置算法的復雜度。算法的具體過程如下：遍歷所有物理節點，計算每個物理節點作為副本中心節點為其他節點服務所消耗的成本總和。選取成本總和最小的節點作為副本中心節點。迭代上述過程，直到所有的節點均放置完成。該放置方案的缺點體現在：(1)貪心算法很容易陷入局部最優解。由于先放置的副本中心對后放置的副本中心具有影響，所以很難得到全局性的最優。(2)貪心算法對底層網絡的數據是敏感的，但對底層網絡的拓撲敏感性較低。

發明內容