[發明專利]基于服務功能鏈的低軌衛星網絡業務傳輸方法與系統

在審

• 申請號: 202310074498.5
• 申請日: 2023-02-07
• 公開（公告）號: CN116318330A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 周海波;秦小寒;馬婷;張欣;劉曉宇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;G06N5/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發明公開了一種基于服務功能鏈的低軌衛星網絡業務傳輸方法與系統，首先引入服務功能鏈表示一體化網絡UD?LTIN的業務模型，定義業務的端到端傳遞時延模型；考慮到多個業務之間對異構資源的共享與競爭關系，將此一體化網絡中的多業務傳輸問題建模為一個非合作博弈，以最小化每個業務的端到端傳遞時延；基于加權勢博弈理論，證明此問題中勢函數的存在性，且存在至少一個純策略納什均衡解；為了得到博弈的均衡解，設計了最佳響應算法和自適應算法。相較于現有低軌巨星座環境中的業務傳輸方案，本發明可以有效降低所有業務的端到端傳遞時延，且在動態網絡拓撲下具有穩定的性能，能夠實現異構物理資源的協調，同時也將保證業務的服務連續性和一致性。

技術領域

本發明涉及超密集低軌衛星-地面一體化網絡的業務管理領域，主要涉及一種基于服務功能鏈的低軌衛星網絡業務傳輸方法與系統。

背景技術

近些年來，各類網絡應用變得越來越復雜，僅依靠地面網絡很難為用戶提供有效、連續的端到端服務。幸運的是，在Oneweb、SpaceX等項目的支持下，未來計劃發射上萬顆低軌衛星，以構建一個超密集的巨型星座，從而提供大容量、高速率、低時延的全球無縫通信服務。結合低軌巨星座的廣域覆蓋能力和地面網絡的強大處理能力，超密集低軌衛星-地面一體化網絡可以支持無處不在的網絡連接，滿足高帶寬低延遲的數據傳輸，是未來6G技術愿景的重要組成部分。然而，由于其高移動性、復雜拓撲結構、大規模等特點，一體化網絡在保證業務端到端傳輸上面臨諸多挑戰。在此一體化網絡中，如何協調異構物理資源，設計靈活高效的多業務傳輸方案，是一個具有挑戰性的問題。

作為未來網絡的一種新范式，網絡功能虛擬化可以實現物理資源的充分靈活共享和業務的快速開發部署，從而靈活地按需提供網絡服務，提高資源利用率。在支持網絡功能虛擬化的一體化網絡中，服務功能鏈是一系列網絡功能實例(如防火墻、負載均衡器)的有序組合。運營商可以根據用戶的QoS需求部署服務功能鏈，在物理節點上放置相應的組成網絡功能實例，從而決定數據流由源端到目的端的路由路徑，保證服務連續性。考慮到不同服務功能鏈的個性化需求和一體化網絡的異構物理資源共享，如何在底層物理網絡中選擇最優的節點來部署網絡功能實例，從而實現滿足多個服務功能鏈約束的部署路徑，成為目前研究的熱點問題。

經過對現有文獻的檢索發現，盛勇等人于2022年5月發表了題為“SDN/NFV網絡中服務功能鏈部署研究”的文章。該文章考慮到網絡服務的動態性，提出了一種基于深度強化學習的自適應服務功能鏈部署算法。該算法采用一種基于圖卷積網絡的新型神經網絡方法以自動提取網絡拓撲的特征，使用深度強化學習方法確定網絡功能實例的放置，并通過一個啟發式算法決定鏈路放置的決策。其結果表明，該方法可以顯著提高服務功能鏈的完成率以及資源利用率。

經過對現有文獻的檢索發現，石尚等人于2021年11月發表了題為“蜂窩移動網絡下服務功能鏈的部署與動態配置研究”的文章。該文章采用混合整數規劃模型，提出了一種基于負載均衡的服務功能鏈部署算法。該算法分為鏈路映射和實例部署兩個部分，其中鏈路映射通過考慮現有物理節點與鏈路的當前負載情況從全局路徑中選擇一條最優鏈路；進一步地，實例部署在此最優鏈路上放置網絡功能實例。其結果表明，該方法可以優化服務功能鏈部署決策，避免網絡資源過載引起的網絡擁塞，從而有效提高網絡的可靠性，減小最大節點負載。

綜上所述，現有工作大多是針對地面網絡設計的。然而，考慮到低軌巨星座的大規模超密集特性、低軌衛星計算資源有限、星間鏈路距離較遠等不同于地面網絡的獨特特點，這些方案不能很好地適用于超密集低軌衛星-地面一體化網絡。此外，由于超密集低軌衛星網絡拓撲結構動態且復雜，多個服務功能鏈在進行網絡功能實例部署時對于物理資源的共享與競爭關系將變得更加明顯。因此，有必要研究一種適用于超密集低軌衛星-地面一體化網絡的靈活有效的多服務功能鏈部署方案，以保證網絡業務服務的連續性和資源利用率。

發明內容