CN104468688B - 用于网络虚拟化的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于网络虚拟化的方法和设备。一种用于通过虚拟化网络实体并且在一个或多个服务器上实现网络实体来实现所述网络实体的方法，所述服务器中的每一个用作执行单元，所述执行单元用于在其上执行在所述执行单元上运行的一个或多个应用和/或在所述执行单元上运行的一个或多个虚拟机，在服务器上运行且实现所述网络实体的功能性的至少一部分的所述应用程序或虚拟机中的每一个被称为虚拟网络功能VNF模块，其中，多个所述VNF模块一起实现所述网络实体以由此形成虚拟网络功能VNF，所述方法包括以下步骤：获得指定VNF的所需的总体性能的m个关键性能指标(KPI)；获得可用类型的执行单元的n个性能特性；基于所获得的m个KPI和n个性能特性来确定一个或多个可能的部署计划，每个部署计划指定执行单元的数量和类型，使得在这些执行单元上运行的VNF模块的联合性能实现VNF的所需的总体性能。

Description

用于网络虚拟化的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于实现虚拟化网络功能的方法和设备。
背景技术
存在用于网络功能的虚拟化的现有解决方案。
对于如何定义、部署(deploy)或计算软件的问题的大多数现有解决方案落入可以被标记为硬件遵循软件的类别。这意味着，对于要被安装的一件软件(以本文中所使用的术语，VNF模块)，关于硬件的要求(requirement)被充分指定。WO 2013/043326给出了对于此的示例。模块的描述因此包含关于要求以及关于模块在这样的特定硬件平台上实现的性能的信息。示例是“该模块提供1500个承载(bearer)的处理容量，并且需要Intel Xeon E7处理器和8GB的RAM”。这具有以下缺点：第一，如果硬件提供的资源多于指定的资源，则容量可能被浪费；第二，如果仅有不太强大的硬件可用，则完全不可能在该硬件上安装模块、特别是执行模块。
在US2012/0055398中给出了另一示例，其中，基于可以在云上实例化(instantiate)的VM的类型或性能要求来定义虚拟资源组。提出的云管理系统执行请求与虚拟组之间的映射。然而，这样的发明(仅)考虑单个VM的实例化。
自动地部署一组VM的模板(template)的概念在DevOps(开发和操作)社区中是众所周知的。可以使用工具(比如，Chef(Opscode.Chef.[Online]，可从http://www.opscode.com/chef/.获得)或Puppet(Puppet Labs.Puppet.[Online]，可从https://puppetlabs.com获得))来将整个IT系统配置描述为代码。可以使用这些模板来自动地部署由运行不同应用的不同VM(例如，连接到数据库服务器的web服务器)构成的系统。它们集中于使跨几个VM的软件部署自动化，并且它们对于这些VM提供硬件要求(例如，vCPU的数量、RAM、存储容量)的非常高级别的描述。然而，这些硬件要求是静态的，如果云服务提供商不匹配它们，则部署是不可行的。
因此，本发明的目的是提供可以克服现有技术的缺陷的虚拟化方法和设备。
发明内容
根据一个实施例，提供一种用于通过虚拟化网络实体并且在一个或多个服务器上实现网络实体来实现所述网络实体的方法，所述服务器中的每一个用作执行单元，所述执行单元用于在其上执行在所述执行单元上运行的一个或多个应用和/或在所述执行单元上运行的一个或多个虚拟机，在服务器上运行且实现所述网络实体的功能性的至少一部分的所述应用程序或虚拟机中的每一个被称为虚拟网络功能VNF模块，其中，多个所述VNF模块一起实现所述网络实体以由此形成虚拟网络功能VNF，所述方法包括以下步骤：
获得指定VNF的所需的总体性能的m个关键性能指标(KPI)；
获得可用类型的执行单元的n个性能特性；
基于所获得的m个KPI和n个性能特性来确定一个或多个可能的部署计划(plan)，
每个部署计划指定执行单元的数量和类型，
使得在这些执行单元上运行的VNF模块的联合性能实现VNF的所需的总体性能。
数量m和n可以是1或更大的整数，并且所需的总体性能可以通过KPI指定。
这提供根据新范式“软件遵循硬件”的方法，其中，基于硬件的特性和软件的性能要求来选择软件实现。这允许更灵活的实现，并且避免可能的资源浪费。
根据一个实施例，通过将m个KPI与不同类型的执行单元的n个性能特性设置成关系来确定一个或多个可能的部署计划。
这使得能够可能基于成本(cost)或效用(utility)函数在多个可能实现之中进行选择以选择最有效的一个。
根据一个实施例，确定一个或多个可能的部署计划通过可用类型的执行单元的n个抽象性能特性到在该类型的执行单元上执行的VNF模块所实现的m个KPI的n:m映射来执行。
这允许具体实现如何找到这样的实际实现，该实际实现一方面满足性能要求，而且另一方面基于可用硬件是合适的并且是可能的。
根据一个实施例，确定一个或多个可能的部署计划基于可用类型的执行单元的VNF模块性能信息来执行，所述可用类型的执行单元的VNF模块性能信息通过利用下述方式确定关于某一类型的执行单元的VNF模块性能来获得：将该VNF模块安装在该执行单元上，利用业务产生器(traffic generator)在该模块上施加负载，并且测量能够在不违背对于该VNF模块指定的QoS值的情况下和/或不违背该执行单元的资源限制的情况下实现的KPI。
这是找到部署计划的实际实现的另一方式。
根据一个实施例，所述方法还包括以下步骤：通过将VNF的l个KPI映射到k个链路要求的l:k映射，基于一个或多个互连的VNF模块的拓扑信息并且基于VNF模块的KPI来确定对于链接VNF模块的网络资源(networking resource)的要求。
这考虑了实际实现的拓扑，并且使得能够将网络资源要求考虑到例如成本函数中。
根据一个实施例，所述方法还包括以下步骤：
根据部署计划、对于网络资源的要求以及当前可用数据中心资源来确定指定VNF模块对实际执行单元的分配的一个或多个构造(construction)计划。
这使得能够通过可以实例化的一个或多个可能的部署计划来实际实现。
根据一个实施例，所述方法还包括以下步骤：
评估一个或多个构造计划的效用函数，
其中，效用函数优选地表达数据中心中的VNF的特定部署的电消耗(electricityconsumption)和/或预期成本；
根据效用函数的最大值来选择构造计划。
这使得能够选择最好且最佳的虚拟化实现。
根据一个实施例，所述方法还包括以下步骤：
根据所选择的构造计划来部署单个的VNF模块。
以这种方式，执行实际实现。
根据一个实施例，KPI包括VNF的性能和/或容量，优选地从支持的承载的数量和/或吞吐量和/或流和/或会话方面来指定。
这些是KPI的合适实现。
根据一个实施例，(抽象)性能特性包括硬件性能参数，硬件性能参数优选地被指定为GFLOPS、RAM和/或IO容量。
根据一个实施例，通过一个或多个互连的VNF模块的VNF的可能组成和相应的拓扑信息通过VNF描述模板来描述，所述VNF描述模板优选地被存储在VNF模板存储库中，并且将VNF拓扑描述为节点的互连，而所述互连指定以下中的一个或多个：
链路的多重性(multiplicity)；
相同节点类型之间的互连；以及
不同节点类型之间的互连。
这些是考虑拓扑的VNF描述的实现。
根据一个实施例，VNF描述模板包括表，所述表指定可用类型的执行单元的n个抽象性能特性到在该类型的执行单元上执行的VNF模块所实现的m个KPI的n:m映射，和/或对于链路的l:k映射。
这是使得能够考虑虚拟化的网络要求的特定实现。
根据一个实施例，VNF描述模板包含对于每个VNF模块的二进制软件的多个实例，
其中，对于另一个目标平台(例如，一个用于AMD 32bit，另一个用于Intel64bit，......)编译每个二进制，并且对于目标执行单元选择最适合的二进制。
这使得能够在不同虚拟化平台上的实现之中进行选择。
根据一个实施例，在真实世界工作负载下获取关于抽象性能特性和实际实现的KPI的映射的知识(knowledge)，并且所述知识被用于调整包括在VNF描述模板中的所述n:m映射中所包含的信息。
这使得能够反馈实际实现的虚拟化的性能，并且如果必要可能能够实现适应(adapt)。
根据一个实施例，所述方法还包括：
向VNF通知描述VNF被安装在其上的硬件的性能的一组参数以使得VNF能够适应底层硬件。
并且，如果必要，该反馈机制使得能够实现适应。
根据一个实施例，所述参数包括用于VNF模块被安装在其上的执行单元的参数，以及
描述将这些执行单元和/或VNF模块互连的网络链路的参数。
这些是反馈参数的具体实现。
根据一个实施例，所述方法还包括用于提供对于VNF的要求的接口，其中，这些要求包括以下中的一个或多个：
VNF的类型和它应实现的KPI；
关于VNF要被实例化的地理区域的信息；
将网络中的某一给定节点和新实例化的VNF互连的最大延迟；
对VNF的所需容量的更新请求。
这使得能够实现实现的适应的另一方式。
根据一个实施例，提供一种用于通过虚拟化网络实体并且在一个或多个服务器上实现网络实体来实现所述网络实体的设备，所述服务器中的每一个用作执行单元，所述执行单元用于在其上执行在所述执行单元上运行的一个或多个应用和/或在所述执行单元上运行的一个或多个虚拟机，在服务器上运行且实现所述网络实体的功能性的至少一部分的所述应用程序或虚拟机中的每一个被称为虚拟网络功能VNF模块，其中，多个所述VNF模块一起实现所述网络实体以由此形成虚拟网络功能VNF，所述设备包括：
用于获得指定VNF的所需的总体性能的m个关键性能指标(KPI)的模块；
用于获得可用类型的执行单元的n个性能特性的模块；
用于基于所获得的m个KPI和n个性能特性来确定一个或多个可能的部署计划的模块，
每个部署计划指定执行单元的数量和类型，
使得在这些执行单元上运行的VNF模块的联合性能实现VNF的所需的总体性能。
这提供用于网络功能的虚拟化的设备。
根据一个实施例，所述方法还包括一种设备，该设备还包括用于执行根据本发明的实施例的一个的方法的步骤的一个或多个模块。
根据一个实施例，所述方法还包括一种计算机程序，该计算机程序包括当在计算机上执行时使得所述计算机能够执行根据本发明的实施例的一个的方法的计算机程序代码。
附图说明
图1-图13示意性地示出本发明的实施例。
具体实施方式
在描述本发明的实施例之前，首先定义以下描述中所使用的一些术语。
CMS：云管理系统；包括用于管理云环境中所包含的物理资源以及在这样的基础设施的顶层运行的逻辑(虚拟)机实例的工具和方法。
KPI：关键性能指标；用于评估特定网络功能活动的成功的一种性能度量。
NCP：网络配置平台：管理虚拟化网络功能的虚拟化特定方面的网络操作和管理系统。
NFV：网络功能虚拟化；通过使用虚拟硬件抽象使网络功能与它们在其上运行的硬件分离的原理。
NMS：网络管理系统；包括用于配置并监视由单个网络元件组成的网络的工具和方法。
OSS操作支持系统：电信服务提供商所使用的计算机系统，该计算机系统提供用于维护网络库存(inventory)、供应(provision)服务、配置网络组件以及管理故障的支持处理。
VM：虚拟机；执行程序的机器(比如，物理机器)的软件实现。
VNF：虚拟化网络功能；已虚拟化并且可以作为网络服务提供或者成为由一组虚拟化网络功能和/或非虚拟化网络功能组成的服务的一部分。
以下，将通过示例性实施例来描述本发明。
本发明的实施例考虑网络功能(比如，3GPP演进分组核心(EPC)服务网关(S-GW)或移动网络的防火墙)被虚拟化并且在商用现成(COTS)的IT服务器上实现的场景。以下，这样的功能将被称为“虚拟化网络功能(VNF)”。图1中示意性地示出了“S-网关”被虚拟化的虚拟化场景。它示出了集群S-GW可如何由安装在不同的IT服务器上的多个元件组成。对于外界，该集群看起来像单个S-GW。
可以假定，单个虚拟S-GW将在一批采用如图1中所示的集群架构的IT服务器上实现。整个集群对于外界表现为单个S-GW。每个IT服务器托管可以被实现为服务器上的应用或者如该图中所示的那样在虚拟机(VM)内实现的这样的虚拟化网络功能的一个(或多个)模块。这些模块中的每一个被称为VNF模块。
作为这样的架构的示例，可以考虑由“负载均衡器”VNF模块和“承载处理”VNF模块组成的S-GW(参看图1)。负载均衡器可以根据传入的数据包的隧道ID来对这些数据包进行分类，并将它们转发给负责的承载处理VNF模块。承载处理模块进行S-GW中所必要的所有计算和隧道处理。利用这样的架构，集群的容量可以通过添加或去除承载处理模块来容易地扩展(scale)，而对于外界，整个系统表现为单个S-GW。
根据本发明的实施例的VNF由包含以下元素的VNF描述模板来定义：用于VNF模块的软件、关于软件安装的信息、要被使用的硬件的性能特性(例如，在稍后解释的m:n表中表达)、以及关于模块要如何被互连的拓扑信息。所谓的网络配置平台(NCP)然后负责基于先前的模板来计算VNF的实际部署。然后将这传送给执行计算云中的嵌入(embedding)的云管理系统(CMS)。
通过本发明的实施例，解决可如何计算VNF的实际部署的问题。详细地，按照硬件异构问题来解决这个问题。因为由于连续升级和替换，实际数据中心包含多种类型的具有非常不同的性能特性的服务器，所以引起这个问题。如果VNF要被安装在这样的数据中心中，则必须满足在VNF描述模板中对于不同软件模块指定的要求，以便实现所指定的性能。因此，为了计算VNF的实际实例，必须找到满足或过满足(over-fulfill)模板对于不同模块给予的规范的合适硬件。如果所指定的硬件不可用或者仅具有更高性能的硬件被安装并因此容量被浪费，则这可能会成为问题。
根据一个实施例，解决方案包括获得指定VNF的所需的总体性能的一个或多个m个关键性能指标(KPI)。这可以作为要求被一些网络运营商定义。然后，获得可用类型的执行单元的n个性能特性。这n个性能特性可以由已调查可用执行单元(即，例如在云中可用的机器)的性能特性的虚拟化环境的提供商/供应商提供。性能特性和KPI于是形成“部署计划”的基础，所述部署计划以这样的方式指定虚拟化的实际部署的执行单元的数量和类型，即，在这些执行单元上运行的VNF模块的联合性能基于KPI和n个性能特性，使得在这些执行单元上运行的VNF模块的联合性能实现KPI定义的VNF的所需的总体性能。
本实施例因此基于KPI(其来自网络运营商的要求)和性能特性生成可以例如由云管理系统实例化的“部署计划”。
为了这个目的，实施例可以包括VNF描述符或VNF描述模板，其对照KPI来“映射”可用硬件(例如，GFLOPS、RAM等)的硬件性能参数。这样的VNF描述符映射可以由虚拟化服务的供应商提供。
基于从虚拟化请求接收的KPI和VNF描述符，然后根据一个实施例可以执行对照硬件的性能特性映射KPI的“映射”。这可能导致多个可能的映射，每个映射然后导致可以被云管理系统实例化的可能的部署计划。
根据一个实施例，该方法适合于并行地处理多个独立的网络连接(对于被称为承载的S-GW的情况)的VNF。注意，针对虚拟化所讨论的大量功能，比如，EPC节点、防火墙或宽带远程接入服务器(BRAS))落入这个类别。
连接的数据包的处理需要可用资源(例如，RAM、CPU周期、网络容量)的某一部分。VNF模块因此不对单个整体工作负载进行处理，而是对一批更小的工作负载，连接进行处理。我们利用工作负载的模块化(modularity)来通过在部署时计算VNF模块处理的连接量来使该量适应可用硬件。为了实现对于VNF请求的总体性能，VNF模块的数量然后被相应地扩展。
为了这个目的，本实施例由三个组成部分构成：
1.基于客户或操作支持系统(OSS)请求实现可部署VNF模板或VNF部署计划所需的处理。该处理考虑被请求的应用层性能(KPI)和可用硬件资源(性能特性)。现有方法需要搜索适合于软件的预定义要求的合适硬件并部署预定义拓扑。与此相反，所提出的方法使VNF—模块的数量及其拓扑—适应可用硬件。
2.提供n个硬件性能参数(例如，GFLOPS、RAM、IO容量)到m个应用级关键性能指标(KPI)的映射的VNF描述符中的多维表，KPI比如例如所支持的承载的数量和以Gbps为单位的目标吞吐量。这允许以抽象的方式描述硬件与所实现的性能的关系，并且使得所概述的软件对于可用硬件的适应更容易、更灵活。
3.实现实际计算和嵌入所必要的步骤和消息流程。
这样的方法具有以下优点：
它通过使VNF部署适应可用硬件来利用存在于数据中心中的硬件异构，因此改进总体的资源使用。
由于该方法使VNF模块处理的连接量适应可用硬件，所以在传统方法不能提出解决方案的情况下，例如对于硬件不提供传统指定的VNF将请求的大量资源的情况，还可以创建嵌入。
利用VNF描述符模板中的将资源(性能特性)映射到所实现的性能(KPI)的多维表的设计，对于尚未被VNF的供应商测量的服务器配置，能够计算嵌入。因此，VNF部署更灵活，更有前瞻性。
该方法的间接方面是当NCP(稍后将进行描述)执行虚拟化特定管理任务时重复使用OSS(也将稍后进行描述)的能力。
因为这使对于遗留(legacy)OSS的改变最小化，所以这节省成本。
现在将更详细地描述一些进一步的实施例。
1.1系统架构
图2中示出了总体系统架构，连同相关元件之间的参考点。第一个元件是操作支持系统(OSS)100。它负责网络供应服务、配置并且管理网络组件、以及账户维护和计费。当前OSS/BSS不知道虚拟化。为了供应多个虚拟网络功能400，OSS与网络配置平台(NCP)200进行交互。除其它操作之外，NCP负责计算VNF部署、触发部署以及管理总体虚拟化生命周期。在该架构中，引入了两个新的实体：NCP云代理203，其在物理上可以与云管理系统(CMS)301位于同一位置；以及NCP网络代理204，其在物理上可以与传输网络管理系统(NMS)302位于同一位置。这些代理执行NCP相关的动作和计算，这些动作和计算需要关于网络和云中的硬件资源使用的最新信息。应当注意，NCP也可以被看作包括元件200、203、204的单个实体。
VNF实例400由一个或几个VNF模块401组成，并且这些模块被实现为几个软件或虚拟机镜像(image)402。在该特定实施例中，我们示出了一个示例，在该示例中，VNF 400由两个VNF模块401组成，这两个VNF模块401被容纳到两个各自的VM 402中。为了实现所提出的解决方案，NCP与云和网络管理系统进行交互。CMS 301负责通过接口106管理云303中的物理和虚拟基础设施资源，其可以包括计算、存储和云内(intra-cloud)网络连接资源。涉及多云环境的VNF的实例化还需要来自NMS 302的帮助，NMS 302能够通过接口107管理将这些云互连的传输网络304的连接性。最后，VNF描述模板201被存储在NCP具有写入和读取权利的数据库202或数据存储库中。
1.2模板和处理
为了实现虚拟化的实际实现，计算适应可用硬件资源的VNF部署。在概述该处理之前，首先描述该实施例中所使用的模板的类型。
1.2.1模板类型
VNF描述模板：该描述模板提供VNF的抽象描述，并且包含关于如何实现VNF、其要求、依赖于所提供的硬件资源可以实现的性能量等的信息。它不能被直接实例化，而是需要适应手边的硬件以及请求的性能。
VNF构造计划：该构造计划是在计算最终的部署模板时所使用的临时模板，并且它是VNF描述模板与从用户/OSS请求接收的输入参数和要求(KPI)、以及中间NCP(和NCP代理)计算的组合的结果。
VNF部署模板：该部署模板是VNF模板计算的结果，并且它包含云管理系统可处理以便实现物理资源的实际实例化并分配软件和/或VM镜像的信息。
1.2.2构造计划计算
图3示出了根据一个实施例的硬件可适应的VNF实例化处理。它通过从OSS接收VNF请求600开始。该请求确定要实例化的VNF的类型，并且包含用于该功能的多个关键性能指标(KPI)。NCP从VNF模板存储库202查找正确的VNF模板201。基于其中所包含的信息，例如，基于硬件架构或其它类似参数，并且基于来自数据库611的关于不同的可用云和网络的信息，在步骤610中，NCP选择候选云和网络，并且相应地划分(split)计算和网络资源请求。如步骤612中所示，该信息然后被恰当地分发给所选NCP代理。在步骤620中，NCP代理203然后负责计算请求资源的适当嵌入。注意，在步骤620中，执行VNF对于可用硬件的适应，稍后对此进行详细概述。
如步骤650中所指定的，物理资源映射计算的结果可能失败或成功。如果映射不成功，则可以撤回请求，并且通知NCP 651。如果成功，则将构造计划652存储653到临时存储库654中，并且预订(book)655用于该请求的资源，以便避免未来与其它请求的预留(reservation)冲突。如步骤656中那样，向NCP通知关于操作的结果，并且NCP然后可以决定(在步骤S610中请求的)不同云采取不同嵌入提供(offer)中的哪个，例如，通过最大化某一效用函数或者选择具有最低成本的提供。然后，通过使用提供的CMS/NMS接口，NCP代理执行所需命令以在所选的云或传输网络中创建所请求的虚拟资源。
图4示出了根据一个实施例的VNF构造计划(或VNF部署计划)计算620的详细描述。如以上所概述的，该处理的输入是具有KPI的列表的请求600和VNF描述模板201(“性能特性”)。
根据一个实施例，请求600应至少包含关于以下方面的信息：
-要被实例化的VNF的类(class)/类型(type)，例如，新的符合3GPP的服务网关(S-GW)。
-多个KPI，即所需的性能和/或容量。
这样的请求的示例可以指定请求的S-GW必须能够每秒处理10k个承载并且提供50Gbps的峰值吞吐量。
根据一个实施例的请求600的附加参数(其也可以被称为“KPI”)是：
-约束：
1)对于弹性的约束，指定S-GW应具有大约99,999％可用性的弹性水平；
2)对于S-GW的地理位置/区域的约束；以及等等约束。
-应帮助更好地定义从VNF描述符模板存储库选择的VNF的其它参数。
然后NCP代理203在计算中执行以下步骤：
1.NCP云代理检查什么类型的服务器是可用的，并且确定这些服务器提供的硬件资源。通过使用来自VNF描述模板的提供硬件资源到KPI的映射的多维表(其根据特定实施例在章节1.4中更详细地描述)，它在步骤621中计算每种类型的服务器对KPI贡献多少。这通过简单的表查找来进行，即，查询最接近并且小于硬件提供的值的值，如此导出每服务器的KPI。
2.对于每个服务器类型，然后如步骤622中那样，NCP计算并产生部署计划，即，它计算多少个VNF模块需要被实例化以达到总体请求的KPI。
3.如步骤623中所示，基于VNF描述模板中所包含的VNF模块的拓扑信息，NCP C-代理首先计算该VNF的拓扑。然后，它导出用于不同VNF模块之间的链路的参数。在知道某一模块并因此服务器处理多少个连接之后，能够确定每个模块产生和消耗的业务量，并且通过此适当地测出链路的规格(dimension)。
4.此后，如步骤624中那样，NCP代理通过考虑当前可用数据中心资源来计算数据中心中对于该拓扑的实际嵌入和构造计划625。
5.在最后的步骤626中，例如通过对该部署的电消耗和预期成本进行求和来计算嵌入的“效用”/成本。
6.结果是VNF构造计划652，其包含关于在云数据中心中嵌入该VNF的成本(或函数效用)的信息。
1.3 VNF描述模板
在VNF描述符模板202中描述VNF应看起来如何，即，该模板描述VNF。VNF模板对VNF在预先部署时以及在运行时期间的逻辑行为进行建模。
也就是说，根据一个实施例，模板既定义如何在拓扑、可管理性和要求方面定义VNF，而且一旦被实例化，它还定义在运行时期间可以通过其操作VNF的机制。可以存在实现同一VNF的多个模板，例如，对于不同发布版本或测试模块配置。VNF描述符或描述模板可以由VNF的供应商/实现者与相应的软件包一起提供。以下，将集中在与提出的硬件适应性相关的VNF描述模板的方面。
根据一个实施例的VNF描述模板包含以下属性：
-模块。它定义构成VNF的VNF模块401。例如，3GPP S-GW VNF可以由三个模块组成：负载均衡器、承载处理器和隧道封装单元。VNF由单个模块组成也可能发生。模块信息参照编译的程序和/或虚拟机镜像。此外，注意，在已经部署的VNF中，每个模块可以被多次实例化。
-组成。该属性定义VNF模块的互连，即，特定模块附连的输入和输出VNF模块。它可以被表示为顶点(模块)和边缘(模块之间的网络链路)的图。作为示例，考虑S-GW VNF的组成：连接到1:k拓扑中的k个承载处理器的负载均衡器，k个承载处理器连接到k:1拓扑中的隧道封装单元。该序列意味着承载的输入是负载均衡器的输出，承载处理器的输出是隧道封装单元的输入。在一个实施例中，VNF组成不是静态规范，而是允许有不同多样性，例如，通过将一个或多个承载处理模块连接到单个负载均衡器。
-弹性。为了弹性的目的，该属性提供除了VNF组成之外的附加信息。特别地，对于包括VNF的VNF模块中的每一个，它详述如何提供弹性(什么模型，例如，主动(active)-备份或主动-主动配置)。尤其是，这应包含确定应将备份模块部署在哪里的有用信息，例如，为了不与主要和工作模块共享特定物理资源。弹性配置具有关于总体VNF模块计划、放置和互连性的寓意(implication)。
-资源。该属性提供关于基于所提供的硬件资源不同组件可实现的KPI的信息。将在以下章节1.4中详细描述它的实施例。
-版本。该属性定义关于VNF的软件或虚拟机镜像版本的信息。
1.4资源：(VNF描述模板的)KPI映射表
如以上所概述的，某些模块实现的性能取决于所提供的硬件。该关系在VNF描述符模板的资源参数中被指定为多维表。注意，这完全颠倒了现有范式“硬件遵循软件”：代替对于模块给予硬件要求，提供基于所提供的硬件资源计算模块实现多少性能的手段。
资源：KPI表提供n个硬件性能参数(例如，GFLOPS、RAM、IO容量)到m个应用级关键性能指标(KPI)的映射，KPI比如所支持的承载的数量和以Gbps为单位的目标吞吐量。图5中示出了该概念的虚拟化示例(利用2:1映射)。
映射表将避免定义特定资源，比如，CPU架构和版本(例如，它是Intel i5处理器，还是Intel i7处理器)，而是使用抽象参数，比如，GFLOPS、RAM、第1级高速缓存量等等。例如，这样的抽象允许还对于在创建相应的VNF和映射表时不存在的新处理器计算嵌入。
另一方面是下述事实：根据一个实施例，NCP可存储映射表，并且一旦VNF被部署就调整所包含的值。以这种方式，可以在NCP中实现获取关于实际资源的知识的自学习特征：模块在真实世界工作负载下实现的KPI映射。因为因特网中的业务量趋势非常快地改变，并且由于此，模块性能可能会改变，所以这可能是重要的。
作为示例，可以考虑由于更大量的视频消耗而发生的平均数据包大小的改变。VNF模块因此可能需要较少的CPU资源来处理相同量的Gbps，因为它仅需要处理数据包头，并且它们的数量在这种情况下减少。
为了这个目的，NCP可因此存储映射表的副本，并且组合来自CMS(其提供关于硬件侧的信息)和VNF本身(其提供关于应用级参数的信息)的关于模块的性能的反馈。为了根据620计算嵌入，NCP可因此使用来自所存储的表的更新值，而不是供应商的VNF描述模板提供的值。
1.5数据结构
根据一个实施例的处理VNF模板并且计算VNF部署模板的方法使用两个主要数据库和/或存储库。第一个数据库是VNF描述模板存储库202。存储库列出了NCP能够实例化的描述模板。
对于该存储库执行查询，并且查询可以基于一个或几个参数。例如，对于VNF的查询可以指定符合特定标准的特定VNF供应商。表1示出了VNF描述模板存储库的实现示例。
表1：VNF描述模板存储库的格式示例
条目 类型 供应商 版本 标准
001 S_GW 供应商1 1.0.0 3GPP Rel.10
002 S_GW 供应商1 1.1.0 3GPP Rel.12
003 防火墙 供应商2 0.9.0 N/A
004 MME 供应商3 2.0.0 3GPP Rel.12
... ... ... ... ...
第二个数据库包含关于物理资源611的信息，例如参见表2。
表2：NCP云和网络资源数据库的示例
ID 类型 位置 管理系统 资源表指针
0x01 云 位置1 IP地址#1 表指针1
0x02 云 位置2 IP地址#2 表指针2
0x03 网络 位置1、2、4 IP地址#3 表指针3
... ... ... ... ...
NCP知晓几个云和网络资源域。然而，细节程度低，并且仅包含关于可用资源的库存的汇总信息(summarized information)，例如，某一云中可用的服务器的类型。存在从表2链接的这样的云和网络资源描述的特定表，表3和表4中示出了该表的示例。
表3：NCP云资源表的格式示例
类 类型 子类型 容量 使用率
计算 CPU IA64 X GFlops 60％
存储 易失 RAM Y GBytes 40％
存储 永久 SSD 3 Z TBytes 30％
计算 CPU i7 X2 GFlops 20％
... ... ... ... ...
表4：NCP网络资源表的格式示例
为了在620中计算VNF构造计划，NCP还需要访问云本地资源数据库640。该数据库包含关于当前数据中心中的准确负载情况的最新信息，即，哪个服务器被使用，哪个服务器是空闲的，网络负载是什么，等等。该数据库可以与CMS用于控制云的数据库相同。注意，对于被实现为实际嵌入的目的，读取访问是足够的，或者将经由CMS执行执行单元上的实现。因为数据库对于数据中心是局部的(local)并且其内容频繁更新，所以提出了与用于获得对最新信息的直接访问的CMS/该数据库搭配(collocate)的NCP C-代理的概念。表5中示出了示例。
NCP C-代理需要关于资源的抽象的信息，例如，特定CPU型号提供多少GFlops。这可以包含在该表中，或者它可以被存储在其它地方。
表5：NCP C-代理云资源表的格式示例
1.6 VNF实例化流程图
图6示出了用于初始化虚拟化网络功能400的序列的示例，虚拟化网络功能400由在至少一个VM 402中运行的至少一个VNF模块401组成。在步骤S101中，操作支持系统指示网络配置平台建立新的VNF。该步骤包括建立(SETUP)请求消息600的OSS-NCP接口上的发送。该消息包括关于，但不完全，以下方面的信息：要建立的网络功能的类型、网络功能的期望容量、来自OSS的登录凭证、以及至少包括地理位置数据的要求。当接收到建立消息600时，NCP(200)对该消息进行处理。在步骤S102中，NCP加载来自存储库(202)的对于先前消息中请求的VNF的类型的适当的模板201。基于在建立消息中OSS表达的要求和容量以及模板数据，如步骤S102中那样，NCP计算候选云。
下一个步骤涉及将配给(QUOTE)消息发送到所选的云，并且特别地，发送到相应的NCP C-代理203。当接收到配给请求时，如步骤S104中那样，代理可以通过咨询(consult)CMS来执行云中可用的资源的按需更新。在该可选步骤(即，代理也可以运行周期性更新)之后，如步骤S105中所示的那样，它执行过程620以与可用云资源上的VNF嵌入的效用成本一起计算构造计划。为了避免对于后续请求的冲突，代理进行嵌入计算中所计划的资源的预留S106。
然后，如步骤S107中那样，与VNF嵌入的结果一起代理将消息发送回主NCP。接着，在步骤S108中，NCP可以检查至少来自一个NCP代理的云和网络资源配给，并且选择最终将在哪里实例化VNF。因此，它将V-建立(V-SETUP)消息发送S109到所选的代理。如步骤S110中所指定的，这些可能必须根据相应的CMS接口API运行特定VNF部署模板转化(translation)。
此后，如步骤S112中所示，部署(DEPLOY)命令S111被发送到CMS，其为新的VNF 400分配物理和虚拟资源。在从CMS接收到确认(参见OK消息S113)之后，代理存储VNF部署，并且根据步骤S114、S115、S116和S117运行对于VNF的任何特定VNF虚拟配置。
VNF实例化的最后步骤包括从NCP代理到NCP的V-建立应答(acknowledge)(参见步骤S118)，NCP然后可以存储实例化的结果S119。一旦所有这些步骤都已完成，在步骤S120中，NCP将建立完成(SETUP-COMPLETE)消息发送到OSS以通知网络功能的部署和启动已完成并且它从现在起应由OSS操作管理。
1.7接口
在所描述的实施例中，使用以下接口(参看图2)：
-NCP C-代理到CMS(108)：该接口使用现有命令来使用云管理器部署和实例化虚拟机。现有的云管理系统(例如，OpenStack、Amazon的EC2等)已经提供使得能够进行虚拟机的实例化和管理的应用程序接口(API)。
-NCP N-代理到TMNS(109)：该接口使用现有的API来访问全网络管理系统，并且用于请求网络上的连接。与传输网络资源的管理相关联，接口109既不请求保护，也不在本发明中进行描述。这样的接口被更多特定的元件管理协议使用以配置网络元件，例如，交换机、路由器等。
-OSS-VNF(102)：该接口在当前用于管理基于硬件的网络功能的网络管理接口和元件上应保持相同(或在很大程度上基于它们)。该接口主要用于管理网络管理所执行的逻辑服务，即，特定功能管理参数。
另外，提供以下的新接口/对于现有接口的修改：
-OSS-NCP(103)：经由该接口，OSS从NCP进行关于VNF的生命周期的请求。示例是新VNF的实例化、或者更新VNF容量(例如，增大/减小S-GW可处理的承载量)。新参数可以如下：请求(S101)至少包含KPI(例如，承载量和汇总负载)以及安置VNF的位置(地理位置或在网络延迟方面的位置)。
-NCP-VNF(111)：将NCP与VNF的虚拟化管理逻辑互连(例如，管理VNF的其它模块的特定VNF模块)的新接口。经由该接口，NCP向VNF及其模块通知其虚拟化环境(即，“VNF模块到硬件平台”的映射)以计算可以分配给该模块的会话的最大量。
-NCP-NCP-C代理(104)：配给请求(S103/612)包含要被实例化的VNF描述符模板以及请求参数(来自OSS的KPI)。回复消息提供成本，分别地，将VNF嵌入在被发送该请求的云中的效用以及配给多长时间有效的计时器。
1.8示例用例
以下，将描述本发明的实施例的可能用例。
1.8.1单级(single-level)负载均衡器
第一个用例是图7中示意性地示出的用例。在该架构中，VNF负责对一定量的业务进行处理，并且对于外界，VNF的细节隐藏于用作单个入口点的负载均衡器的后面。该图的左侧示出强大的服务器可用的情况下的部署：仅需要几个处理节点。该图的右侧示出具有较少处理资源的服务器：在这种情况下，将通过所描述的计算和信令对多得多的处理节点进行实例化，以便实现总体相同的性能。
1.8.2多级负载均衡器
图8中的实施例示出了可以如何组合具有不同能力的装置并且计算适当的扩展。这里，还描绘了多个处理节点要被部署在数据平面负载均衡器后面的场景，但是现在集中于负载均衡器。
数据平面负载均衡器应能够根据源IP地址、目的地IP地址、输入端口和输出端口的四元组来转发数据包。
在该图的左侧概括的情况下，能够保存所请求量的条目并且还能够每条目匹配四个协议字段(field)的单个交换机(例如，OpenFlow交换机)是可用的。因此，单个交换机作为数据平面负载均衡器是足够的。该图的右侧示出了当这样的强大交换机不可用时的情况。
在这个示例中，存在可用的多个小交换机，这些小交换机可以匹配所请求的四个协议字段，但是不能保存如此多的条目，或者存在可以保存所有条目、但是不能匹配所有协议字段的单个交换机。在这种情况下，通过对于可用硬件的部署适应，然而能够计算将单个大、字段匹配少的交换机与多个可以匹配所有请求字段的小交换机组合的嵌入。
应注意，对于实施例的这样的计算，VNF描述模板应包含关于可以如何执行这样的适应的信息，即，它应包含关于不同的可能部署选项的信息(选项1：匹配所有字段的单个大交换机；选项2：与可以匹配所有字段的多个小交换机配对的、匹配所有字段的子集的单个大交换机的分层部署)。
1.8.3扩展控制平面
图9中给出了第三个应用示例。这里，OpenFlow(OF)交换机的网络应由适当规格的控制平面(C-平面)控制，所指定的KPI是它每秒可处理的消息量。除其它方面之外，服务器处理这样的消息的能力与其CPU速度和其网络接口的速度相关。在单个服务器不提供足够的CPU或接口速度的情况下，VNF描述模板指定一个或多个附加服务器要被组合，并且它们之间的附加协调通道(coordination channel)要被建立以允许它们例如交换网络拓扑信息。在该图的左侧，示出了具有单个强大服务器的情况。右侧示出了组合多个不太强大的服务器的部署。
在已描述了几个相当详细的实施例之后，现在将示出一些更基本的实施例和它们后面的推理。
首先，图10在上部分示出了“旧方法”，该旧方法基于“硬件遵循软件”范式，例如，通过声明需要用于负载均衡器的具有4 GB RAM的E7 CPU、以及用于承载处理的具有16 GBRAM的E5 CPU。基于此，旧方法将实现虚拟化。
以下所示的“新方法”考虑“性能特性”，例如，E5可以以每秒5 Gigabits对500个承载进行处理，E7可以以10Gbps对1500个承载进行处理。用KPI指示可用硬件的性能的该“性能特性”允许选择更灵活的虚拟化，而且该虚拟化对于优化是开放的。
图11更详细地示出了该方法然后可以被如何实现。基于S-GW对于10.000个承载的要求(例如，来自网络运营商)，NCP查找可能的VNF描述及其相应的KPI。这导致两种可能实现，基于基于可用硬件的VNF实现的性能特性，“上面的实现”需要七个服务器，下面的实现需要20个服务器。
然后还考虑不同实现的相应网络拓扑。在上面的实现中，存在负载均衡器到承载处理的1:7映射(因为七个服务器)，在下面的实现中，存在1:20映射。
基于实际嵌入的网络拓扑，上面示例中的具体实现比下面示例更“分布”(distribute)(参看图11的上部中比下部中更分布的VNF)，从而导致需要更多的网络资源。这然后可能负面地影响虚拟化供应商所计算的“成本函数”，使得在图11的示例中在成本函数方面更有利的嵌入是下面的示例。
图12示出了根据本发明的计算流程的另一实施例。输入所请求的性能(KPI)以及具有其将硬件参数映射到KPI的“性能特性”的可用硬件，并且计算必要模块的数量。然后，考虑拓扑，并且计算具有相应的网络要求的嵌入。然后，最后，对于各种可能的嵌入计算成本函数，并然后选择和实现最有效的一个。
图13示出了一个实施例，根据该实施例，向VNF模块“通知”其资源，例如，其节点特性和其网络特性。在该实施例中，左侧所示的VNF实现负载均衡器，而右侧的VNF实现承载处理。在该实施例中，在VNF被实例化之后，向它通知已经分配给它的资源，以便正确地测出转发给每个VNF模块的负载的大小。这可以被分解为“计算”(向VNF通知分配给不同VNF模块的硬件资源)和“网络”(向VNF通知为互连VNF模块而预留的链路的参数)。
图13中示出了示例，这里，NCP向VNF通知链路C具有比链路A和B小的容量(因此，VNF最有可能还将较小的负载分配给经由C附连的节点)。可以假定，每个VNF具有接收该信息的专用“VNF管理器模块”。
根据一个实施例，提供以下接口：
NCP-VNF(111)：将NCP与VNF的虚拟化管理逻辑(例如，管理VNF的其它模块的特定VNF模块)互连的新接口。经由该接口，NCP向VNF及其模块通知其虚拟化环境(即，映射“VNF模块到硬件平台”)以计算可被分配给该模块的会话的最大量。
经由接口111，NCP向VNF管理模块通知已经分配给其VNF模块的资源。
●在计算资源方面，该信息可以是CPU单元的数量、CPU单元的类型(虚拟/物理)、CPU标志(flag)、CPU高速缓存大小、CPU频率、CPU型号、CPU架构(32/64位)、易失存储器(RAM)的量、网络接口卡型号......
●在网络资源方面，该信息描述将VNF模块互连的链路的详情：链路带宽、链路延迟、弹性、业务损失......，但是还可以包含如何使用链路的信息，例如，在所发送的数据包中设置哪些头标志，或者哪些地址空间可以被使用(以及哪些不可以被使用)。
OSS-NCP(103)：经由该接口，OSS从NCP进行关于VNF的生命周期的请求。示例是新VNF的实例化、或者更新VNF容量(例如，增大/减小S-GW可以处理的承载的量)。该实施例中的新参数可以如下：请求(S101)至少包含KPI(例如，承载量和汇总负载)以及要安置VNF的位置(地理位置或在网络延迟方面的位置)。
以下，将描述根据一个实施例的l:k映射。
如例如图7中所示，就负载均衡器的不同实现而言，用于链路的资源量还取决于所计算的拓扑以及链路互连的VNF模块的支持KPI的量。
在示例中，对于“大服务器”示例(具有较少链路的示例)，这通过较粗的线来可视化：单个链路需要比“小服务器”示例(图7的右侧的一个示例)中的链路更多的带宽。
为了描述VFN描述符模板中的VNF拓扑，根据一个实施例，需要两件事情：
-将VNF模块互连的图表的描述，该图表示出链路的多重性(例如，具有1:n多重性的“负载均衡器-承载处理器”互连)→这是与UML类图可比的事情，所以不需要对它进行更详细的描述)。
-依赖附连的VM的KPI来指定链路的要求。这通过l:k映射表来进行，l:k映射表将该链路互连的两个VM的l个KPI映射到k个链路要求。
该l:k映射表可以被用于定义并且考虑虚拟化实现的拓扑。

Claims (14)

1.一种用于通过虚拟化网络实体并且在一个或多个服务器上实现网络实体来实现所述网络实体的方法，所述服务器中的每一个用作执行单元，所述执行单元用于在其上执行在所述执行单元上运行的一个或多个应用和/或在所述执行单元上运行的一个或多个虚拟机(402)，在服务器上运行且实现所述网络实体的功能性的至少一部分的所述应用程序或虚拟机(402)中的每一个被称为虚拟网络功能VNF模块(401)，其中，多个所述VNF模块(401)一起实现所述网络实体以由此形成虚拟网络功能VNF(400)，所述方法包括以下步骤：
获得指定VNF(400)的所需的总体性能的m个应用级关键性能指标KPI；
获得可用类型的执行单元的n个硬件级性能参数；
通过可用类型的执行单元的n个硬件级性能参数到在该类型的执行单元上执行的VNF模块(401)所实现的m个应用级KPI的n：m映射、基于所获得的m个应用级KPI和n个硬件级性能参数来确定一个或多个可能的VNF部署计划，
每个VNF部署计划指定执行单元的数量和类型，使得在这些执行单元上运行的VNF模块(401)的联合性能实现VNF(400)的所需的总体性能，
所述方法还包括以下步骤：
根据所述一个或多个可能的VNF部署计划、对于链接VNF模块(401)的网络资源的要求以及当前可用的数据中心资源来确定指定VNF模块对实际执行单元的分配的一个或多个构造计划；和
根据所述构造计划中的一个来部署单个的VNF模块(401)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
确定所述一个或多个可能的VNF部署计划是基于可用类型的执行单元的VNF模块性能信息来执行的，所述VNF模块性能信息通过利用下述方式确定某一类型的执行单元上的VNF模块性能来获得：将该VNF模块(401)安装在该执行单元上，利用业务产生器在该模块上施加负载，并且测量能够在不违背对于该VNF模块(401)指定的QoS值的情况下和/或不违背该执行单元的资源限制的情况下实现的KPI。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
通过将VNF的l个KPI映射到k个链路要求的l：k映射，基于一个或多个互连的VNF模块(401)的拓扑信息并且基于VNF模块(401)的KPI来确定对于链接VNF模块(401)的网络资源的要求。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
评估所述一个或多个构造计划的效用函数，
其中，所述效用函数优选地表达数据中心中的VNF的特定部署的电消耗和/或预期成本，
其中，所述构造计划中的所述一个根据所述效用函数的最大值来选择。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述KPI包括VNF(400)的性能和/或容量，优选地从支持的承载的数量和/或吞吐量和/或流和/或会话方面来指定。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硬件级性能参数包括硬件性能参数，所述硬件性能参数优选地被指定为GFLOPS、RAM和/或IO容量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过一个或多个互连的VNF模块(401)的VNF(401)的可能组成和相应的拓扑信息通过VNF描述模板(201)来描述，所述VNF描述模板(201)优选地被存储在VNF模板存储库(202)中，并且将VNF拓扑描述为节点的互连，而所述互连指定以下中的一个或多个：
链路的多重性；
相同节点类型之间的互连；以及
不同节点类型之间的互连。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述VNF描述模板(201)包括表，所述表指定可用类型的执行单元的n个硬件级性能参数到在该类型的执行单元上执行的VNF模块(401)所实现的m个KPI的n：m映射，和/或对于链路的l：k映射。
9.根据权利要求7所述的方法，
其中，所述VNF描述模板(201)包含对于每个VNF模块(401)的二进制软件的多个实例，
其中，对于另一目标平台编译每个二进制，并且对于目标执行单元选择最适合的二进制。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在真实世界工作负载下获取关于硬件级性能参数和实际实现的KPI的映射的知识，并且所述知识被用于调整包括在所述VNF描述模板(201)中的所述n：m映射中所包含的信息。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
向VNF(400)通知描述VNF(400)被安装在其上的硬件的性能的一组参数以使得VNF(400)能够适应底层硬件。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，
所述参数包括：用于VNF模块(401)被安装在其上的执行单元的参数以及
描述将这些执行单元和/或VNF模块(401)互连的网络链路的参数。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括：
用于提供对于VNF(400)的要求的接口，其中，这些要求包括以下中的一个或多个：
VNF的类型和它应实现的KPI；
关于VNF(400)要被实例化的地理区域的信息；
将网络中的某一给定节点和新实例化的VNF(400)互连的最大延迟；
对VNF(400)的所需容量的更新请求。
14.一种用于通过虚拟化网络实体并且在一个或多个服务器上实现网络实体来实现所述网络实体的设备，所述服务器中的每一个用作执行单元，所述执行单元用于在其上执行在所述执行单元上运行的一个或多个应用和/或在所述执行单元上运行的一个或多个虚拟机(402)，在服务器上运行且实现所述网络实体的功能性的至少一部分的所述应用程序或虚拟机(402)中的每一个被称为虚拟网络功能VNF模块(401)，其中，多个所述VNF模块(401)一起实现所述网络实体以由此形成虚拟网络功能VNF(400)，所述设备包括：
用于获得指定VNF(400)的所需的总体性能的m个应用级关键性能指标KPI的模块；
用于获得可用类型的执行单元的n个硬件级性能参数的模块；
用于通过可用类型的执行单元的n个硬件级性能参数到在该类型的执行单元上执行的VNF模块(401)所实现的m个应用级KPI的n：m映射、基于所获得的m个应用级KPI和n个硬件级性能参数来确定一个或多个可能的VNF部署计划的模块，
每个VNF部署计划指定执行单元的数量和类型，使得在这些执行单元上运行的VNF模块(401)的联合性能实现VNF(400)的所需的总体性能，
所述设备还包括：
适于根据所述一个或多个可能的VNF部署计划、对于链接VNF模块(401)的网络资源的要求以及当前可用的数据中心资源来确定指定VNF模块对实际执行单元的分配的一个或多个构造计划的模块；和
适于根据所述构造计划中的一个来部署单个的VNF模块(401)的模块。
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