CN113055234A - 一种基于边缘计算的服务功能链部署方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于边缘计算的服务功能链部署方法。首先根据边缘计算网络场景得到所有任务请求的数据参数和所有微云服务器的性能参数；然后构建任务完成时间最优化问题模型，按照任务编号从小到大的顺序依次对每个任务请求执行一种近似算法，解决任务完成时间最小化问题，计算所有任务请求的链路选择决策和SFC中VNF实例的部署决策；最后网络控制器根据部署决策在微云服务器上部署VNF实例，然后将所有任务请求的SFC中所有VNF分配至VNF实例执行。本发明能够适用于边缘计算网络场景下任务请求的SFC部署，通过降低每个任务请求执行SFC的时间开销，从而最小化边缘计算网络场景下完成任务集合的总服务时间。

Description

一种基于边缘计算的服务功能链部署方法

技术领域

本发明主要涉及到边缘计算领域，特别是涉及到一种基于边缘计算的服务功能链部署方法。

背景技术

近年来，随着移动设备的日益普及，来自移动用户的服务需求呈指数增长。来自诸如虚拟现实、物联网和可穿戴设备等应用程序的新兴服务需求正在构成网络中的大部分计算。此外，随着这些应用程序的发展，用户越发希望高速、低延迟、始终在线和面向多媒体的连接。为了适应这种趋势，电信服务提供商引入了边缘计算，这是一项新技术，可在网络边缘提供IT服务环境和云计算功能。

为了提供既减少了资金投入又减少运营费用的灵活服务，服务提供商提倡另一种有前途的技术，称为网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)。在边缘计算中，可以在微云服务器上使用虚拟网络功能(Virtual Network Function,VNF)灵活地设置网络服务，同时按需为用户提供服务。此外，边缘的服务需求通常要求严格的低延迟，以便为终端设备提供即时体验。例如，来自增强现实的服务需求要求端到端延迟不应超过10-20毫秒。作为NFV中的典型应用，服务功能链通常由VNF实例的有序序列组成。实际上，VNF实例不仅可以由不同的服务需求共享，还可以部署在不同的网络设备上。

综上所述，为了满足终端设备的低延迟服务需求，需要利用边缘计算平台，把终端设备所要求的服务功能链部署在微云服务器上，通过降低每个终端设备执行服务功能链(Service Function Chain，SFC)的时间开销，从而最小化所有终端设备的总服务时间。

发明内容

本发明提出了一种基于边缘计算的服务功能链部署方法，主要应用于边缘计算方面，主要优点是使任务请求执行SFC的时间开销最优化，从而能够最小化边缘计算网络场景下完成任务集合的总服务时间。本发明的方案具体如下：

1.网络控制器可以通过一种近似算法来得到SFC中VNF的部署方案：

步骤1、构建边缘计算网络场景，网络中存在M个微云服务器，微云服务器集合由C＝{c₁,c₂,...,c_m,...,c_M}表示，微云服务器之间通过链路相互连接，存在N个任务请求，任务请求集合由U＝{u₁,u₂,...,u_n,...,u_N}表示，任意任务请求u_n都包含一个SFC，用

表示，任务请求u_n的SFC的长度为K_n，SFC中任意VNF

都需要在微云服务器上部署相同类型的VNF实例来进行处理，任务请求u_n在任意两个微云服务器c_m和c_m′间链路e_m,m′上的传输时间由

表示，当m＝m′时，任务在同一个微云服务器上的传输时间

步骤2、按照任务编号从小到大的顺序依次对每个任务请求u_n构建新的网络拓扑结构图Gⁿ＝(Cⁿ,Eⁿ)，网络控制器根据任务请求u_n的VNF请求

的类型，在每个微云服务器c_m上虚拟出对应类型的VNF节点

每个微云服务器中的虚拟节点数目为任务请求u_n的SFC长度K_n，Cⁿ表示Gⁿ中虚拟的VNF节点的集合，Eⁿ表示Gⁿ中虚拟VNF节点间链路的集合，

表示虚拟VNF节点

处理任务请求u_n中VNF请求

的执行时间，虚拟VNF节点

和

之间的时间开销

定义为

其他虚拟VNF节点之间的时间开销为无穷大；

步骤3、网络控制器通过SFC部署方案将所有任务请求的SFC部署至微云服务器上，使网络完成所有任务请求的时间最小化，这个目标可以表示为

其中

表示任务请求u_n是否选择网络拓扑结构图Gⁿ中的链路

取值为1或0，链路

的时间开销是

步骤4、按照任务编号从小到大的顺序依次对每个任务请求u_n执行一种近似算法，计算所有任务请求的网络拓扑结构图Gⁿ中链路选择决策集合

和SFC中的VNF的部署决策集合

其中

表示任务请求u_n的SFCSⁿ中的VNF

是否部署在微云服务器c_m上，取值为1或0。

2.进一步，需要在微云服务器上启动相同类型的VNF实例，才能执行任务SFC中的VNF请求，而且任务请求的SFC中上一个VNF请求执行完毕后，下一个VNF请求才能执行，SFC中的VNF类型不重复。

3.进一步，按照任务编号从小到大的顺序依次对每个任务请求u_n使用一种近似算法，网络控制器每次得到任务请求u_n的SFC的部署方案，并在微云服务器上部署相应的VNF实例，最终最小化完成任务集合U的总服务时间，总服务时间包含执行时间和传输时间。

4.进一步，该近似算法至少包括如下步骤：

1)设置任务编号n＝1；

2)令链路集合

将网络拓扑结构图Gⁿ中的每个节点

作为一个虚拟圆的圆心，并且该圆的半径为0，并将所有的

和

赋值为0；

3)将全部圆的半径增加ε，ε为大于0的常数；

4)如果存在两个圆，其半径之和大于等于这两个圆的圆心节点

和

之间的时间开销

并且链路集合E中不存在链路

则将链路

添加进链路集合E中，否则返回步骤3)，如果这种情况发生在多组圆之间，则随机选取其中一组；

5)如果在链路集合E中存在一条能够完整执行任务u_nSFC的链路，就执行步骤6)，否则返回步骤3)；

6)选择步骤5)中满足条件的链路，将链路中任意

中涉及的

和

赋值为1；

7)令n＝n+1，如果n＞N，就结束算法，否则返回步骤2)。

与现有技术相比，本方法的优点在于：

提出了基于边缘计算的服务功能链部署方法，适用于不同种类、不同规模的终端设备群，考虑使任务请求执行SFC的时间开销最优化，从而能够最小化网络中所有任务请求的总服务时间，把SFC部署到最合适的微云服务器上。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2是本发明的SFC部署的流程图；

图3是本发明的任务请求u_n在微云服务器上生成虚拟VNF节点的示例图；

图4是本发明的微云服务器部署任务请求u_nSFC的示例图；

具体实施方式

下面结合附图3和附图4对本发明作进一步的详细描述。

假设以5G背景下的自动驾驶为例。

步骤一、获取网络中所有任务请求的数据参数和所有微云服务器的性能参数；

步骤二、按照任务编号从小到大的顺序依次对每个任务请求u_n构建新的网络拓扑结构图Gⁿ＝(Cⁿ,Eⁿ)，网络控制器根据任务请求u_n的VNF请求

的类型，在每个微云服务器c_m上虚拟出对应类型的VNF节点

每个微云服务器中的虚拟节点数目为任务请求u_n的SFC长度K_n，Cⁿ表示Gⁿ中虚拟的VNF节点的集合，Eⁿ表示Gⁿ中虚拟VNF节点间链路的集合；

步骤三、确定网络控制器部署SFC的目标，即网络控制器通过SFC部署方案将所有任务请求的SFC部署至微云服务器上，使网络完成所有任务请求的时间最小化，这个目标可以表示为

其中

表示任务请求u_n是否选择网络拓扑结构图Gⁿ中的链路

取值为1或0，

是链路

的时间开销；

步骤四、计算所有任务请求的网络拓扑结构图Gⁿ中链路选择决策集合

和SFC中的VNF的部署决策集合

其中

表示任务请求u_n的SFCSⁿ中的VNF

是否部署在微云服务器c_m上，取值为1或0：

a)设置任务编号n＝1；

b)令链路集合

将网络拓扑结构图Gⁿ中的每个节点

作为一个虚拟圆的圆心，并且该圆的半径为0，并将所有的

和

赋值为0，由图3进行示例，假设存在一个任务请求集合，其中N＝1，任务请求u_n的SFC用

表示，其中K_n＝3，微云服务器集合由C＝{c₁,c₂,c₃}表示，其中M＝3，每个微云服务器中都有3个虚拟VNF节点作为虚拟圆的圆心；

c)将全部节点的半径增加ε，ε为大于0的常数；

d)如果存在两个圆，其半径之和大于等于这两个圆的圆心节点

和

之间的时间开销

并且链路集合E中不存在链路

则将链路

添加进链路集合E中，否则返回步骤c)，如果这种情况发生在多组圆之间，则随机选取其中一组；

e)如果在链路集合E中存在一条能够完整执行任务u_nSFC的链路，就执行步骤f)，否则返回步骤c)；

f)选择步骤e)中满足条件的链路，将链路中任意

中涉及的

和

赋值为1，由图4示例，在经过步骤c)和步骤d)的反复执行后，由于全部圆的半径不断增加，首先

和

的半径之和大于

并且链路

不存在链路集合E中，因此将链路

添加进链路集合E中，然后

与

的半径之和大于

并且链路

不存在链路集合E中，因此将链路

添加进链路集合E中,于是在链路集合E中就存在一条链路可以完整执行任务u_n的SFC，所以，将

和

赋值为1，并在微云服务器c₁上部署VNF实例F₁ ⁿ和

在微云服务器c₃上部署VNF实例

g)令n＝n+1，如果n＞N，就结束算法，否则返回步骤b)。

Claims (4)

1.一种基于边缘计算的服务功能链部署方法，其特征在于，网络控制器可以通过一种近似算法来得到服务功能链(Service Function Chain，SFC)中虚拟网络功能(VirtualNetwork Function,VNF)的部署方案，所述方法至少包括以下步骤：

步骤1、构建边缘计算网络场景，网络中存在M个微云服务器，微云服务器集合由C＝{c₁,c₂,...,c_m,...,c_M}表示，微云服务器之间通过链路相互连接，存在N个任务请求，任务请求集合由U＝{u₁,u₂,...,u_n,...,u_N}表示，任意任务请求u_n都包含一个SFC，用

表示，任务请求u_n的SFC的长度为K_n，SFC中任意VNF

都需要在微云服务器上部署相同类型的VNF实例来进行处理，任务请求u_n在任意两个微云服务器c_m和c_m′间链路e_m,m′上的传输时间由

表示，当m＝m′时，任务在同一个微云服务器上的传输时间

步骤2、按照任务编号从小到大的顺序依次对每个任务请求u_n构建新的网络拓扑结构图Gⁿ＝(Cⁿ,Eⁿ)，网络控制器根据任务请求u_n的VNF请求

的类型，在每个微云服务器c_m上虚拟出对应类型的VNF节点

每个微云服务器中的虚拟节点数目为任务请求u_n的SFC长度K_n，Cⁿ表示Gⁿ中虚拟的VNF节点的集合，Eⁿ表示Gⁿ中虚拟VNF节点间链路的集合，

表示虚拟VNF节点

处理任务请求u_n中VNF请求

的执行时间，虚拟VNF节点

和

之间的时间开销

定义为

其他虚拟VNF节点之间的时间开销为无穷大；

步骤3、网络控制器通过SFC部署方案将所有任务请求的SFC部署至微云服务器上，使网络完成所有任务请求的时间最小化，这个目标可以表示为

其中

表示任务请求u_n是否选择网络拓扑结构图Gⁿ中的链路

取值为1或0，链路

的时间开销是

步骤4、按照任务编号从小到大的顺序依次对每个任务请求u_n执行一种近似算法，计算所有任务请求的网络拓扑结构图Gⁿ中链路选择决策集合

和SFC中的VNF的部署决策集合

其中

表示任务请求u_n的SFCSⁿ中的VNF

是否部署在微云服务器c_m上，取值为1或0。

2.根据权利要求1中所述的一种基于边缘计算的服务功能链部署方法，其特征在于需要在微云服务器上启动相同类型的VNF实例，才能执行任务SFC中的VNF请求，而且任务请求的SFC中上一个VNF请求执行完毕后，下一个VNF请求才能执行，SFC中的VNF类型不重复。

3.根据权利要求1中所述的一种基于边缘计算的服务功能链部署方法，其特征在于按照任务编号从小到大的顺序依次对每个任务请求u_n使用一种近似算法，网络控制器每次得到任务请求u_n的SFC的部署方案，并在微云服务器上部署相应的VNF实例，最终最小化完成任务集合U的总服务时间，总服务时间包含执行时间和传输时间。

4.根据权利要求1中所述的一种基于边缘计算的服务功能链部署方法，其特征在于该近似算法至少包括以下步骤：

1)设置任务编号n＝1；

2)令链路集合

将网络拓扑结构图Gⁿ中的每个节点

作为一个虚拟圆的圆心，并且该圆的半径为0，并将所有的

和

赋值为0；

3)将全部圆的半径增加ε，ε为大于0的常数；

4)如果存在两个圆，其半径之和大于等于这两个圆的圆心节点

和

之间的时间开销

并且链路集合E中不存在链路

则将链路

添加进链路集合E中，否则返回步骤3)，如果这种情况发生在多组圆之间，则随机选取其中一组；

5)如果在链路集合E中存在一条能够完整执行任务u_nSFC的链路，就执行步骤6)，否则返回步骤3)；

6)选择步骤5)中满足条件的链路，将链路中任意

中涉及的

和

赋值为1；

7)令n＝n+1，如果n＞N，就结束算法，否则返回步骤2)。

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