[發明專利]自適應的服務功能鏈并行處理的方法、設備及存儲介質

有效

• 申請號: 202010183805.X
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111404747B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 蔡君;黃忠煒;羅建楨;劉燕
• 申請（專利權）人: 廣東技術師范大學;廣東省星溪智能科技有限公司
• 主分類號: H04L41/122
• 分類號: H04L41/122;H04L41/0823;H04L41/0894;H04L41/12;H04L47/283
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 趙永強

本發明公開了一種自適應的服務功能鏈并行處理優化機制，一種自適應的強化學習方法，根據SFCs與網絡環境的延遲特征，自適應的調整SFCs并行結構與部署、調度策略。首先提出基于裝箱問題(Bin?packing problem，BP)的并行度優化和部署算法，聯合VNFs執行和鏈路傳輸延遲有效調節并行支鏈之間的延遲平衡；然后提出基于Q?Learning的VNFs調度算法，實現多條服務請求的優化調度。本發明聯合VNF的執行延遲以及鏈路傳輸延遲進行優化，以使SFC并行子鏈實現延遲協同，進一步提高SFC并行處理的性能；針對多SFCs的調度問題，提出了基于強化學習的VNFs調度算法，有效降低了服務總延遲，提高服務運營商處理效率和收益。

技術領域

本發明涉及計算機技術領域，尤其涉及一種自適應的服務功能鏈并行處理的方法、設備及存儲介質。

背景技術

在數據中心網、運營商網絡中，為了支持多樣化的應用和用例，需要大規模地部署網絡功能(Network function，NF)，如防火墻，入侵檢測設備，負載均衡器等。傳統上，各種網絡功能由專有硬件設備提供，越來越密集的專有硬件設備部署顯著擴大了基礎設施的安裝和運營成本，減小了服務收益。網絡功能虛擬化(Network function virtualization，NFV)提供了一種高效的解決方案，將網絡功能與功能特定專有設備解耦，并通過運行在通用服務器上的虛擬網絡功能來實現，顯著的降低了部署成本，實現了靈活的功能放置和服務定制。

網絡功能虛擬化(NFV)已經成為未來網路的關鍵技術之一，他為網絡帶來了柔性，低成本，且易于維護和部署的特點。在網絡功能虛擬化中，網絡服務由一系列預先定義的虛擬網絡功能(Virtual network function，VNF)提供，稱為服務功能鏈(Service functionchain，SFC)，傳統上，SFC中的虛擬網絡功能按照特定順序逐個處理，也叫SFC串行處理。然而，隨著未來網絡服務長度和需求多樣性增加，服務功能鏈串行處理模式的延遲將隨著鏈長而線性增加，這對于未來低延遲甚至超低延遲的服務來說是不可接受的，例如無人駕駛，遠程醫療，實時分析任務，在線游戲等。為了減少服務功能鏈處理延遲，SFC并行框架逐漸成為了學術界與工業界的研究熱點，由傳統的SFC串行處理轉向了SFC并行處理架構。

如果以順序方式執行VNF，服務功能鏈的總處理延遲將會隨著鏈長而線性增加，累積的VNF處理延遲可能會導致服務中斷，因此，需要采用網絡功能并行處理方法滿足低延遲約束。SFC并行處理能顯著的降低SFC的長度，并且降低SFC的延遲。但是在SFC并行處理的過程中也面臨著著許多的問題，如VNF的并行性分析依然依賴手工完成，以及不同并行子鏈之間的延遲可能存在的巨大的差異從而導致等待延遲和數據包堆積以及資源浪費，而且盡可能多地并行VNFs可能不會獲得最大的收益，反而會浪費可用的資源。例如，在圖1中，經過依賴性分析后，可以并行執行VNF1，VNF2和VNF3。由于這些VNF的處理延遲不同，因此總處理延遲取決于最長的VNF處理延遲加上并行開銷，圖1的(a)中，VNF1和VNF2的處理時延明顯比VNF3短，當VNF3處理完到達合并節點時，VNF1和VNF2可能已經處理了幾個數據包，將造成數據包堆積現象，并且，在并行處理之前需要將數據包復制后并行的發送到各個并行支鏈，數據包的復制和合并將帶來不可忽略的資源消耗和延遲。所以，在優化SFC的處理機制時，我們不僅要探索VNF之間的并行化可能性，還需要聯合VNF執行時延優化服務功能鏈并行度，協同設計并行支鏈的路由規則，最大程度地減少服務延遲和資源消耗。相反，如圖1的(b)所示，由于的VNF1，VNF2與VNF3處理時延相差較大，可以將VNF1與VNF2串行處理，VNF3單獨并行處理，縮減了兩條并行支鏈的延遲差異，減少了鏈路的占用以及由數據包復制和合并帶來的額外延遲與資源消耗，處理結果與1的(a)是一樣的。

目前，許多研究者已經提出了支持SFC并行處理的架構和方法，但是，目前的SFC并行處理方法仍然存在一些問題。如并行SFC的資源浪費以及并行支鏈延遲難以協同，并且僅針對單個SFC的優化并不能滿足數以千計的服務性能和效率。

發明內容