CN113014302B - 一种面向卫星网络的网络功能服务链部署方法 - Google Patents

一种面向卫星网络的网络功能服务链部署方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供的一种面向卫星网络的网络功能服务链部署方法，应用于卫星技术领域，获取卫星网络当前的网络状态信息；利用预先建立的基于进化图的卫星网络拓扑模型，根据网络状态信息生成卫星网络的进化图，其中，卫星网络的进化图表示卫星网络拓扑子图与时间的变化关系；根据进化图，计算得到卫星网络的多种部署策略；获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各部署策略的部署成本；选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略。可以在卫星链路发生变化时，计算部署成本最低的卫星网络部署策略，从而对卫星网络进行快速部署，避免服务质量的下降。

Description

一种面向卫星网络的网络功能服务链部署方法
技术领域
本发明涉及卫星通讯技术领域，特别是涉及一种面向卫星网络的网络功能服务链部署方法。
背景技术
随着通信技术的飞速发展，当今社会对信息化的需求不断增加，卫星通信由于其无线电资源丰富、覆盖面积大、通信距离长、真空传输时延短、部署速度快、地面网络干扰小等特点，在满足5G大吞吐量和全球通信方面的需求方面，与地面网络共同发挥着重要的作用。
然而，由于卫星网络存在星上节点资源有限、拓扑周期性时变等特点，导致网络功能服务链的业务发生中断和频繁的迁移，需要对服务链进行重新部署。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种面向卫星网络的网络功能服务链部署方法，用以解决当卫星链路发生变化时，如何服务链进行重新部署的问题。具体技术方案如下：
在本申请的第一方面，首先提供了一种面向卫星网络的网络功能服务链部署方法，方法包括：
获取卫星网络当前的网络状态信息；
利用预先建立的基于进化图的卫星网络拓扑模型，根据网络状态信息生成卫星网络的进化图，其中，卫星网络的进化图表示卫星网络拓扑子图与时间的变化关系；
根据进化图，计算得到卫星网络的多种部署策略；
获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各部署策略的部署成本；
选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略。
可选的，功能服务链放置模型为：
Figure GDA0003560685560000021
Figure GDA0003560685560000022
Figure GDA0003560685560000023
Figure GDA0003560685560000024
Figure GDA0003560685560000025
计算各部署策略的部署成本；
其中，
Figure GDA0003560685560000026
为服务链的带宽成本,
Figure GDA0003560685560000027
为服务链的计算资源成本，
Figure GDA0003560685560000028
为潜在的迁移成本，α为资源成本的权重，β为迁移开销的权重，
Figure GDA0003560685560000029
为第i条SFC的第j个VNF的cpu开销，
Figure GDA00035606855600000210
表示节点的部署关系，
Figure GDA00035606855600000211
表示j被部署在了u节点上，
Figure GDA00035606855600000212
为表示节点u的总计算资源，
Figure GDA00035606855600000213
为表示部署服务链i之前，u节点的剩余资源比例，bwi为部署第i条SFC时占用的带宽，
Figure GDA00035606855600000214
为链路的部署状态，
Figure GDA00035606855600000215
为分别表示uv链路的带宽，
Figure GDA00035606855600000216
为部署服务链i之前的剩余带宽比例，u和v均表示卫星节点，uv为u节点和v节点之间的链路，L为卫星拓扑边集合，
Figure GDA00035606855600000217
为uv链路的延迟，
Figure GDA00035606855600000218
表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000219
是否穿过节点u，
Figure GDA00035606855600000220
表示SFC的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000221
经过节点u，di,u为u节点的传输时延，tdi为服务链i能允许的最大时延，
Figure GDA00035606855600000222
表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000223
是否穿过链路uv，
Figure GDA00035606855600000224
为表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000225
是否穿过链路vu，si为服务链起点，Ti为服务链的终点，Ei为节点的集合。
可选的，获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各部署策略的部署成本，包括：
获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型，通过公式：
Figure GDA00035606855600000226
Figure GDA00035606855600000227
分别计算服务链部署在各条链路时的成本和各个节点的部署成本；
将根据各个节点的部署成本，通过公式：
Figure GDA0003560685560000031
计算各部署策略的部署成本。
可选的，选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略之后，方法还包括：
统计目标部署策略对应的服务链切换的链路数量；
判断服务链切换的链路数量是否大于预设阈值；
若是，则将根据部署策略执行迁移操作，统计迁移操作对应的物理链路；从卫星网络中各节点的总计算资源中减去迁移操作对应的物理链路的资源，并利用Dijkstra算法将节点重新进行连接。
在本申请的第二方面，提供了一种面向卫星网络的网络功能服务链部署装置，装置包括：
状态信息获取模块，用于获取卫星网络当前的网络状态信息；
进化图生成模块，用于利用预先建立的基于进化图的卫星网络拓扑模型，根据网络状态信息生成卫星网络的进化图，其中，卫星网络的进化图表示卫星网络拓扑子图与时间的变化关系；
部署策略获取模块，用于根据进化图，计算得到卫星网络的多种部署策略；
部署成本计算模块，用于获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各部署策略的部署成本；
目标策略选取模块，用于选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略。
可选的，功能服务链放置模型为：
Figure GDA0003560685560000032
Figure GDA0003560685560000033
Figure GDA0003560685560000034
Figure GDA0003560685560000035
Figure GDA0003560685560000041
计算各部署策略的部署成本；
其中，
Figure GDA0003560685560000042
为服务链的带宽成本,
Figure GDA0003560685560000043
为服务链的计算资源成本，
Figure GDA0003560685560000044
为潜在的迁移成本，α为资源成本的权重，β为迁移开销的权重，
Figure GDA0003560685560000045
为第i条SFC的第j个VNF的cpu开销，
Figure GDA0003560685560000046
表示节点的部署关系，
Figure GDA0003560685560000047
表示j被部署在了u节点上，
Figure GDA0003560685560000048
为表示节点u的总计算资源，
Figure GDA0003560685560000049
为表示部署服务链i之前，u节点的剩余资源比例，bwi为部署第i条SFC时占用的带宽，
Figure GDA00035606855600000410
为链路的部署状态，
Figure GDA00035606855600000411
为分别表示uv链路的带宽，
Figure GDA00035606855600000412
为部署服务链i之前的剩余带宽比例，u和v均表示卫星节点，uv为u节点和v节点之间的链路，L为卫星拓扑边集合，
Figure GDA00035606855600000413
为uv链路的延迟，
Figure GDA00035606855600000414
表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000415
是否穿过节点u，
Figure GDA00035606855600000416
表示SFC的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000417
经过节点u，di,u为u节点的传输时延，tdi为服务链i能允许的最大时延，
Figure GDA00035606855600000418
表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000419
是否穿过链路uv，
Figure GDA00035606855600000420
为表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000421
是否穿过链路vu，si为服务链起点，Ti为服务链的终点，Ei为节点的集合。
可选的，部署成本计算模块，包括：
节点成本计算子模块，用于获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型，通过公式：
Figure GDA00035606855600000422
Figure GDA00035606855600000423
分别计算服务链部署在各条链路，各个节点的部署成本；
部署成本计算子模块，用于将根据各个节点的部署成本，通过公式：
Figure GDA00035606855600000424
计算各部署策略的部署成本。
可选的，上述装置还包括：
链路数量统计模块，用于统计目标部署策略对应的服务链切换的链路数量；
预设阈值判断模块，用于判断服务链切换的链路数量是否大于预设阈值；
节点连接模块，用于若是，则将根据部署策略执行迁移操作，统计迁移操作对应的物理链路；从卫星网络中各节点的总计算资源中减去迁移操作对应的物理链路的资源，并利用Dijkstra算法将节点重新进行连接。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例提供的一种面向卫星网络的网络功能服务链部署方法，获取卫星网络当前的网络状态信息；利用预先建立的基于进化图的卫星网络拓扑模型，根据网络状态信息生成卫星网络的进化图，其中，卫星网络的进化图表示卫星网络拓扑子图与时间的变化关系；根据进化图，计算得到卫星网络的多种部署策略；获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各部署策略的部署成本；选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略。可以在卫星链路发生变化时，通过计算部署成本最低的卫星网络部署策略，从而对卫星网络进行快速部署。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本申请实施例提供的面向卫星网络的网络功能服务链部署方法的流程示意图；
图2a为本申请实施例提供的时间扩展图的示意图；
图2b为本申请实施例提供的进化图的示意图；
图3为本申请实施例提供的面向卫星网络的网络功能服务链部署装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请的第一方面，首先提供了一种面向卫星网络的网络功能服务链部署方法，方法包括：
获取卫星网络当前的网络状态信息；
利用预先建立的基于进化图的卫星网络拓扑模型，根据网络状态信息生成卫星网络的进化图，其中，卫星网络的进化图表示卫星网络拓扑子图与时间的变化关系；
根据进化图，计算得到卫星网络的多种部署策略；
获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各部署策略的部署成本；
选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略。
通过本申请实施例提供了一种面向卫星网络的网络功能服务链的部署方法，可以在卫星链路发生变化时，通过计算部署成本最低的卫星网络部署策略，实现对卫星网络进行快速部署，避免服务质量的下降。
具体的，参见图1，图1为本申请实施例提供的面向卫星网络的网络功能服务链部署方法的流程示意图，包括：
步骤S11，获取卫星网络当前的网络状态信息。
其中，当前状态信息包括：卫星网络中各节点的总计算资源、卫星网络中各节点的剩余计算资源、卫星网络链路的总带宽、卫星网络链路的剩余带宽、卫星网络链路的延迟、卫星网络链路的连接关系，卫星网络链路的连接关系表示卫星网络在一个轨道周期内，对应多个时刻时节点间的连通性。
本申请实施例的面向卫星网络的网络功能服务链部署方法应用于智能终端，可以通过智能终端实现，具体的该智能终端可以为电脑、智能手机或服务器等。
步骤S12，利用预先建立的基于进化图的卫星网络拓扑模型，根据网络状态信息生成卫星网络的进化图。
其中，卫星网络的进化图表示卫星网络拓扑子图与时间的变化关系。
本发明实施例的基于进化图的卫星网络拓扑模型，利用进化图将卫星网络抽象为离散的数学模型，再将SFC放置问题建模为二进制整数规划(Binary Integerprogramming)问题进行求解。
可选的，本发明实施例中建立基于进化图的卫星网络拓扑模型的方法可以通过：获取卫星轨道半径，确定卫星网络的运行周期Tr，将其划分为等间隔的时间片t＝1,2…,T。假设卫星轨道和地球轨道均为圆形，由于t之间的间隔通常取值较小，因此，在t时间内卫星的拓扑链路状态几乎不会发生改变。
然后，通过
Figure GDA0003560685560000071
表示卫星网络中的节点集合,
Figure GDA0003560685560000072
分别表示节点u的总计算资源和剩余的计算资源。无向图Gt＝Tt(V,Lt)表示第t个时间片对应的卫星网络拓扑子图，Lt表示t时刻的卫星网络链路集合，uv∈L表示2个节点之间的链路，
Figure GDA0003560685560000074
分别表示uv链路的总带宽和剩余带宽，duv表示链路uv的延迟。定义时间扩展图(Time-Expanded Graph)G＝{Gi|i＝1,..,T}为卫星网络子图的序列集合，即将原始的图扩展为相同时间间隔的子图集合，如图2a，图中1、2、3、4表示不同的序列，v1、v2、v3、v4表示不同的网络节点。本领域人员可知，利用时间扩展图可以有效地存储卫星网络的时空信息，但是这种以时间分层的拓扑会导致求解连续时间部署问题的空间和时间复杂度大幅度增加。因此，本发明实施例中，将时间扩展图转化为进化图G＝G(V,L)，如图2b，图中v1、v2、v3、v4表示不同的网络节点。
步骤S13，根据进化图，计算得到卫星网络的多种部署策略。
通过进化图可以将时间扩展图的连接信息以时间索引的形式记录到各条边上，即通过限制某时刻图的连通性，将拓扑时域信息记录到模型中。利用进化图可以避免移动或删除当前未连接的边的信息的造成的额外开销，尤其适用于卫星网络这种拓扑周期性动态变化的相关问题。本发明实施例中通过一组二进制序列
Figure GDA0003560685560000073
来表示链路(u,v)在一个轨道周期内的连通性。
步骤S14，获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各部署策略的部署成本。
可选的，网络功能服务链放置模型为：
Figure GDA0003560685560000081
Figure GDA0003560685560000082
Figure GDA0003560685560000083
Figure GDA0003560685560000084
Figure GDA0003560685560000085
其中，
Figure GDA0003560685560000086
为服务链的带宽成本,
Figure GDA0003560685560000087
为服务链的计算资源成本，
Figure GDA0003560685560000088
为潜在的迁移成本，α为资源成本的权重，α越大则资源成本的重要性也越高，β为迁移开销的权重，β越大则迁移成本的重要性也越高，
Figure GDA0003560685560000089
为第i条SFC的第j个VNF的cpu开销，
Figure GDA00035606855600000810
表示节点的部署关系，
Figure GDA00035606855600000811
表示j被部署在了u节点上，反之则为0，
Figure GDA00035606855600000812
为表示节点u的总计算资源，
Figure GDA00035606855600000813
为表示部署服务链i之前，u节点的剩余资源比例，bwi为部署第i条SFC时占用的带宽，
Figure GDA00035606855600000814
为链路的部署状态，
Figure GDA00035606855600000815
为分别表示uv链路的带宽，
Figure GDA00035606855600000816
为部署服务链i之前的剩余带宽比例，u和v均表示卫星节点，uv为u节点和v节点之间的链路，L为卫星拓扑边集合，
Figure GDA00035606855600000817
为uv链路的延迟，
Figure GDA00035606855600000818
表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000819
是否穿过节点u，
Figure GDA00035606855600000820
表示SFC的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000821
经过节点u，反之则为0，di,u为u节点的传输时延，tdi为服务链i能允许的最大时延，
Figure GDA00035606855600000822
表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000823
是否穿过链路uv，
Figure GDA00035606855600000824
为表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000825
是否穿过链路vu，si为服务链起点，Ti为服务链的终点，Ei为节点的集合。
其中，服务链的部署信息包括：服务链的入口和出口节点的位置、虚拟化网络功能VNF节点类型和顺序、cpui、带宽的消耗和网络功能服务链SFC允许的最大延迟。
上述网络功能服务链放置模型中，α和β分别表示资源开销和迁移开销的权重，公式(2)为计算资源约束，表示在部署第i条服务链时，任意节点上部署的VNF计算资源开销总量不能超过节点的剩余资源总量，公式(3)表示SFC部署的带宽约束，表示部署第i条SFC时占用的带宽bwi不能超过链路的剩余带宽。公式(4)表示SFC的时延约束，表示求解得到的服务链i的部署策略不能超过其所允许的最大时延上限tdi，tdi主要包括路径的传播时延和节点的传输时延两部分。
Figure GDA0003560685560000091
表示t时刻链路uv的传播时延，通过卫星节点的距离公式计算得到；di,u表示服务链i通过节点u时的传输时延；di,u表示服务链i通过节点u时的传输时延。公式(5)表示一个SFC的逻辑链路必须是逐个相连的。
本发明实施例中建立网络功能服务链放置模型的方法可以通过：将一个待部署服务链i用六个元素的集合{Si,Di,Qi,bwi,cpui,tdi}来表示，其中Si和Di分别表示表示服务链的入口和出口节点所在的位置。
Figure GDA0003560685560000092
表示服务链需要部署的VNF节点类型和顺序，其中l表示服务链的长度(即一条SFC链上的VNF个数),μ表示节点处于第μ个VNF。bwi表示带宽的消耗，tdi表示SFC允许的最大延迟。本发明实施例中通过有向图Fi＝(Ni,Ei)表示服务链的连接信息，Ni和Ei分别表示VNF所处的节点和连接VNF的逻辑链路。
Figure GDA0003560685560000093
表示SFC中的VNFu和VNFv的对应的两个节点，
Figure GDA0003560685560000094
表示
Figure GDA0003560685560000095
节点之间的逻辑链路。
因此，一条SFC的部署需要解决VNF的位置部署问题，并引导流量从入口节点按顺序经过相应VNF处理后从出口节点流出，部署服务链的资源开销主要由带宽开销和计算资源开销两部分组成，分别如公式(6)(7)所示：
Figure GDA0003560685560000096
Figure GDA0003560685560000097
其中，
Figure GDA0003560685560000098
为服务链的带宽成本,bwi为部署第i条SFC时占用的带宽，
Figure GDA0003560685560000099
为链路的部署状态，
Figure GDA00035606855600000910
表示SFC的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000911
会经过物理链路uv，
Figure GDA00035606855600000912
则表示SFC的逻辑链路
Figure GDA00035606855600000913
不会经过物理链路uv。
Figure GDA00035606855600000914
为链路uv的带宽，
Figure GDA00035606855600000915
为部署服务链i之前的剩余带宽比例，取值范围为[0,1]；
Figure GDA00035606855600000916
为为服务链的计算资源成本，
Figure GDA00035606855600000917
为第i条服务链的第j个VNF的cpu开销大小，
Figure GDA00035606855600000918
为表示节点u的总计算资源，
Figure GDA00035606855600000919
为表示部署服务链i之前CPU资源的剩余比例，取值为[0,1]，
Figure GDA00035606855600000920
表示部署关系，
Figure GDA00035606855600000921
表示服务链i的VNF实例j∈Qi被部署在了u节点，反之则为0。u节点的剩余资源比例，取值范围为[0,1]。
在计算开销时，开销和剩余资源的大小成反比，和当前VNF消耗的资源成正比。当SFC经过剩余资源较多的节点或链路时，
Figure GDA0003560685560000101
的增长速度较慢，当资源需求接近剩余资源时，代价函数会迅速增长。因此，利用剩余资源作为代价函数可以有效规避接近瓶颈的带宽和链路，确保网络的负载均衡，降低拥塞发生的概率。公式中用二进制变量
Figure GDA0003560685560000102
和
Figure GDA0003560685560000103
来指代网络的部署状态，
Figure GDA0003560685560000104
表示SFC的逻辑链路
Figure GDA0003560685560000105
会经过物理链路uv，
Figure GDA0003560685560000106
则表示SFC的逻辑链路
Figure GDA0003560685560000107
不会经过物理链路uv。
Figure GDA0003560685560000108
表VNF实例j∈Qi被部署在了u节点，反之则为0。
在t时刻，部署网络功能服务链实例i的潜在迁移开销如公式(8)所示，k是序列
Figure GDA0003560685560000109
中从t时刻开始的非0元素的个数，
Figure GDA00035606855600001010
代表t时刻链路的连通性
Figure GDA00035606855600001011
表示t时刻uv链路是连同的，否则为0；
Figure GDA00035606855600001012
表示SFC的逻辑链路mn会经过物理链路uv。
Figure GDA00035606855600001013
的值越小，说明在未来一段时间内，承载该服务链的链路越稳定。而将SFC部署在较为稳定的链路上，可以有效降低迁移的带来的开销，
Figure GDA00035606855600001014
表示SFC的第i条链路逻辑链路
Figure GDA00035606855600001015
会经过物理链路uv，
Figure GDA00035606855600001016
则表示SFC的逻辑链路
Figure GDA00035606855600001017
不会经过物理链路uv。
Figure GDA00035606855600001018
在接收到SFC部署请求情况下，对于存在各种资源限制的卫星网络中，本文将VNF部署和业务流路径建模为一个二进制整数规划模型，在满足资源、延迟约束的前提下，最小化部署开销，即保证节点的负载均衡的同时减少迁移服务的迁移次数。可以得到最优化模型如公式(1)-(5)所示。
步骤S15，选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略。
通过本申请实施例提供了一种面向卫星网络的网络功能服务链的部署方法，可以在卫星链路发生变化时，通过计算部署成本最低的卫星网络部署策略，实现对卫星网络进行快速部署，避免服务质量的下降。
本申请实施例中，当问题规模较大时，采用枚举等精确算法会导致运行代价较高，难以在有效时间获得最优解。因此本发明提出了一个启发式算法来获得最低部署成本的近似解。因此，本申请通过先计算网络的资源成本、潜在迁移成本等参数来计算边权，简化部署问题的求解。
可选的，获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各部署策略的部署成本，包括：
获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型，通过公式：
Figure GDA0003560685560000111
Figure GDA0003560685560000112
计算各个节点的部署成本；其中，公式(9)用于计算各个边的部署成本；公式(10)用于计算各个节点的部署成本，
Figure GDA0003560685560000113
表示边权，
Figure GDA0003560685560000114
表示节点的权重。
将根据各个节点的部署成本，通过公式：
Figure GDA0003560685560000115
分别计算服务链部署在各条链路时的成本和各个节点的部署成本；
其中，
Figure GDA0003560685560000116
是由代价函数(6)(8)转化得到的边的权值，
Figure GDA0003560685560000117
由代价函数(7)转化得到节点的权值。部署算法的伪代码可以通过现有技术得到，此处不再赘述。其中，服务链部署在各条链路时的成本为对应部署该链路的成本，各个节点的部署成本为对应的部署各个节点时的成本。
本申请实施例中，当卫星由于轨道运动导致链路发生切换时，需要迁移或重新部署SFC。首先获取需要迁移的SFC相关信息，执行卫星网络服务链部署算法的步骤，包括：
输入
Figure GDA0003560685560000118
t，{Si,Di,Qi,bwi,cpui,tdi}，Fi＝(Ni,Ei)；输出SFC部署的近似解Gi’＝Gi’(Vi,Li)；
1)筛选节点；
2)利用公式(9)(10)计算各个节点、链路的开销；
3)for iter＝1:maxIter do；
4)初始化vindex←Si，vdes←Di，
Figure GDA0003560685560000119
5)for j＝1:|Qi|；
6)计算vindex到各点的距离矩阵
Figure GDA0003560685560000121
和vdes到各点权重矩阵
Figure GDA0003560685560000122
7)计算节点的代价矩阵Q；
8)根据公式11求解放置Qi的最低成本位置vindex′，更新Vi＝Vi∪vindex′以及求解vindex到Qi的路径Li’，更新Gi’令Li＝Li∪Li′；
9)更新网络状态,vindex＝vindex′；
10)验证是否部署结果是否满足公式(2)(3)(4)(5)的约束；
11)if满足公式(2)(3)(4)(5)的约束，返回Gi’解集；
12)else，不满足公式(2)(3)(4)(5)的约束，回滚到之前的网络状态，并对本轮求解的可行解所在的边和点增加一个惩罚因子Δ；
13)更新网络状态
部署上述卫星网络服务链部署算法的详细部署流程如下：
1)获取需要下一个时间片部署的网络功能服务链信息，包括但是不限于网络功能服务链的中的网络功能的组成，源端口，目的端口，带宽需求，时延需求。
2)根据下一时间片的卫星网络拓扑信息，以及当前的资源利用情况，筛选除去不满足要求的节点和链路。
3)利用公式(9)(10)分别计算部署时经过各个节点和链路的部署成本，作为权重赋值初始化图的权值。
4)初始化i＝1，表示开始计算部署第一个VNF的部署位置与路径。
5)计算在各个节点部署第i个VNF的链路成本，初始化节点vindex为源点Si，目的节点vdes←Di，利用Dijkstra算法计算各个节点到vindex和vdes的最短距离矩阵，分别为
Figure GDA0003560685560000123
和
Figure GDA0003560685560000124
6)计算部署第i个VNF的节点成本Q。
7)利用公式(11)计算满足部署成本最小的节点vindex′和路径Li’将结果存入解集，并更新网络状态。
8)更新i＝i+1，直到i＝l，重复执行4)到8)的步骤，直到求解得到相应的部署结果，即所有的VNF节点都求解得到了相应的部署位置。
9)检验部署结果是否满足约束，如果满足，则更新网络状态，返回部署结果，否则，回退网络状态到部署本VNF之前，并且对本轮使用的节点增加一个惩罚因子Δ，并重新执行4)到8)的部署流程。若本循环超过maxIter次，则判定无法部署该服务链，退出并返回部署失败。
本申请实施例中，执行卫星网络服务链迁移算法的步骤，包括：
输入
Figure GDA0003560685560000131
t，需要迁移的服务链Fi′＝(Ni′,Ei′)，输出迁移后的服务链
Figure GDA0003560685560000132
1)统计服务链发生切换的链路数量
2)根据发生切换的链路数量决策是否执行迁移操作
3)if执行迁移操作，更新网络状态；for发生切换的链路，计算权重，并重新路由；更新网络状态；检验重路由后的链路是否满足约束要求，满足则返回部署结果并更新网络状态，不满足则交付算法1执行重新部署。
4)else不执行迁移操作，交付给算法1进行重新部署。
可选的，选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略之后，上述方法还包括：
统计目标部署策略对应的服务链切换的链路数量；
判断服务链切换的链路数量是否大于预设阈值；
若是，则将根据部署策略执行迁移操作，统计迁移操作对应的物理链路；从卫星网络中各节点的总计算资源中减去迁移操作对应的物理链路的资源，并利用Dijkstra算法将节点重新进行连接。
在实际使用过程中，执行上述卫星网络服务链迁移算法的步骤，包括：
(1)获取由于卫星轨道变化而导致的服务中断的SFC.
(2)当发生切换的链路占比低于总的物理链路的1/3时，执行迁移操作，反之，则直接交付给算法1进行重新部署。
(3)统计服务链需要迁移的逻辑链路对应的物理链路，从网络中剔除这部分链路的资源占用。
(4)需要迁移的逻辑链路利用公式(9)重新计算链路权重，并利用Dijkstra算法将节点重新连接，更新网络状态。
(5)检验重路由后的链路是否满足约束要求，满足则返回部署结果并更新网络状态，不满足则交付算法1执行重新部署。
在本申请的第二方面，提供了一种面向卫星网络的网络功能服务链部署装置，参见图3，上述装置包括：
状态信息获取模块301，用于获取卫星网络当前的网络状态信息；
进化图生成模块302，用于利用预先建立的基于进化图的卫星网络拓扑模型，根据网络状态信息生成卫星网络的进化图，其中，卫星网络的进化图表示卫星网络拓扑子图与时间的变化关系；
部署策略获取模块303，用于根据进化图，计算得到卫星网络的多种部署策略；
部署成本计算模块304，用于获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各部署策略的部署成本；
目标策略选取模块305，用于选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略。
可选的，功能服务链放置模型为：
Figure GDA0003560685560000141
Figure GDA0003560685560000142
Figure GDA0003560685560000143
Figure GDA0003560685560000144
Figure GDA0003560685560000145
计算各部署策略的部署成本；
其中，
Figure GDA0003560685560000151
为服务链的带宽成本,
Figure GDA0003560685560000152
为服务链的计算资源成本，
Figure GDA0003560685560000153
为潜在的迁移成本，α为资源成本的权重，α越大则资源成本的重要性也越高，β为迁移开销的权重，β越大则迁移成本的重要性也越高，
Figure GDA0003560685560000154
为第i条SFC的第j个VNF的cpu开销，
Figure GDA0003560685560000155
表示节点的部署关系，
Figure GDA0003560685560000156
表示j被部署在了u节点上，反之则为0，
Figure GDA0003560685560000157
为表示节点u的总计算资源，
Figure GDA0003560685560000158
为表示部署服务链i之前，u节点的剩余资源比例，bwi为部署第i条SFC时占用的带宽，
Figure GDA0003560685560000159
为链路的部署状态，
Figure GDA00035606855600001510
为分别表示uv链路的带宽，
Figure GDA00035606855600001511
为部署服务链i之前的剩余带宽比例，u和v均表示卫星节点，uv为u节点和v节点之间的链路，L为卫星拓扑边集合，
Figure GDA00035606855600001512
为uv链路的延迟，
Figure GDA00035606855600001513
表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600001514
是否穿过节点u，
Figure GDA00035606855600001515
表示SFC的逻辑链路
Figure GDA00035606855600001516
经过节点u，反之则为0，di,u为u节点的传输时延，tdi为服务链i能允许的最大时延，
Figure GDA00035606855600001517
表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600001518
是否穿过链路uv，
Figure GDA00035606855600001519
为表示服务链的逻辑链路
Figure GDA00035606855600001520
是否穿过链路vu，si为服务链起点，Ti为服务链的终点，Ei为节点的集合。
可选的，部署成本计算模块304，包括：
节点成本计算子模块，用于获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型，通过公式：
Figure GDA00035606855600001521
Figure GDA00035606855600001522
分别计算服务链部署在各条链路时的成本和各个节点的部署成本；
部署成本计算子模块，用于将根据各个节点的部署成本，通过公式：
Figure GDA00035606855600001523
计算各部署策略的部署成本。
可选的，上述装置还包括：
链路数量统计模块，用于统计目标部署策略对应的服务链切换的链路数量；
预设阈值判断模块，用于判断服务链切换的链路数量是否大于预设阈值；
节点连接模块，用于若是，则将根据部署策略执行迁移操作，统计迁移操作对应的物理链路；从卫星网络中各节点的总计算资源中减去迁移操作对应的物理链路的资源，并利用Dijkstra算法将节点重新进行连接。
通过本申请实施例提供了一种面向卫星网络的网络功能服务链的部署装置，可以在卫星链路发生变化时，通过计算部署成本最低的卫星网络部署策略，实现对卫星网络进行快速部署，避免服务质量的下降。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图4所示，包括处理器401、通信接口402、存储器403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信，
存储器403，用于存放计算机程序；
处理器401，用于执行存储器403上所存放的程序时，实现如下步骤：
获取卫星网络当前的网络状态信息；
利用预先建立的基于进化图的卫星网络拓扑模型，根据网络状态信息生成卫星网络的进化图，其中，卫星网络的进化图表示卫星网络拓扑子图与时间的变化关系；
根据进化图，计算得到卫星网络的多种部署策略；
获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各部署策略的部署成本；
选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一面向卫星网络的网络功能服务链的部署方法的步骤。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一面向卫星网络的网络功能服务链的部署方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、存储介质、计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种面向卫星网络的网络功能服务链部署方法，其特征在于，所述方法包括：
获取卫星网络当前的网络状态信息；
利用预先建立的基于进化图的卫星网络拓扑模型，根据所述网络状态信息生成所述卫星网络的进化图，其中，所述卫星网络的进化图表示卫星网络拓扑子图与时间的变化关系；
根据所述进化图，计算得到所述卫星网络的多种部署策略；
获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各所述部署策略的部署成本；
选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略；
所述选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略之后，所述方法还包括：
统计所述目标部署策略对应的服务链切换的链路数量；
判断所述服务链切换的链路数量是否大于预设阈值；
若是，则将根据所述部署策略执行迁移操作，统计所述迁移操作对应的物理链路；从所述卫星网络中各节点的总计算资源中减去所述迁移操作对应的物理链路的资源，并利用Dijkstra算法将节点重新进行连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络功能服务链放置模型为：
Figure FDA0003560685550000011
Figure FDA0003560685550000012
Figure FDA0003560685550000013
Figure FDA0003560685550000014
Figure FDA0003560685550000015
其中，
Figure FDA0003560685550000021
为服务链的带宽成本,
Figure FDA0003560685550000022
为服务链的计算资源成本，
Figure FDA0003560685550000023
为潜在的迁移成本，α为资源成本的权重，β为迁移开销的权重，
Figure FDA0003560685550000024
为第i条SFC的第j个VNF的cpu开销，
Figure FDA0003560685550000025
表示节点的部署关系，
Figure FDA0003560685550000026
表示j被部署在了u节点上，
Figure FDA0003560685550000027
为表示节点u的总计算资源，
Figure FDA0003560685550000028
为表示部署服务链i之前，u节点的剩余资源比例，bwi为部署第i条SFC时占用的带宽，
Figure FDA0003560685550000029
为链路的部署状态，
Figure FDA00035606855500000210
为分别表示uv链路的带宽，
Figure FDA00035606855500000211
为部署服务链i之前的剩余带宽比例，u和v均表示卫星节点，uv为u节点和v节点之间的链路，L为卫星拓扑边集合，
Figure FDA00035606855500000212
为uv链路的延迟，
Figure FDA00035606855500000213
表示服务链的逻辑链路
Figure FDA00035606855500000214
是否穿过节点u，
Figure FDA00035606855500000215
表示SFC的逻辑链路
Figure FDA00035606855500000216
经过节点u，di,u为u节点的传输时延，tdi为服务链i能允许的最大时延，
Figure FDA00035606855500000217
表示服务链的逻辑链路
Figure FDA00035606855500000218
是否穿过链路uv，
Figure FDA00035606855500000219
为表示服务链的逻辑链路
Figure FDA00035606855500000220
是否穿过链路vu，i为服务链起点，Ti为服务链的终点，Ei表示连接VNF的逻辑链路；Qi表示服务链需要部署的VNF节点类型；Ni表示VNF所处的节点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各所述部署策略的部署成本，包括：
获取并根据服务链的部署信息，利用所述预先建立的网络功能服务链放置模型，通过公式：
Figure FDA00035606855500000221
Figure FDA00035606855500000222
分别计算服务链部署在各条链路时的成本和各个节点的部署成本；
将所述根据所述各个节点的部署成本，通过公式：
Figure FDA00035606855500000223
计算各所述部署策略的部署成本；
其中，
Figure FDA0003560685550000031
表示时刻l时刻链路的连通性；μ表示节点处于第μ个VNF；
Figure FDA0003560685550000032
初始化节点到各点的距离矩阵；
Figure FDA0003560685550000033
表示目的节点到个点权重矩阵；Q表示节点的代价矩阵。
4.一种面向卫星网络的网络功能服务链部署装置，其特征在于，所述装置包括：
状态信息获取模块，用于获取卫星网络当前的网络状态信息；
进化图生成模块，用于利用预先建立的基于进化图的卫星网络拓扑模型，根据所述网络状态信息生成所述卫星网络的进化图，其中，所述卫星网络的进化图表示卫星网络拓扑子图与时间的变化关系；
部署策略获取模块，用于根据所述进化图，计算得到所述卫星网络的多种部署策略；
部署成本计算模块，用于获取并根据服务链的部署信息，利用预先建立的网络功能服务链放置模型计算各所述部署策略的部署成本；
目标策略选取模块，用于选取部署成本最低的部署策略为目标部署策略；
链路数量统计模块，用于统计所述目标部署策略对应的服务链切换的链路数量；
预设阈值判断模块，用于判断所述服务链切换的链路数量是否大于预设阈值；
节点连接模块，用于若是，则将根据所述部署策略执行迁移操作，统计所述迁移操作对应的物理链路；从所述卫星网络中各节点的总计算资源中减去所述迁移操作对应的物理链路的资源，并利用Dijkstra算法将节点重新进行连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述网络功能服务链放置模型为：
Figure FDA0003560685550000034
Figure FDA0003560685550000035
Figure FDA0003560685550000041
Figure FDA0003560685550000042
Figure FDA0003560685550000043
其中，
Figure FDA0003560685550000044
为服务链的带宽成本,
Figure FDA0003560685550000045
为服务链的计算资源成本，
Figure FDA0003560685550000046
为潜在的迁移成本，α为资源成本的权重，β为迁移开销的权重，
Figure FDA0003560685550000047
为第i条SFC的第j个VNF的cpu开销，
Figure FDA0003560685550000048
表示节点的部署关系，
Figure FDA0003560685550000049
表示j被部署在了u节点上，
Figure FDA00035606855500000410
为表示节点u的总计算资源，
Figure FDA00035606855500000411
为表示部署服务链i之前，u节点的剩余资源比例，bwi为部署第i条SFC时占用的带宽，
Figure FDA00035606855500000412
为链路的部署状态，
Figure FDA00035606855500000413
为分别表示uv链路的带宽，
Figure FDA00035606855500000414
为部署服务链i之前的剩余带宽比例，u和v均表示卫星节点，uv为u节点和v节点之间的链路，L为卫星拓扑边集合，
Figure FDA00035606855500000415
为uv链路的延迟，
Figure FDA00035606855500000416
表示服务链的逻辑链路
Figure FDA00035606855500000417
是否穿过节点u，
Figure FDA00035606855500000418
表示SFC的逻辑链路
Figure FDA00035606855500000419
经过节点u，di,u为u节点的传输时延，tdi为服务链i能允许的最大时延，
Figure FDA00035606855500000420
表示服务链的逻辑链路
Figure FDA00035606855500000421
是否穿过链路uv，
Figure FDA00035606855500000422
为表示服务链的逻辑链路
Figure FDA00035606855500000423
是否穿过链路vu，i为服务链起点，Ti为服务链的终点，Ei表示连接VNF的逻辑链路；Qi表示服务链需要部署的VNF节点类型；Ni表示VNF所处的节点。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述部署成本计算模块，包括：
节点成本计算子模块，用于获取并根据服务链的部署信息，利用所述预先建立的网络功能服务链放置模型，通过公式：
Figure FDA00035606855500000424
Figure FDA00035606855500000425
分别计算服务链部署在各条链路时的成本和各个节点的部署成本；
部署成本计算子模块，用于将所述根据所述各个节点的部署成本，通过公式：
Figure FDA0003560685550000051
计算各所述部署策略的部署成本；
其中，
Figure FDA0003560685550000052
表示时刻l时刻链路的连通性；μ表示节点处于第μ个VNF；
Figure FDA0003560685550000053
初始化节点到各点的距离矩阵；
Figure FDA0003560685550000054
表示目的节点到个点权重矩阵；Q表示节点的代价矩阵。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-3任一所述的方法步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一所述的方法步骤。
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