CN107819662B - 一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法 - Google Patents

一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，在重映射和迁移服务功能链请求时，考虑每个服务功能链请求中每个虚拟网络功能和链路连接情况，在满足相关约束条件下，以消耗最少的服务器资源和带宽资源，以及减小服务功能链迁移请求的迁移时间、停机时间和阻塞率为目标，将服务功能链请求进行重映射和迁移。本发明综合考虑了服务功能链请求的特殊性，对常见的带宽资源需求和服务器资源需求做出了优化配置，具有适用范围广、重映射成本低、停机时间短和映射阻塞率小等优点。

Description

一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法
技术领域
本发明属于网络功能虚拟化技术领域，具体涉及一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法的设计。
背景技术
近年来，为了解决传统网络的“僵化”问题，研究者们提出了网络虚拟化技术。又随着网络虚拟化技术的发展，研究者提出了网络功能虚拟化技术(Network FunctionVirtualization，NFV)，通过网络功能虚拟化技术，物理资源可以被虚拟化为虚拟网络功能(Virtual Network Function，VNF)，而虚拟网络功能能够相互隔离，从而代替由专用硬件实现的传统网络功能，从而减少专用硬件的部署、提高网络的灵活性和降低网络运营成本。
特定数量和顺序的虚拟网络功能组成服务功能链(Service Function Chain，SFC)，来支持和处理用户的网络流量，从而实现用户的通信和需求。例如，为了满足用户的安全需求，服务功能链可能由用户→虚拟防火墙→虚拟深度包检测→终端组成。为了实现用户的不同策略，服务功能链有其特定的组成顺序。为了实现用户的通信，部署服务功能链到物理网络中是非常重要的。目前，已经有关于服务功能链部署的研究。在一些研究中，为了提高物理网络的资源利用率，作者提出了考虑物理链路和物理服务器利用率的算法。一些研究为了减少总的带宽消耗，作者提出了一个联合设计和映射多个服务功能链的方法。一些研究为了满足网络服务的可扩展性和隐私性问题，降低分布式服务功能链的部署复杂度，利用非合作博弈理论部署分布式服务链，从而实现隐私保护。
然而，随着用户的几何增加，云计算面临的挑战也越来越大，尤其是网络流量集中在核心网络中，导致大量的网络拥塞和网络延迟。为了解决集中式云计算所面临的挑战，研究人员已经提出了分布式雾计算来扩展集中式的云计算。因为分布式的雾计算环境有少量的计算和存储资源，所以雾计算环境可以执行一些延迟敏感的服务，并且同时利用云计算资源和雾计算资源，可以降低能耗和网络拥塞。因此，雾计算已经成为无线接入网、车载网络和物联网的研究热点。此外，由于分布式的雾计算环境具有计算和存储资源，我们可以利用云计算和雾计算的联合环境来部署服务功能链，并且已经有了一些相关的研究。
随着网络功能的虚拟化技术的发展，虚拟网络功能/服务功能链迁移已逐渐成为一个新的研究方向。例如，在一些研究中，作者首先提出了一种初始部署服务功能链的算法，然后为了节约带宽资源，降低能源消耗，提出了一个虚拟网络功能合并和迁移的算法。同样，为了节约能源，一些研究提出了一种整合和迁移虚拟网络功能的算法在低流量时关闭服务器。在一些研究中，为了节省数据中心的能量，作者提出了一个线性规划模型来解决这个问题。这些提到的研究仅仅考虑调整已经部署的服务功能链，他们没有考虑服务功能链必须被迁移的场景。在一些研究中，作者考虑当数据中心的服务器需要维护或失效时，迁移整个虚拟数据中心，并提出了一种虚拟数据中心的迁移算法，但该算法适用于虚拟数据中心迁移，在服务功能链迁移场景中，它无法提供良好的性能。虽然提到的这些工作研究虚拟网络功能合并和迁移问题，但是他们没有考虑这样一个场景：在雾无线接入网环境中，由于移动用户的移动性，当移动用户从一个雾无线接入网到另一个雾无线接入网时，服务提供商必须迁移这些相关的服务功能链，来维持用户的连接，否则，用户的通信将被中断。此外，服务功能链的迁移/重映射算法不仅决定重配置成本和重映射成功率，而且影响服务功能链的迁移时间和停机时间，所以服务功能链迁移算法的迁移性能至关重要。然而，现有的研究并不能很好地解决这一问题，因此服务功能链的迁移问题值得进一步研究。
因此，本发明结合雾计算研究了服务功能链的迁移问题，从而快速的恢复用户的通信，降低服务功能链的重配置成本，降低服务功能链的迁移时间和停机时间，提高服务功能链的重映射成功率。
在目前，已经有一些关于虚拟网络功能迁移方法的研究，例如VMMPC算法。其主要思想是在网络功能部署成功后，为了减少网络的能量消耗，对已经部署好的服务功能链进行调整，整合服务器，同时满足网络节点的大小约束。虽然VMMPC算法能够实现虚拟网络功能的重映射，但是它是为了减少网络的能量消耗，对已经部署好的服务功能链进行调整，没有考虑服务功能链必须被迁移的场景，也没有考虑雾计算网络的特性和相关约束，不能利用雾计算的优势。
针对迁移问题，相关研究人员还提出了VDC-M算法，其主要思想当数据中心的服务器需要维护或失效时，迁移整个虚拟数据中心，来维持用户的服务。虽然VDC-M算法能够实现虚拟数据中心的重配置和迁移，但是它是针对虚拟数据中心迁移的，它同样没有考虑雾计算网络的特性和相关约束，不能利用雾计算的优势，而且无法为服务功能链迁移提供良好的性能。
发明内容
本发明的目的是提出一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，在考虑服务功能链请求中每个虚拟网络功能的链路连接情况和满足相关约束条件下，将底层网络的节点资源和带宽资源分配给每个服务功能链请求，在提高服务功能链请求的重映射成功率和底层网络的资源利用率的同时，使总的映射花销最小。
本发明的技术方案为：一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，包括以下步骤：
S1、根据目标物理网络及其资源约束，构建初始SFC迁移映射请求队列ArrivedSFC，并设置初始总重配置成本Tcost＝0，初始被阻塞SFC迁移请求集合SFCblo为空。
S2、判断ArrivedSFC是否为空，若是则进入步骤S12，否则进入步骤S3。
S3、释放ArrivedSFC中过期的SFC映射请求占用的资源。
S4、采用FSRMSFC算法重映射ArrivedSFC中第一个SFC迁移请求SFC1，得到第一步迁移中迁移的虚拟网络功能数量Ff以及重映射方案集合RM。
S5、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S6。
S6、判断是否满足1<Ff<|NF|，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量。
S7、采用SSRMSFC算法重映射SFC1，更新重映射方案集合RM。
S8、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S9。
S9、根据重映射方案集合RM更新物理网络及Tcost，进入步骤S11。
S10、将SFC1添加进SFCblo。
S11、将SFC1从ArrivedSFC中清除，返回步骤S2。
S12、输出Tcost和SFCblo。
本发明的有益效果是：
(1)适用范围广：传统的虚拟网络功能或服务功能链重映射和迁移算法大多是针对虚拟网络和数据中心网络提出的，或者没有考虑在云雾计算网络中的重映射和迁移服务功能链。本发明能适用于云雾计算网络中的服务功能链请求，因此与传统的重映射和迁移算法相比，本方法的适用范围更广。
(2)重映射成本低：由于本发明采用两步迁移策略，然后利用云雾计算结合的优势重映射和迁移服务功能链请求，这样找到的重映射和迁移方案的成本也就更低。
(3)停机时间短：由于本发明采用两步迁移策略，在第二步迁移中使用临时迁移方案进行服务，能够有效地减少服务的停机时间。
(4)映射阻塞率小：由于本发明采用两步迁移策略，其中第二步迁移能够有效的减少网络资源的消耗，所以映射成功的可能性也就越大，阻塞率也就越小。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法流程图。
图2所示为本发明实施例提供的步骤S4的分步骤流程图。
图3所示为本发明实施例提供的步骤S4-13的分步骤流程图。
图4所示为本发明实施例提供的步骤S7的分步骤流程图。
图5所示为本发明实施例提供的步骤S7-11的分步骤流程图。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
本发明实施例提供了一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，如图1所示，包括以下步骤S1至S12：
S1、根据目标物理网络及其资源约束，构建初始SFC迁移映射请求队列ArrivedSFC，并设置初始总重配置成本Tcost＝0，初始被阻塞SFC迁移请求集合SFCblo为空。
S2、判断ArrivedSFC是否为空，若是则进入步骤S12，否则进入步骤S3。
S3、释放ArrivedSFC中过期的SFC映射请求占用的资源。
S4、采用FSRMSFC算法(第一步迁移服务功能链的算法)重映射ArrivedSFC中第一个SFC迁移请求SFC1，得到第一步迁移中迁移的虚拟网络功能数量Ff以及重映射方案集合RM。
FSRMSFC算法用于执行第一步迁移，在FSRMSFC算法中，虚拟服务网关f1和虚拟分组数据网络网关f2必须迁移，当每个虚拟网络功能fi,i＝2,…,|NF|被重映射成功时，FSRMSFC算法尝试找到一条临时路径连接的重映射部分的方案与未重映射部分的方案来构成一个临时的迁移方案，如果这样临时路径不存在，FSRMSFC算法重映射下一个虚拟网络功能，并尝试找到一条临时路径连接的重映射部分的方案与未重映射部分的方案来构成一个临时的迁移方案，FSRMSFC算法总是执行这样的过程直到找到临时路径，然后FSRMSFC算法调用采用基于预复制的并行迁移策略的RBAFSM算法来迁移这些重映射的虚拟网络功能，来快速恢复用户的服务。所以，FSRMSFC算法至少会重映射和迁移2个虚拟网络功能，但是为了构成临时迁移方案，可能会重映射和迁移两个以上的虚拟网络功能。
如图2所示，步骤S4具体包括以下分步骤S4-1至S4-14：
S4-1、遍历SFC1中每一个虚拟网络功能fi，i＝1,2,…,|NF|，|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量。
本发明实施例中，虚拟网络功能f1和f2分别表示虚拟服务网关和虚拟分组数据网络网关，他们必须放在用户所在的雾接入网中。
S4-2、判断SFC1中的虚拟网络功能是否遍历完，若是则进入步骤S4-16，否则进入步骤S4-3。
S4-3、遍历物理网络中的每个节点nk，k＝1,2,…,|NP|，|NP|为物理网络节点数量。
S4-4、判断物理网络中的节点是否遍历完，若是则进入步骤S4-10，否则进入步骤S4-5。
S4-5、判断nk是否满足fi的位置约束，若是则进入步骤S4-6，否则返回步骤S4-3。
S4-6、将fi映射到nk上，并计算每个虚拟网络功能fi的重映射成本CostVNF(fi→nk)，计算公式为：
CostVNF(fi→nk)＝p(nk)ε(fi) (1)
其中p(nk)表示nk的节点资源单位成本，ε(fi)表示fi的节点资源需求。
S4-7、查找SFC1中每条SFC链路ei的最小成本路径以及从nk到服务终端LT的最小成本路径p(nk,LT)。
S4-8、计算每条SFC链路ei的重映射成本Cost(pei)，计算公式为：
其中p(lj)表示物理网络中链路lj的单位成本，j＝1,2,…,|EP|，|EP|为物理网络链路数量；ε(ei)表示ei的带宽资源需求，Cost(p(nk,LT))表示路径p(nk,LT)的成本，计算公式为：
其中ε(ei+1)表示路径p(nk,LT)的带宽资源需求。
S4-9、计算fi的总重映射成本TCostVNF(fi→nk)，返回步骤S4-3，总重映射成本TCostVNF(fi→nk)的计算公式为：
TCostVNF(fi→nk)＝CostVNF(fi→nk)+Cost(pei) (4)
S4-10、判断是否能从所有fi的重映射方案中找到总重映射成本TCostVNF(fi→nk)最小的重映射方案，若是则进入步骤S4-12，否则进入步骤S4-11。
S4-11、清空重映射方案集合RM，并进入步骤S4-16。
S4-12、将总重映射成本TCostVNF(fi→nk)最小的重映射方案，并将fi和SFC链路ei的重映射方案储存到重映射方案集合RM中，进入步骤S4-13。
S4-13、判断是否满足2≤i<|NF|，若是则进入步骤S4-14，否则返回步骤S4-1。
S4-14、判断是否能够找到连接虚拟网络功能fi的重映射方案RM(fi)和虚拟网络功能fi+1的初始映射方案IM(fi+1)的最短路径p(RM(fi),IM(fi+1))，若是则进入步骤S4-15，否则返回步骤S4-1。
S4-15、采用RBAFSM算法(第一步迁移中虚拟网络功能的迁移路由和带宽分配算法)迁移被重映射的虚拟网络功能，更新第一步迁移中迁移的虚拟网络功能数量Ff＝i。
RBAFSM算法负责执行第一步迁移中虚拟网络功能的迁移路由和带宽分配，并计算第一步迁移的迁移时间和停机时间。
如图3所示，步骤S4-15具体包括以下分步骤S4-15-1至S4-15-6：
S4-15-1、初始化i＝1,2,…,Ff。
S4-15-2、查找连接每一个虚拟网络功能fi重映射方案和初始映射方案的最短迁移路径p(RM(fi),IM(fi))。
S4-15-3、采用基于预复制的并行迁移策略迁移每一个虚拟网络功能fi。
在第一步迁移中，本发明实施例采用基于预复制的并行迁移策略来迁移这些重映射虚拟网络功能，本发明假设第一步迁移中，迁移的虚拟网络功能的数量是Ff，并且Ff必须大于或等于2，即Ff>＝2。在第一步迁移中，对于单个虚拟网络功能，本发明实施例使用预复制迁移机制来迁移这个虚拟网络功能。
S4-15-4、分别计算每一个虚拟网络功能fi的迁移时间Ti,mig、停机时间的起始时间和停机时间的结束时间
迁移时间Ti,mig的计算公式为：
其中Ti,j表示第j次迭代迁移fi记忆的时间，V(fi)表示fi的记忆大小，B(fi)表示fi获得的迁移速率，ri＝PD/B(fi)表示“脏”数据产生速率与迁移速率之比，D和P分别表示内存页的“脏”数据产生速率和内存页的大小，λi表示实际的迭代次数，计算公式为：
其中Vth为停止迭代门限值，λmax为最大迭代次数。
停机时间的起始时间的计算公式为：
停机时间的结束时间的计算公式为：
S4-15-5、分别计算第一步迁移的迁移时间TF,mig、第一步迁移停机时间的起始时间第一步迁移停机时间的结束时间和第一步迁移的停机时间TF,down。
第一步迁移的迁移时间TF,mig的计算公式为：
其中，B表示服务功能链迁移请求的总迁移带宽需求，B/Ff＝B(fi)表示fi获得的迁移速率。
第一步迁移停机时间的起始时间的计算公式为：
第一步迁移停机时间的结束时间的计算公式为：
第一步迁移的停机时间TF,down的计算公式为：
对于多个虚拟网络功能，本发明实施例使用基于预复制的并行迁移策略来迁移多个虚拟网络功能，并且在迁移过程中，由于需要被迁移的Ff个虚拟网络功能一起共享总迁移带宽，所以每个虚拟网络功能获得的迁移速率为B/Ff。
因此，在第一步迁移中，第一步迁移的迁移时间TF,mig是第一步迁移中最后一个完成迁移的虚拟网络功能的迁移时间，第一步迁移的停机时间的起始时间是第一步迁移中第一个停机的虚拟网络功能的停机时间，第一步迁移的停机时间的结束时间是第一步迁移中最后一个完成迁移的虚拟网络功能完成迁移的时间。
S4-15-6、输出TF,mig和TF,down。
S4-16、输出重映射方案集合RM和虚拟网络功能数量Ff。
S5、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S6。
S6、判断是否满足1<Ff<|NF|，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量。
S7、采用SSRMSFC算法(第二步迁移服务功能链的算法)重映射SFC1，更新重映射方案集合RM。
SSRMSFC算法用于执行第二步迁移，在SSRMSFC算法中，剩下的虚拟网络功能被重映射来节约物理资源和降低重配置成本，然后调用基于后复制的并行迁移策略的RBAFSSM算法迁移这些重映射的虚拟网络功能。在第二步迁移中，本发明实施例一直使用临时迁移方案为用户提供服务，直到剩下的虚拟网络功能被迁移完成，然后完全撤销服务功能链迁移请求的始映射方案。
如图4所示，步骤S7具体包括以下分步骤S7-1至S7-12：
S7-1、遍历SFC1中每一个虚拟网络功能fj，j＝Ff+1,…,|NF|，|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量。
S7-2、判断SFC1中的虚拟网络功能是否遍历完，若是则进入步骤S7-13，否则进入步骤S7-3。
S7-3、遍历物理网络中的每个节点nk，k＝1,2,…,|NP|，|NP|为物理网络节点数量。
S7-4、判断物理网络中的节点是否遍历完，若是则进入步骤S7-10，否则进入步骤S7-5。
S7-5、判断nk是否满足fj的位置约束，若是则进入步骤S7-6，否则返回步骤S7-3。
S7-6、将fj映射到nk上，并计算每个虚拟网络功能fj的重映射成本CostVNF(fj→nk)，计算公式为：
CostVNF(fj→nk)＝p(nk)ε(fj) (13)
其中p(nk)表示nk的节点资源单位成本，ε(fj)表示fj的节点资源需求。
S7-7、查找SFC1中每条SFC链路ej的最小成本路径以及从nk到服务终端LT的最小成本路径p(nk,LT)。
S7-8、计算每条SFC链路ej的重映射成本Cost(pej)，计算公式为：
其中p(lj)表示物理网络中链路lj的单位成本，j＝1,2,…,|EP|，|EP|为物理网络链路数量；ε(ej)表示ej的带宽资源需求，Cost(p(nk,LT))表示路径p(nk,LT)的成本，计算公式为：
其中ε(ej+1)表示路径p(nk,LT)的带宽资源需求。
S7-9、计算fj的总重映射成本TCostVNF(fj→nk)，返回步骤S7-3，总重映射成本TCostVNF(fj→nk)的计算公式为：
TCostVNF(fj→nk)＝CostVNF(fj→nk)+Cost(pej) (16)
S7-10、判断是否能从所有fj的重映射方案中找到总重映射成本TCostVNF(fj→nk)最小的重映射方案，若是则进入步骤S7-11，否则进入步骤S7-12。
S7-11、将总重映射成本TCostVNF(fj→nk)最小的重映射方案，并将fj和SFC链路ej的重映射方案储存到重映射方案集合RM中，返回步骤S7-1。
S7-12、清空重映射方案集合RM，并进入步骤S7-14。
S7-13、采用RBASSM算法(第二步迁移中虚拟网络功能的迁移路由和带宽分配算法)迁移被重映射的虚拟网络功能。
RBASSM算法负责执行第二步迁移中虚拟网络功能的迁移路由和带宽分配，并计算第二步迁移的迁移时间和停机时间，并计算服务功能链迁移请求SFC1的迁移时间和停机时间。
如图5所示，步骤S7-13具体包括以下分步骤S7-13-1至S7-13-6：
S7-13-1、初始化j＝Ff+1,…,|NF|。
S7-13-2、查找连接每一个虚拟网络功能fj重映射方案和初始映射方案的最短迁移路径p(RM(fj),IM(fj))。
S7-13-3、采用基于后复制的并行迁移策略迁移每一个虚拟网络功能fj。
在第二步迁移中，本发明实施例采用基于后复制的并行迁移策略来迁移剩下的虚拟网络功能，并且假设这些虚拟网络功能的数量为Sf，由于需要被迁移的Sf个虚拟网络功能一起共享总迁移带宽，所以每个虚拟网络功能获得的迁移速率为B/Sf。在第二步迁移中，对于单个虚拟网络功能，本发明实施例采用后复制迁移机制来迁移这个虚拟网络功能。
S7-13-4、计算每一个虚拟网络功能fj的迁移时间Tj,mig，计算公式为：
其中V(fj)表示fj的记忆大小，Sf表示第二步迁移中迁移的虚拟网络功能数量，Ff+Sf＝|NF|，B表示服务功能链迁移请求的总迁移带宽需求，B/Ff＝B(fj)表示fj获得的迁移速率。
S7-13-5、分别计算第二步迁移的迁移时间TS,mig、SFC1的迁移时间TSFC,mig和SFC1的停机时间TSFC,down。
第二步迁移的迁移时间TS,mig的计算公式为：
在第二步迁移中，对于多个虚拟网络功能，本发明实施例采用基于后复制的并行迁移策略来迁移多个虚拟网络功能。第二步迁移的迁移时间TS,mig是第二步迁移中最后一个完成迁移的虚拟网络功能的迁移时间。
由于在第二步迁移中，用户可以通过临时迁移方案获得服务，所以这个服务功能链迁移请求SFC1不会停机，因此，第二步迁移的停机时间为零。
因此SFC1的迁移时间TSFC,mig的计算公式为：
SFC1的停机时间TSFC,down的计算公式为：
S7-13-6、输出TSFC,mig和TSFC,down。
S7-14、输出重映射方案集合RM。
S8、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S9。
S9、根据重映射方案集合RM更新物理网络及Tcost，进入步骤S11。更新Tcost的公式为：
Tcosta＝Tcostb+CostRM (21)
其中Tcosta表示更新后的总重配置成本，Tcostb表示更新前的总重配置成本，CostRM表示SFC1的重映射方案RM的总成本，计算公式为：
其中CostVNF(fi→nk)表示fi的重映射成本，|EF|为SFC1中虚拟链路的数量，p(lj)表示物理网络中链路lj的单位成本，j＝1,2,…,|EP|，|EP|为物理网络链路数量；表示虚拟链路ei的最小成本路径，ε(ei)表示虚拟链路ei的带宽资源需求。
S10、将SFC1添加进SFCblo。
S11、将SFC1从ArrivedSFC中清除，返回步骤S2。
S12、输出Tcost和SFCblo。
本发明实施例可以部署在基于SDN的云雾计算网络中，以实现服务功能链的重映射和迁移。基于SDN的云雾计算网络——相对于传统网络架构而言，SDN是一种革命性的变革。它将控制功能从网络交换设备中分离出来，将其移入逻辑上独立的控制环境——网络控制系统之中，并且SDN网络基于OpenFlow协议传输报文。该系统可在通用的服务器上运行，任何用户可随时、直接进行控制功能编程。因此，控制功能既不再局限于路由器中，也不再局限于只有设备的生产厂商才能够编程和定义。SDN的本质是逻辑集中控制层的可编程化。
SDN有助于实现网络的虚拟化，从而实现了网络的计算和存储资源的整合，最终使得只要通过一些简单的软件工具组合，就能实现对整个网络的控制和管理。这是基于SDN的云雾计算网络的众多优势之一，也是决定可以用它实现服务功能链的在云雾计算网络中重映射和迁移的关键因素。
网络运营商可以将本发明实施例提供的服务功能链实时迁移方法部署在SDN的控制路由器中的控制层上，SDN控制路由器可以调度自身带有的控制管理功能收集全网信息，获取网络中所有节点资源情况，以及链路的资源，时延等信息。通过这种集中式的控制方式该路由器就可以获取全网的拓扑以及相应的资源信息。
当有服务功能链请求到来时，SDN控制路由器可以根据自己所掌握的全网信息，调度部署在其控制层上的基于服务功能链的重映射和迁移方法，计算出重映射成本、拒绝率等关键参数，并反馈给运营商。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种应用于云雾计算网络的服务功能链实时迁移方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据目标物理网络及其资源约束，构建初始SFC迁移映射请求队列ArrivedSFC，并设置初始总重配置成本Tcost＝0，初始被阻塞SFC迁移请求集合SFCblo为空；
S2、判断ArrivedSFC是否为空，若是则进入步骤S12，否则进入步骤S3；
S3、释放ArrivedSFC中过期的SFC迁移映射请求占用的资源；
S4、采用第一步迁移服务功能链的算法重映射ArrivedSFC中第一个SFC迁移映射请求SFC1，得到第一步迁移中迁移的虚拟网络功能数量Ff以及重映射方案集合RM；
S5、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S6；
S6、判断是否满足1<Ff<|NF|，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量；
S7、采用第二步迁移服务功能链的算法重映射SFC1，更新重映射方案集合RM；
S8、判断RM是否为空，若是则表示SFC1重映射失败，进入步骤S10，否则表示SFC1重映射成功，进入步骤S9；
S9、根据重映射方案集合RM更新物理网络及Tcost，进入步骤S11；
S10、将SFC1添加进SFCblo；
S11、将SFC1从ArrivedSFC中清除，返回步骤S2；
S12、输出Tcost和SFCblo。
2.根据权利要求1所述的服务功能链实时迁移方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下分步骤：
S4-1、遍历SFC1中每一个虚拟网络功能fi，i＝1,2,…,|NF|，|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量；
S4-2、判断SFC1中的虚拟网络功能是否遍历完，若是则进入步骤S4-16，否则进入步骤S4-3；
S4-3、遍历物理网络中的每个节点nk，k＝1,2,…,|NP|，|NP|为物理网络节点数量；
S4-4、判断物理网络中的节点是否遍历完，若是则进入步骤S4-10，否则进入步骤S4-5；
S4-5、判断nk是否满足fi的位置约束，若是则进入步骤S4-6，否则返回步骤S4-3；
S4-6、将fi映射到nk上，并计算每个虚拟网络功能fi的重映射成本CostVNF(fi→nk)，计算公式为：
CostVNF(fi→nk)＝p(nk)ε(fi) (1)
其中p(nk)表示nk的节点资源单位成本，ε(fi)表示fi的节点资源需求；
S4-7、查找SFC1中每条SFC链路ei的最小成本路径以及从nk到服务终端LT的最小成本路径p(nk,LT)；
S4-8、计算每条SFC链路ei的重映射成本Cost(pei)，计算公式为：
其中p(lj)表示物理网络中链路lj的单位成本，j＝1,2,…,|EP|，|EP|为物理网络链路数量；ε(ei)表示ei的带宽资源需求，Cost(p(nk,LT))表示路径p(nk,LT)的成本，计算公式为：
其中ε(ei+1)表示路径p(nk,LT)的带宽资源需求；
S4-9、计算fi的总重映射成本TCostVNF(fi→nk)，返回步骤S4-3，总重映射成本TCostVNF(fi→nk)的计算公式为：
TCostVNF(fi→nk)＝CostVNF(fi→nk)+Cost(pei) (4)
S4-10、判断是否能从所有fi的重映射方案中找到总重映射成本TCostVNF(fi→nk)最小的重映射方案，若是则进入步骤S4-12，否则进入步骤S4-11；
S4-11、清空重映射方案集合RM，并进入步骤S4-16；
S4-12、将总重映射成本TCostVNF(fi→nk)最小的重映射方案，并将fi和SFC链路ei的重映射方案储存到重映射方案集合RM中，进入步骤S4-13；
S4-13、判断是否满足2≤i<|NF|，若是则进入步骤S4-14，否则返回步骤S4-1；
S4-14、判断是否能够找到连接虚拟网络功能fi的重映射方案RM(fi)和虚拟网络功能fi+1的初始映射方案IM(fi+1)的最短路径p(RM(fi),IM(fi+1))，若是则进入步骤S4-15，否则返回步骤S4-1；
S4-15、采用第一步迁移中虚拟网络功能的迁移路由和带宽分配算法迁移被重映射的虚拟网络功能，更新第一步迁移中迁移的虚拟网络功能数量Ff＝i；
S4-16、输出重映射方案集合RM和虚拟网络功能数量Ff。
3.根据权利要求2所述的服务功能链实时迁移方法，其特征在于，所述步骤S4-15具体包括以下分步骤：
S4-15-1、初始化i＝1,2,…,Ff；
S4-15-2、查找连接每一个虚拟网络功能fi重映射方案和初始映射方案的最短迁移路径p(RM(fi),IM(fi))；
S4-15-3、采用基于预复制的并行迁移策略迁移每一个虚拟网络功能fi；
S4-15-4、分别计算每一个虚拟网络功能fi的迁移时间Ti,mig、停机时间的起始时间和停机时间的结束时间
所述迁移时间Ti,mig的计算公式为：
其中Ti,j表示第j次迭代迁移fi记忆的时间，V(fi)表示fi的记忆大小，B(fi)表示fi获得的迁移速率，ri＝PD/B(fi)表示“脏”数据产生速率与迁移速率之比，D和P分别表示内存页的“脏”数据产生速率和内存页的大小，λi表示实际的迭代次数，计算公式为：
其中Vth为停止迭代门限值，λmax为最大迭代次数；
所述停机时间的起始时间的计算公式为：
所述停机时间的结束时间的计算公式为：
S4-15-5、分别计算第一步迁移的迁移时间TF,mig、第一步迁移停机时间的起始时间第一步迁移停机时间的结束时间和第一步迁移的停机时间TF,down；
所述第一步迁移的迁移时间TF,mig的计算公式为：
其中，B表示服务功能链迁移请求的总迁移带宽需求，B/Ff＝B(fi)表示fi获得的迁移速率；
所述第一步迁移停机时间的起始时间的计算公式为：
所述第一步迁移停机时间的结束时间的计算公式为：
所述第一步迁移的停机时间TF,down的计算公式为：
S4-15-6、输出TF,mig和TF,down。
4.根据权利要求3所述的服务功能链实时迁移方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括以下分步骤：
S7-1、遍历SFC1中每一个虚拟网络功能fj，j＝Ff+1,…,|NF|，|NF|为SFC1中虚拟网络功能的数量；
S7-2、判断SFC1中的虚拟网络功能是否遍历完，若是则进入步骤S7-13，否则进入步骤S7-3；
S7-3、遍历物理网络中的每个节点nk，k＝1,2,…,|NP|，|NP|为物理网络节点数量；
S7-4、判断物理网络中的节点是否遍历完，若是则进入步骤S7-10，否则进入步骤S7-5；
S7-5、判断nk是否满足fj的位置约束，若是则进入步骤S7-6，否则返回步骤S7-3；
S7-6、将fj映射到nk上，并计算每个虚拟网络功能fj的重映射成本CostVNF(fj→nk)，计算公式为：
CostVNF(fj→nk)＝p(nk)ε(fj) (13)
其中p(nk)表示nk的节点资源单位成本，ε(fj)表示fj的节点资源需求；
S7-7、查找SFC1中每条SFC链路ej的最小成本路径以及从nk到服务终端LT的最小成本路径p(nk,LT)；
S7-8、计算每条SFC链路ej的重映射成本Cost(pej)，计算公式为：
其中p(lj)表示物理网络中链路lj的单位成本，j＝1,2,…,|EP|，|EP|为物理网络链路数量；ε(ej)表示ej的带宽资源需求，Cost(p(nk,LT))表示路径p(nk,LT)的成本，计算公式为：
其中ε(ej+1)表示路径p(nk,LT)的带宽资源需求；
S7-9、计算fj的总重映射成本TCostVNF(fj→nk)，返回步骤S7-3，总重映射成本TCostVNF(fj→nk)的计算公式为：
TCostVNF(fj→nk)＝CostVNF(fj→nk)+Cost(pej) (16)
S7-10、判断是否能从所有fj的重映射方案中找到总重映射成本TCostVNF(fj→nk)最小的重映射方案，若是则进入步骤S7-11，否则进入步骤S7-12；
S7-11、将总重映射成本TCostVNF(fj→nk)最小的重映射方案，并将fj和SFC链路ej的重映射方案储存到重映射方案集合RM中，返回步骤S7-1；
S7-12、清空重映射方案集合RM，并进入步骤S7-14；
S7-13、采用第二步迁移中虚拟网络功能的迁移路由和带宽分配算法迁移被重映射的虚拟网络功能；
S7-14、输出重映射方案集合RM。
5.根据权利要求4所述的服务功能链实时迁移方法，其特征在于，所述步骤S7-13具体包括以下分步骤：
S7-13-1、初始化j＝Ff+1,…,|NF|；
S7-13-2、查找连接每一个虚拟网络功能fj重映射方案和初始映射方案的最短迁移路径p(RM(fj),IM(fj))；
S7-13-3、采用基于后复制的并行迁移策略迁移每一个虚拟网络功能fj；
S7-13-4、计算每一个虚拟网络功能fj的迁移时间Tj,mig，计算公式为：
其中V(fj)表示fj的记忆大小，Sf表示第二步迁移中迁移的虚拟网络功能数量，Ff+Sf＝|NF|，B表示服务功能链迁移请求的总迁移带宽需求，B/Ff＝B(fj)表示fj获得的迁移速率；
S7-13-5、分别计算第二步迁移的迁移时间TS,mig、SFC1的迁移时间TSFC,mig和SFC1的停机时间TSFC,down；
所述第二步迁移的迁移时间TS,mig的计算公式为：
所述SFC1的迁移时间TSFC,mig的计算公式为：
所述SFC1的停机时间TSFC,down的计算公式为：
S7-13-6、输出TSFC,mig和TSFC,down。
6.根据权利要求5所述的服务功能链实时迁移方法，其特征在于，所述步骤S9中更新Tcost的公式为：
Tcosta＝Tcostb+CostRM (21)
其中Tcosta表示更新前的总重配置成本，Tcostb表示更新后的总重配置成本，CostRM表示SFC1的重映射方案RM的总成本，计算公式为：
其中CostVNF(fi→nk)表示fi的重映射成本，|EF|为SFC1中虚拟链路的数量，p(lj)表示物理网络中链路lj的单位成本，j＝1,2,…,|EP|，|EP|为物理网络链路数量；表示虚拟链路ei的最小成本路径，ε(ei)表示虚拟链路ei的带宽资源需求。
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