[發(fā)明專利]一種基于耦合帶寬分配并具有時延QoS保障的VNF部署方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111619629.0
• 申請日: 2021-12-27
• 公開（公告）號: CN114258074A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 遲學(xué)芬;趙爽;于寶珠;孫玥鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W28/08
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 郭佳寧

本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于耦合帶寬分配并具有時延QoS保障的VNF部署方法；對物理網(wǎng)絡(luò)進行抽象，獲取待部署的SFC，基于排隊論和大偏差理論，針對到達流量的特性進行資源預(yù)分配；將物理節(jié)點按剩余CPU資源大小降序排序，根據(jù)預(yù)分配的CPU資源和帶寬資源分別篩選候選物理節(jié)點和候選物理鏈路，基于鞅論，估計新流量與候選鏈路現(xiàn)有流量耦合后的耦合帶寬，求解候選鏈路的耦合帶寬增量；求解滿足時延QoS和資源最小占用率的聯(lián)合優(yōu)化問題，得出最優(yōu)的部署方案；本方法能夠根據(jù)業(yè)務(wù)請求的數(shù)據(jù)包到達特性進行資源分配，實現(xiàn)時延QoS保障的同時最小化資源占用率；此外，本方法還能夠充分節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，以更小的消耗實現(xiàn)相同的SFC承載量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于耦合帶寬分配并具有時延QoS保障的VNF部署方法。

背景技術(shù)

隨著近年來5G商用化進程逐漸加快，“低時延高可靠通信”、“大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)”、“移動增強帶寬”三大類應(yīng)用領(lǐng)域逐步豐富，使得業(yè)務(wù)的種類和數(shù)量都急劇增加。為了給多樣性的業(yè)務(wù)提供差異化的服務(wù)，服務(wù)提供者需要靈活地配置網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)資源，來滿足業(yè)務(wù)的QoS(qualityof service，即服務(wù)質(zhì)量)需求。NFV(network function virtualization，即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)和SDN(software defined network，即軟件定義網(wǎng)絡(luò))技術(shù)的應(yīng)用使5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了軟件與硬件解耦、控制平面與數(shù)據(jù)平面解耦，顯著增強了5G網(wǎng)絡(luò)的靈活性，使5G網(wǎng)絡(luò)定制化、可編程化。5G切片技術(shù)借助NFV和SDN，將網(wǎng)絡(luò)中有限的物理資源切割、重組，形成資源池，供切片內(nèi)的業(yè)務(wù)按需調(diào)用，形成邏輯上隔離的切片網(wǎng)絡(luò)，降低了網(wǎng)絡(luò)運營的成本的同時實現(xiàn)了資源的高效利用。

在5G切片網(wǎng)絡(luò)中，各個業(yè)務(wù)請求由多個VNF(virtual network function，即虛擬網(wǎng)絡(luò)功能)組成，形成一條虛擬鏈路，稱之為SFC(service function chaining，即服務(wù)功能鏈)。不同需求的業(yè)務(wù)形成各不相同的SFC，網(wǎng)絡(luò)控制器按照到達網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)請求的SFC進行資源的分配，實現(xiàn)虛擬鏈路到物理鏈路上的映射，為業(yè)務(wù)中到達的數(shù)據(jù)包規(guī)劃出一條合適的物理路徑并劃分其所需的網(wǎng)絡(luò)資源，如CPU資源或帶寬資源，這一過程稱為VNF部署。如何通過VNF部署使得在滿足業(yè)務(wù)需求的同時最大化收益或最小化消耗，一直是5G研究中重點關(guān)注的問題。

通過VNF部署，網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了資源的靈活分配和細粒度的控制。與此同時，5G網(wǎng)絡(luò)對于時延的保障有著較高要求。現(xiàn)有的發(fā)明都是在物理設(shè)施這一層面實現(xiàn)時延的保障，建模單跳時延為資源占用率相關(guān)的函數(shù)，然后對多跳時延進行疊加。現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)注了單跳時延與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)過程的關(guān)系，但業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)到達特性是傳輸過程中至關(guān)重要的一個因素。因此，在VNF部署中，如何針對不同到達特性的業(yè)務(wù)實現(xiàn)時延QoS保障是十分重要的問題。此外，切片內(nèi)的資源被多個業(yè)務(wù)共同占用，如何處理多個業(yè)務(wù)之間的資源占用關(guān)系也是值得關(guān)注的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種基于耦合帶寬分配并具有時延QoS保障的VNF部署方法，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)請求的數(shù)據(jù)包到達特性進行資源分配，實現(xiàn)時延QoS保障的同時最小化資源占用率；此外，本方法還能夠充分節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，以更小的消耗實現(xiàn)相同的SFC承載量。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于耦合帶寬分配并具有時延QoS保障的VNF部署方法，包括以下步驟：

步驟一，對物理網(wǎng)絡(luò)進行抽象，獲取待部署的SFC，基于排隊論和大偏差理論，針對到達流量的特性進行資源預(yù)分配；

步驟二，將物理節(jié)點按剩余CPU資源大小降序排序，根據(jù)預(yù)分配的CPU資源和帶寬資源分別篩選候選物理節(jié)點和候選物理鏈路，具體為：

遍歷物理網(wǎng)絡(luò)中的物理節(jié)點，將其按照剩余CPU資源大小進行降序排序；