CN107294765A - 一种网络功能虚拟化自适应信任管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于网络功能虚拟化技术领域，公开了一种网络功能虚拟化自适应信任管理方法，包括以下步骤：当不同优先级的虚拟网络功能加载、运行到通用标准设备上时，系统持续监测网络功能的质量属性；根据质量属性计算虚拟网络功能的服务质量，查看服务质量是否大于阈值；将优先级低于当前虚拟网络功能的虚拟网络功能停止掉，释放掉其占用资源；查看系统中是否有剩余的硬件资源；查看其它虚拟网络功能是否有剩余硬件资源；分配硬件资源给当前加载或运行的虚拟网络功能。加入虚拟网络功能质量属性监控、虚拟网络功能服务质量计算能够实时地得知每一个虚拟网络功能的服务质量；能够按照优先级的高低为虚拟网络功能合理地分配资源；既能够确保虚拟网络功能的服务质量又能够使得底层的硬件资源合理地分配。

Description

一种网络功能虚拟化自适应信任管理方法
技术领域
本发明属于网络功能虚拟化技术领域，尤其涉及一种网络功能虚拟化自适应信任管理方法。
背景技术
网络功能虚拟化通过使用标准IT虚拟化技术将许多网络硬件设备上的网络功能软件化到工业标准高容量服务器、交换机和存储设备上，打破软硬件之间的耦合，改变了网络运营商构造网络的方式，为网络运营商和他们的合作伙伴、用户带来了巨大的益处，提供了创建新类型的生态系统的机遇，鼓励和支持快速创新，降低成本、减少风险。网络功能虚拟化在引入了灵活性的同时也带来了一些问题和挑战：虚拟网络功能的服务质量，底层资源的调配、虚拟网络功能的安全、网络功能虚拟化框架的安全、网络功能虚拟化网络的稳定性等等。目前对网络功能虚拟化的虚拟网络功能的服务质量和网络功能虚拟化底层资源调配共同研究的比较少，基本都是分开研究，例如对虚拟网络功能的服务质量研究主要关注点在虚拟网络功能的放置、部署优化上，而对虚拟网络功能的资源合理分配、调用研究的同时又缺少对虚拟网络功能服务质量的研究。但是两者在实际环境中是相互影响的，虚拟网络功能服务质量的提高会占用更多的网络功能虚拟化底层资源，从而影响到其它虚拟网络功能的服务质量，而有限的网络功能虚拟化底层资源势必会影响到虚拟网络功能的服务质量，如何在有限的网络功能虚拟化底层资源条件下合理动态地调配资源给不同优先级的虚拟网络功能确保虚拟网络功能的服务质量满足阈值要求是一个信任问题。
综上所述，现有技术存在的问题是：目前在网络功能虚拟化平台上虚拟网络功能的服务质量和底层硬件资源的调配存在矛盾，使得底层硬件资源不能得到合理利用，对于服务质量和底层硬件资源利用率低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种网络功能虚拟化自适应信任管理方法。
本发明是这样实现的，一种网络功能虚拟化自适应信任管理方法，所述网络功能虚拟化自适应信任管理方法包括以下步骤：
步骤一，当不同优先级的虚拟网络功能加载、运行到通用标准设备上时，系统持续监测网络功能的质量属性；
步骤二，根据质量属性计算虚拟网络功能的服务质量，查看服务质量是否大于阈值，是转到步骤一，否转到步骤三；
步骤三，将优先级低于当前虚拟网络功能的虚拟网络功能停止掉，释放掉其占用资源；
步骤四，查看系统中是否有剩余的硬件资源，是转到步骤六资源分配算法1，否转到步骤五；
步骤五，查看其它虚拟网络功能是否有剩余资源，是转到步骤六资源分配算法2，否终止当前虚拟网络功能，步骤结束；
步骤六，分配资源给虚拟网络功能，之后回到步骤一。
进一步，根据质量属性计算虚拟网络功能的服务质量在公式中，wi代表质量属性QAi对虚拟网络功能的服务质量计算值的权重，wi可以基于信任者的标准进行设定，Q(VNF)是当前虚拟网络功能的服务质量信任值，Qold(VNF)是上一次虚拟网络功能的服务质量信任值，是虚拟网络功能服务质量影响属性QAi的服务质量信任值。使用Sigmoid函数f(x)＝1/((1+e∧(-ax)))作为服务质量计算的门限函数，将节点值Q(VNF)、映射到区间[0,1]，α＝2，综上所述，Q(VNF),wi∈[0,1]。查看服务质量是否大于阈值。
进一步，资源分配算法1包括以下步骤：
系统是否有剩余超过x％CPU，是，分配x％CPU给虚拟网络功能，判断系统是否有剩余超过y％内存；否，分配剩余全部CPU给虚拟网络功能；
系统是否有剩余超过y％内存，是，分配y％内存给虚拟网络功能，判断系统是否有剩余超过z％带宽；否，分配剩余全部内存给虚拟网络功能；
系统是否有剩余超过z％带宽，是，分配z％带宽给虚拟网络功能；否，分配剩余全部内存给虚拟网络功能。
进一步，所述资源分配算法2包括以下步骤：
向更高优先级的虚拟网络功能申请x％CPU，计算被申请资源的虚拟网络功能如果分配x％CPU资源给当前虚拟网络功能之后其自己的服务质量是否满足阈值；满足阈值时，被申请资源的虚拟网络功能分配x％CPU给当前虚拟网络功能，自己的CPU资源减少x％CPU，跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02带宽；不满足阈值时，判断被申请的虚拟网络功能优先级是不是最高的，不是最高的，继续向更高优先级的虚拟网络功能申请x％CPU，优先级是最高的则说明当前虚拟网络功能不能够向其它虚拟网络功能申请到CPU资源了，此时应该跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请z％带宽；
向更高优先级的虚拟网络功能申请z％带宽，计算被申请资源的虚拟网络功能如果分配z％带宽资源给当前虚拟网络功能之后其自己的服务质量是否满足阈值；满足阈值时，被申请资源的虚拟网络功能分配z％带宽给当前虚拟网络功能，自己的带宽资源减少z％带宽，跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请y％内存；不满足阈值时，判断被申请的虚拟网络功能优先级是不是最高的，不是最高的，继续向更高优先级的虚拟网络功能申请z％带宽，优先级是最高的则说明当前虚拟网络功能不能够向其它虚拟网络功能申请到带宽资源了，此时应该跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请y％内存；
向更高优先级的虚拟网络功能申请y％内存，计算被申请资源的虚拟网络功能如果分配y％内存资源给当前虚拟网络功能之后其自己的服务质量是否满足阈值；满足阈值时，被申请资源的虚拟网络功能分配y％内存给当前虚拟网络功能，自己的内存资源减少y％内存，跳转到下一步，资源分配结束；不满足阈值时，判断被申请的虚拟网络功能优先级是不是最高的，不是最高的，继续向更高优先级的虚拟网络功能申请y％内存，优先级是最高的则说明当前虚拟网络功能不能够向其它虚拟网络功能申请到内存资源了，此时应该跳转到下一步，资源分配结束。
其中资源分配算法中的x，y，z表示申请或分配系统总CPU、总内存、总带宽的比例，由网络功能虚拟化平台的系统管理员设定，比如可以设定为2。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述网络功能虚拟化自适应信任管理方法的容量服务器。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述网络功能虚拟化自适应信任管理方法的交换机。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述网络功能虚拟化自适应信任管理方法的存储设备。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述网络功能虚拟化自适应信任管理方法的网络硬件设备。
本发明的优点及积极效果为：加入虚拟网络功能质量属性监控、虚拟网络功能服务质量计算能够实时地得知每一个虚拟网络功能的服务质量；能够按照优先级的高低为虚拟网络功能合理地分配资源；既能够确保虚拟网络功能的服务质量又能够使得底层的硬件资源合理地分配。
附图说明
图1是本发明实施例提供的网络功能虚拟化自适应信任管理方法流程图。
图2是本发明实施例提供的网络功能虚拟化自适应信任管理方法实现流程图。
图3是本发明实施例提供的基于模糊认知图的服务质量计算模型示意图。
图4是本发明实施例提供的资源分配算法1将系统中的剩余硬件资源分配给虚拟网络功能的实现流程图。
图5是本发明实施例提供的资源分配算法2向系统中其它高优先级的虚拟网络功能申请资源分配给当前虚拟网络功能的实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的网络功能虚拟化自适应信任管理方法包括以下步骤：
S101：当不同优先级的虚拟网络功能加载、运行到通用标准设备上时，系统持续监测网络功能的质量属性；
S102：根据质量属性计算虚拟网络功能的服务质量，查看服务质量是否大于阈值，是转到步骤S101，否转到步骤S103；
S103：将优先级低于当前虚拟网络功能的虚拟网络功能停止掉，释放掉其占用资源；
S104：查看系统中是否有剩余的硬件资源，是转到步骤S106资源分配算法1，否转到步骤S105；
S105：查看其它虚拟网络功能是否有剩余资源，是转到步骤S106资源分配算法2，否终止当前虚拟网络功能，步骤结束；
S106：分配资源给虚拟网络功能，之后回到步骤S101。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图2所示，本发明实施例提供的网络功能虚拟化自适应信任管理方法具体包括以下步骤：
(1)当不同优先级的虚拟网络功能加载、运行到通用标准设备上时，系统持续监测网络功能的质量属性QAi；
(2)根据质量属性计算虚拟网络功能的服务质量在公式中，wi代表质量属性QAi对虚拟网络功能的服务质量计算值的权重，wi可以基于信任者的标准进行设定，Q(VNF)是当前虚拟网络功能的服务质量信任值，Qold(VNF)是上一次虚拟网络功能的服务质量信任值，是虚拟网络功能服务质量影响属性QAi的服务质量信任值。使用Sigmoid函数f(x)＝1/((1+e∧(-ax)))作为服务质量计算的门限函数，将节点值Q(VNF)、映射到区间[0,1]，在此设定α＝2，综上所述，Q(VNF),wi∈[0,1]。查看服务质量是否大于阈值，是转到步骤(1)，否转到步骤(3)；
(3)将优先级低于当前虚拟网络功能的虚拟网络功能停止掉，释放掉其占用资源；
(4)查看系统中是否有剩余的硬件资源，是转到步骤(6)执行资源分配算法1，否转到步骤(5)；
(5)查看其它虚拟网络功能是否有剩余资源，是的话转到步骤(6)执行资源分配算法2，否的话终止当前虚拟网络功能，步骤结束；
(6)分配资源给虚拟网络功能，之后回到步骤(1)，继续监测虚拟网络功能的质量属性。
如图3-图5所示，本发明基于网络功能虚拟化自适应信任管理机制实现的具体步骤包括如下：
步骤1.首先将要加载的虚拟网络功能按照优先级从高到低排列，先加载、运行优先级最高的虚拟网络功能；
步骤2.在加载运行的过程中，虚拟网络功能质量属性监控模块、虚拟网络功能服务质量计算模块在不断地监控虚拟网络功能质量属性、计算虚拟网络功能服务质量，当虚拟网络功能服务质量满足阈值要求时，回到步骤1继续监测、计算服务质量；否则转到步骤3进行资源分配；
步骤3.在资源分配之前首先查看系统中有没有剩余的资源信息，如果有则进入资源分配算法1进行将系统中剩余的硬件资源分配给虚拟网络功能，如果此时系统中剩余的全部资源还不够保证虚拟网络功能的服务质量，那么系统进入了资源分配算法2进行申请资源再分配；如果系统中首先查看时就没有剩余的资源信息，则系统直接进入了资源分配算法2进行申请资源再分配
步骤4.在分配资源的过程中，边监测、边计算虚拟网络功能的服务质量值，直到虚拟网络功能的服务质量达到了一个满足阈值要求的状态，资源分配停止了分配；或者达到了这样的一种状态，可申请的全部资源都给了虚拟网络功能，也没有达到服务质量阈值要求，这时应该停止掉当前加载的虚拟网络功能。当加载的虚拟网络功能达到稳定状态后，按照同样的步骤加载次优先级的虚拟网络功能。
其中实现了虚拟网络功能质量属性监控模块、虚拟网络功能服务质量计算模块和资源分配模块，各个模块之间的执行关系按照自适应信任管理流程来联系。
如图4所示，资源分配算法1包括以下步骤：
系统是否有剩余超过0.02CPU，是，分配0.02CPU给虚拟网络功能，判断系统是否有剩余超过0.02内存；否，分配剩余全部CPU给虚拟网络功能；
系统是否有剩余超过0.02内存，是，分配0.02内存给虚拟网络功能，判断系统是否有剩余超过0.02带宽；否，分配剩余全部内存给虚拟网络功能；
系统是否有剩余超过0.02带宽，是，分配0.02带宽给虚拟网络功能；否，分配剩余全部内存给虚拟网络功能。
如图5所示，资源分配算法2包括以下步骤：
向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02CPU，计算被申请资源的虚拟网络功能如果分配0.02CPU资源给当前虚拟网络功能之后其自己的服务质量是否满足阈值；满足阈值时，被申请资源的虚拟网络功能分配0.02CPU给当前虚拟网络功能，自己的CPU资源减少0.02CPU，跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02带宽；不满足阈值时，判断被申请的虚拟网络功能优先级是不是最高的，不是最高的，继续向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02CPU，优先级是最高的则说明当前虚拟网络功能不能够向其它虚拟网络功能申请到CPU资源了，此时应该跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02带宽；
向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02带宽，计算被申请资源的虚拟网络功能如果分配0.02带宽资源给当前虚拟网络功能之后其自己的服务质量是否满足阈值；满足阈值时，被申请资源的虚拟网络功能分配0.02带宽给当前虚拟网络功能，自己的带宽资源减少0.02带宽，跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02内存；不满足阈值时，判断被申请的虚拟网络功能优先级是不是最高的，不是最高的，继续向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02带宽，优先级是最高的则说明当前虚拟网络功能不能够向其它虚拟网络功能申请到带宽资源了，此时应该跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02内存；
向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02内存，计算被申请资源的虚拟网络功能如果分配0.02内存资源给当前虚拟网络功能之后其自己的服务质量是否满足阈值；满足阈值时，被申请资源的虚拟网络功能分配0.02内存给当前虚拟网络功能，自己的内存资源减少0.02内存，跳转到下一步，资源分配结束；不满足阈值时，判断被申请的虚拟网络功能优先级是不是最高的，不是最高的，继续向更高优先级的虚拟网络功能申请0.02内存，优先级是最高的则说明当前虚拟网络功能不能够向其它虚拟网络功能申请到内存资源了，此时应该跳转到下一步，资源分配结束；
这里我们将x，y，z都设置为2。
本发明的实施例使用Click元素组件在Ubuntu上建立了一个小型的网络功能虚拟化平台环境，并在平台上实现了虚拟网络功能质量属性监控模块、虚拟网络功能服务质量计算模块、资源分配模块，对加载4个不同优先级的虚拟网络功能IPSec VPN、StatefulIDS、Stateful Firewall、NAT进系统进行了实验与分析。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种网络功能虚拟化自适应信任管理方法，其特征在于，所述网络功能虚拟化自适应信任管理方法包括以下步骤：
步骤一，当不同优先级的虚拟网络功能加载、运行到通用标准设备上时，系统持续监测网络功能的质量属性；
步骤二，根据质量属性计算虚拟网络功能的服务质量，查看服务质量是否大于阈值，是转到步骤一，否转到步骤三；
步骤三，将优先级低于当前虚拟网络功能的虚拟网络功能停止掉，释放掉其占用资源；
步骤四，查看系统中是否有剩余的硬件资源，是转到步骤六资源分配算法1，否转到步骤五；
步骤五，查看其它虚拟网络功能是否有剩余资源，是转到步骤六资源分配算法2，否终止当前虚拟网络功能，步骤结束；
步骤六，分配资源给虚拟网络功能，之后回到步骤一。
2.如权利要求1所述的网络功能虚拟化自适应信任管理方法，其特征在于，根据质量属性计算虚拟网络功能的服务质量在公式中，wi代表质量属性QAi对虚拟网络功能的服务质量计算值的权重，wi可以基于信任者的标准进行设定，Q(VNF)是当前虚拟网络功能的服务质量信任值，Qold(VNF)是上一次虚拟网络功能的服务质量信任值，是虚拟网络功能服务质量影响属性QAi的服务质量信任值；使用Sigmoid函数f(x)＝1/((1+e^(-ax)))作为服务质量计算的门限函数，将节点值Q(VNF)、映射到区间[0,1]，α＝2，综上所述，Q(VNF),wi∈[0,1]；查看服务质量是否大于阈值。
3.如权利要求1所述的网络功能虚拟化自适应信任管理方法，其特征在于，资源分配算法1包括以下步骤：
系统是否有剩余超过x％CPU，是，分配x％CPU给虚拟网络功能，判断系统是否有剩余超过y％内存；否，分配剩余全部CPU给虚拟网络功能；
系统是否有剩余超过y％内存，是，分配y％内存给虚拟网络功能，判断系统是否有剩余超过z％带宽；否，分配剩余全部内存给虚拟网络功能；
系统是否有剩余超过z％带宽，是，分配z％带宽给虚拟网络功能；否，分配剩余全部内存给虚拟网络功能。
4.如权利要求1所述的网络功能虚拟化自适应信任管理方法，其特征在于，所述资源分配算法2包括以下步骤：
向更高优先级的虚拟网络功能申请x％CPU，计算被申请资源的虚拟网络功能如果分配x％CPU资源给当前虚拟网络功能之后其自己的服务质量是否满足阈值；满足阈值时，被申请资源的虚拟网络功能分配x％CPU给当前虚拟网络功能，自己的CPU资源减少x％CPU，跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请z％带宽；不满足阈值时，判断被申请的虚拟网络功能优先级是不是最高的，不是最高的，继续向更高优先级的虚拟网络功能申请x％CPU，优先级是最高的则说明当前虚拟网络功能不能够向其它虚拟网络功能申请到CPU资源了，此时应该跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请z％带宽；
向更高优先级的虚拟网络功能申请z％带宽，计算被申请资源的虚拟网络功能如果分配z％带宽资源给当前虚拟网络功能之后其自己的服务质量是否满足阈值；满足阈值时，被申请资源的虚拟网络功能分配z％带宽给当前虚拟网络功能，自己的带宽资源减少z％带宽，跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请y％内存；不满足阈值时，判断被申请的虚拟网络功能优先级是不是最高的，不是最高的，继续向更高优先级的虚拟网络功能申请z％带宽，优先级是最高的则说明当前虚拟网络功能不能够向其它虚拟网络功能申请到带宽资源了，此时应该跳转到下一步，向更高优先级的虚拟网络功能申请y％内存；
向更高优先级的虚拟网络功能申请y％内存，计算被申请资源的虚拟网络功能如果分配y％内存资源给当前虚拟网络功能之后其自己的服务质量是否满足阈值；满足阈值时，被申请资源的虚拟网络功能分配y％内存给当前虚拟网络功能，自己的内存资源减少y％内存，跳转到下一步，资源分配结束；不满足阈值时，判断被申请的虚拟网络功能优先级是不是最高的，不是最高的，继续向更高优先级的虚拟网络功能申请y％内存，优先级是最高的则说明当前虚拟网络功能不能够向其它虚拟网络功能申请到内存资源了，此时应该跳转到下一步，资源分配结束。
其中资源分配算法中的x，y，z表示申请或分配系统总CPU、内存、带宽的比例，由网络功能虚拟化平台的系统管理员设定，比如可以设定为2。
5.一种应用权利要求1～4任意一项所述网络功能虚拟化自适应信任管理方法的容量服务器。
6.一种应用权利要求1～4任意一项所述网络功能虚拟化自适应信任管理方法的交换机。
7.一种应用权利要求1～4任意一项所述网络功能虚拟化自适应信任管理方法的存储设备。
8.一种应用权利要求1～4任意一项所述网络功能虚拟化自适应信任管理方法的网络硬件设备。
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