CN113259440B - 一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法及系统 - Google Patents

一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法：获取第一指令，获得节点以及链路信息；基于节点、链路，在功能节点上枚举部署的伪VNF；分裂节点以及伪VNF，连接分裂后的节点分配加权有向边，构造边加权图；构造伪VNF分裂的多阶段边权图；计算每一条虚拟路由路径的相对成本，并将获得的每一条虚拟路由路径的相对成本做比较，相对成本最小的虚拟路由路径中的各个节点以及链路映射到原物理网络中；本发明的有益效果为实现网络负载均衡和资源消耗成本最小化；SDN控制器将为新传入的请求流提供最优数量的VNF，并在合适的位置根据资源容量的约束和特定的SFC顺序部署并激活VNF实例，保证整个网络的负载均衡。

Description

一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法及系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法及系统。
背景技术
网络功能虚拟化改变了网络功能只能在专有平台上实现的情况，解耦了物理网络设备和运行于其之上的网络功能，灵活地为用户提供各种通信服务，并能够快速支持新服务，降低了设备投资和运营费用。通过使用NFV可以减少甚至移除现有网络中部署的中间件，它能够让单一的物理平台运行于不同的应用程序，用户和租户可以通过多版本和多租户使用网络功能，从而促进软件网络环境中的新网络功能和服务的创新，NFV适用于任何数据平面和控制平面功能、固定或移动网络，也适合需要实现可伸缩性的自动化管理和配置。软件定义网络通过标准化的交互协议可实现数据转发层面和控制层面的分离，即实现控制和转发相分离，实现逻辑集中的控制器，使得控制器可掌握网络全局信息，而在转发层面只负责根据控制层下发的指令进行数据的传输以及数据的上传，实现了更加灵活的流量控制能力和网络的可编程性。基于SDN和NFV，运营商可以根据请求流的路由要求及当前网络的负载状况在功能节点上动态部署所需的VNF实例，实现网络的负载平衡。但是，在实现NFV的SDN网络中，每种类型的VNF不只有一个实例，相同类型的VNF可以部署在不同的功能节点上，这给路由路径的选择增加了难度，若静态部署VNF，则会大大增加部署成本，若是没有请求所需的VNF，就会直接拒绝请求，显然，这样会造成较低的流量接收率，并且请求流需要按预定顺序遍历一系列特定的VNF实例，例如防火墙、入侵检测系统等，这种流量按照特定顺序经过的网络中的VNF组成的一条功能链路就称为服务功能链，服务功能链是指提供了定义有序网络服务(例如防火墙、负载均衡)列表的功能，一个服务链通常都会有入口节点和出口节点，服务链的组织顺序，和服务节点的物理拓扑无关数据报文进入服务链以后，就会按照服务链既定的顺序穿过各个服务节点，但有些只关注了功能节点中的CPU资源或链路中的带宽资源约束问题，而未考虑SDN交换节点中具有高能耗且昂贵的流表资源和服务功能链要求。因此，我们必须制定一种优化策略，以从多VNF实例环境中选择或动态部署所需的VNF，以满足具有服务功能链请求流的路由顺序要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，实现了在减少请求流对资源消耗成本的同时实现了网络的负载均衡，并提高了网络吞吐量以及流量接收率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，包括以下步骤：
S1：获取第一指令，根据资源约束，获得节点信息以及链路信息，所述第一指令为传入支持网络功能虚拟化的软件定义网络的流请求指令；
S2：基于节点信息、链路信息以及第一指令，在功能节点上枚举可以部署的伪VNF，所述节点包括功能节点和交换节点，所述交换节点用于转发与传输数据，所述功能节点用于转发数据，以及通过其上的VNF实例处理数据；
S3：分裂节点以及伪VNF，连接分裂后的节点并分配加权有向边，构造边加权图；
S4：基于请求流信息中服务功能链中VNF的顺序以及边加权图，构造伪VNF分裂的多阶段边权图，并基于多阶段边权图，获取若干虚拟路由路径；
S5：计算每一条虚拟路由路径的相对成本，并将获得的每一条虚拟路由路径的相对成本做比较，获得第一虚拟路由路径，并将第一虚拟路由路径中的各个节点以及链路映射到原物理网络中，接收所述请求流信息，且对资源进行更新；所述第一虚拟路由路径为相对成本最小的虚拟路由路径。
优选地，所述步骤S1中，资源约束包括基于物理链路上的带宽资源、交换节点上的三态内容寻址存储器资源以及功能节点上的CPU计算资源之间的约束。
优选地，所述步骤S3中，构造边加权图具体方法包括：
将所述交换节点进行分裂，并通过有向边连接分裂后的交换节点，获得第一链路；
通过有向边连接在所述功能节点上的分裂的伪VNF，获得第二链路；
将所述第一链路与所述第二链路进行连接，获得第三链路，并向连接后的所述第三链路分配有向边，获得边加权图；所述有向边是通过相对成本作为权重赋值。
优选地，所述步骤S4中，构造多阶段边权图的具体方法包括：
基于第一指令中服务功能链中VNF的顺序，在第一列和最后一列分别放置入口节点和出口节点，在中间各列依次排列出请求流要遍历的所有同类型的伪VNF，将伪VNF进行分裂，并结合边加权图，按照所述服务功能链的顺序依次连接不同列的各个节点，获得多阶段边权图。
优选地，所述服务功能链由一组虚拟网络功能VNF以及相邻两个VNF之间的链路组成。
优选地，所述步骤S5还包括：
检测虚拟路由路径中的伪VNF在对应的物理网络功能节点中是否存在或被激活，若存在伪VNF且被激活，则直接映射到原物理网络中；否则，将在该虚拟路由路径对应的原物理网络中相应的位置部署VNF实例，再映射到原物理网络中。
优选地，所述步骤S5中，计算每一条虚拟路由路径的相对成本的具体操作步骤包括：
S51：基于边加权图，采用Dijkstra算法，获取相邻两列伪VNF之间的子路由路径，并计算子路由路径的子相对成本，并将计算得到的子相对成本作为权重分配给多阶段边权图的有向边，所述子相对成本为边加权图中，从前一列节点路由到后一列还加点的路径的有向边的权值；
S52：在多阶段边权图中，将虚拟路由路径上各个子相对成本相加，获得虚拟路由路径的相对成本。
优选地，所述子相对成本的表达式为：
Figure BDA0003071306220000031
Figure BDA0003071306220000032
为VNF上CPU资源的剩余率，ωcpu为大于1的常数；
Figure BDA0003071306220000033
为多阶段边权图中有向边的权重；
Figure BDA0003071306220000034
为有向边；
Figure BDA0003071306220000035
为有向边的集合；
Figure BDA0003071306220000036
为分裂后的伪VNF实例；
Figure BDA0003071306220000037
表示除连接分裂后的两个VNF的有向边的多阶段边权图中的其余有向边；ωcost为边加权图中有向边的权重。
优选地，所述ωcost的计算表达式为：
Figure BDA0003071306220000038
第一行表示交换节点上使用TCAM资源的相对成本；
第二行表示使用节点间链路带宽的相对成本；
第三行表示功能节点上使用CPU资源的相对成本；
ωbw、ωft和ωcpu均为大于1的常数，
Figure BDA0003071306220000039
为交换节点上TCAM资源的剩余率；
Figure BDA00030713062200000310
为链路上带宽资源的剩余率；
Figure BDA00030713062200000311
为VNF上CPU资源的剩余率；
Figure BDA00030713062200000312
为交换节点上TCAM资源的利用率；
Figure BDA00030713062200000313
为链路上带宽资源的利用率；
Figure BDA00030713062200000314
为VNF上CPU资源的利用率；v′，v″为交换节点v分裂后的两个节点，<v′，v″>表示连接v′，v″的有向边，m′，m″表示功能节点上VNF m分裂后的两个节点，<m′，m″>表示连接m′，m″的有向边，<u″，v′>表示原物理网络中连接两个不同节点的链路表示的有向边，Ε′表示有向边的集合,
Figure BDA00030713062200000315
表示伪VNF m是否被部署并激活，若伪VNF m被部署并激活，则
Figure BDA00030713062200000316
否则为0，
Figure BDA00030713062200000317
表示在上一次请求流分配中
Figure BDA00030713062200000318
的值，若伪VNF在实际物理网络中不存在，则要在公式第三行添加一个部署成本Dτ(m)。
本发明还公开了一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署系统，系统包括：
参数获取模块，用于获取第一指令，根据资源约束，获得节点信息以及链路信息，所述第一指令为传入支持网络功能虚拟化的软件定义网络的流请求指令；
枚举模块，用于基于节点信息、链路信息以及第一指令，在功能节点上枚举可以部署的伪VNF，所述节点包括功能节点和交换节点，所述交换节点用于转发与传输数据，所述功能节点用于转发数据，以及通过其上的VNF实例处理数据；
构造模块，用于分裂节点以及伪VNF，连接分裂后的节点并分配加权有向边，构造边加权图；
虚拟路由路径获取模块，用于基于请求流信息中服务功能链中VNF的顺序以及边加权图，构造伪VNF分裂的多阶段边权图，并基于多阶段边权图，获取若干虚拟路由路径；
计算分析模块，用于计算每一条虚拟路由路径的相对成本，并将获得的每一条虚拟路由路径的相对成本做比较，获得第一虚拟路由路径，并将第一虚拟路由路径中的各个节点以及链路映射到原物理网络中，接收所述请求流信息，且对资源进行更新；所述第一虚拟路由路径为相对成本最小的虚拟路由路径。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1.本发明提供一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法及系统，通过枚举所有可以部署的VNF，不仅简化了允许部署在功能节点上的VNF类型可能不同的这个约束，还使得请求流可以选择冗余的VNF来选择成本较小的路径；
2.本发明提供一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法及系统，通过考虑到资源的边际成本问题，利用指数函数表示资源使用的相对成本，并将资源成本的刻画转化为有向边上的权值，在路由请求时，模型可以在路径选择过程中自动选择资源消耗较少的现存的VNF，也就是选择相对成本较小的节点和链路以减少网络拥塞并实现负载平衡；
3.本发明提供一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法及系统，通过使用将节点进行分裂的方法，将路由问题简化为在VNF分裂的多阶段边权图中的搜索最短路径问题，实现了服务功能链的顺序要求，简化了问题的复杂度，算法耗时较短；
4.本发明提供一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法及系统，通过将虚拟路由路径映射到原路径后，根据物理网络中实际功能节点处的资源情况动态部署所需的VNF实例，提高了流量接收率，保证了整个网络的负载均衡。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定，在附图中：
图1为整体方案流程示意图；
图2为本发明实施的场景例子图；
图3为功能节点上VNF的枚举示例图；
图4为边加权图；
图5为VNF分裂的多阶段边权图；
图6为服务功能链模型图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例一
本实施例公开了一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：获取第一指令，根据资源约束，获得节点信息以及链路信息，所述第一指令为传入支持网络功能虚拟化的软件定义网络的流请求指令；
如图2所示，右上方为SDN控制器，负责VNF的动态部署以及请求流路由路径的选择，在网络中，有两种类型的物理节点，一种是功能节点，一种是交换节点，交换节点仅仅负责数据的转发与传输，功能节点不仅负责转发数据，还通过其上的VNF实例处理数据，以满足请求流的业务要求。
所述步骤S1中，资源约束包括基于物理链路上的带宽资源、交换节点上的三态内容寻址存储器资源以及功能节点上的CPU计算资源之间的约束，当有流请求传入网络时，SDN控制器会根据请求流需要遍历的特定类型的VNF的资源需求和当前网络中功能节点的剩余CPU容量列举出在功能节点上可以部署的所有可能的VNF。
S2：基于节点信息、链路信息以及第一指令，在功能节点上枚举可以部署的伪VNF，所述节点包括功能节点和交换节点，所述交换节点用于转发与传输数据，所述功能节点用于转发数据，以及通过其上的VNF实例处理数据；
如图2所示，在网络中，有两种类型的物理节点，一种是功能节点，一种是交换节点，交换节点仅仅负责数据的转发与传输，功能节点不仅负责转发数据，还通过其上的VNF实例处理数据，以满足请求流的业务要求，其中V1、V3、V4为功能节点，由一个或多个服务器和交换机组成，V2、V5、V6为交换节点。
如图3所示，在每个功能节点上枚举出所有可以部署的VNF实例，u1和u3为交换节点，仅负责数据的转发，u2为功能节点，由服务器集群组成，不仅负责数据转发，还通过部署相应的VNF实例来处理数据。当有请求流传入支持NFV的SDN网络中，转发层中各个节点和链路将其剩余资源信息通过北向接口传输至SDN控制器，同时SDN控制器收集传入请求流的需求信息；根据节点、链路和请求流的信息，SDN控制器将移除不满足资源需求的节点和链路，然后在功能节点枚举出所有可以部署的VNF实例。
如果功能节点的剩余CPU资源是8000MIPS，某个请求流需要依次遍历防火墙(Firewall，FW)，入侵检测系统和入侵防御系统，FW，IDS和IPS的CPU需求分别为2000MIPS，4000MIPS，8000MIPS，那么我们可以在该功能节点上部署4个FW或2个IDS或1个IPS。这些枚举出来的VNF称之为伪VNF。
S3：分裂节点以及伪VNF，连接分裂后的节点并分配加权有向边，构造边加权图；
如图4所示，对网络中的每个交换节点和功能节点上枚举出的VNF进行分裂，即将一个节点分裂为两个节点，节点间用一条虚线表示的有向边连接，有向边的权重根据前述边加权图中有向边的权重计算公式求得，此权重即为资源使用的相对成本
所述步骤S3中，构造边加权图具体方法包括：
将所述交换节点进行分裂，并通过有向边连接分裂后的交换节点，获得第一链路；
通过有向边连接在所述功能节点上的分裂的伪VNF，获得第二链路；
将所述第一链路与所述第二链路进行连接，获得第三链路，并向连接后的所述第三链路分配有向边，获得边加权图；所述有向边是通过相对成本作为权重赋值。
S4：基于请求流信息中服务功能链中VNF的顺序以及边加权图，构造伪VNF分裂的多阶段边权图，并基于多阶段边权图，获取若干虚拟路由路径；
所述步骤S4中，构造多阶段边权图的具体方法包括：
基于第一指令中服务功能链中VNF的顺序，在第一列和最后一列分别放置入口节点和出口节点，在中间各列依次排列出请求流要遍历的所有同类型的伪VNF，将伪VNF进行分裂，并结合边加权图，按照所述服务功能链的顺序依次连接不同列的各个节点，获得多阶段边权图。
如图6所示，对传入支持NFV的SDN网络的每条请求流，构造请求的服务功能链模型，服务功能链由一组虚拟网络功能VNF和相邻两个VNF之间的链路组成，请求流从Si节点进入，在到达出口节点Di前，需依次遍历类型为1、2和3的VNF实例，根据服务功能链的顺序，在VNF分裂的多阶段边权图的第一列放置入口节点，最后一列放置出口节点，由于功能节点上放置了可以枚举的所有伪VNF，在中间各列根据请求流的服务功能链顺序依次放置相同类型的伪VNF。将中间各列的VNF节点一分为二，用有向边连接各列节点。
服务功能链由一组虚拟网络功能VNF以及相邻两个VNF之间的链路组成。
S5：计算每一条虚拟路由路径的相对成本，并将获得的每一条虚拟路由路径的相对成本做比较，获得第一虚拟路由路径，并将第一虚拟路由路径中的各个节点以及链路映射到原物理网络中，接收所述请求流信息，且对资源进行更新；所述第一虚拟路由路径为相对成本最小的虚拟路由路径。
计算节点CPU资源的相对成本，再将该成本作为权重赋给VNF节点间的有向边。调用Dijkstra算法求出物理网络上从前一列的节点路由到后一列的节点的最短路由路径，即子路由路径，并利用子相对成本的公式计算子路由路径的成本，然后将该成本作为权重分配给有向边。
此步骤实现了用相对成本来刻画链路与节点的负载，即当VNF分裂的多阶段边权图中的某条边的权重较大时，也就是相对成本较大时，在选取路由路径的过程中就不会考虑通过此边进行路由，从而实现了网络的负载均衡。
由于在网络中相比于负载较轻的SDN交换机，负载高的SDN交换机需要考虑更多的规则、花费更多的时间和资源去处理网络中传入的数据包，且随着更多的数据包传入网络中，将会产生数据包排队等待服务的现象；
在一条本身链路资源消耗量较小即负载较小的链路传输数据时，一个新的请求流的加入并不会明显增大链路的负载，而当请求流在负载较高的链路进行传输时，即使该请求流需要占用的带宽资源很小，也会大大增加链路的传输成本。
在寻找最小成本路由路径中，如果链路的相对成本很高，那么最短路径算法会自然的将该链路对应的资源识别为瓶颈。所述子相对成本的表达式为：
Figure BDA0003071306220000071
Figure BDA0003071306220000072
为VNF上CPU资源的剩余率，ωcpu为大于1的常数；
Figure BDA0003071306220000073
为多阶段边权图中有向边的权重；
Figure BDA0003071306220000074
为有向边；
Figure BDA0003071306220000075
为有向边的集合；
Figure BDA0003071306220000076
为分裂后的伪VNF实例；
Figure BDA0003071306220000077
表示除连接分裂后的两个VNF的有向边的多阶段边权图中的其余有向边；ωcost为边加权图中有向边的权重。
ωcost的计算表达式为：
Figure BDA0003071306220000081
第一行表示交换节点上使用TCAM资源的相对成本；
第二行表示使用节点间链路带宽的相对成本；
第三行表示功能节点上使用CPU资源的相对成本；
ωbw、ωft和ωcpu均为大于1的常数，
Figure BDA0003071306220000082
为交换节点上TCAM资源的剩余率；
Figure BDA0003071306220000083
为链路上带宽资源的剩余率；
Figure BDA0003071306220000084
为VNF上CPU资源的剩余率；
Figure BDA0003071306220000085
为交换节点上TCAM资源的利用率；
Figure BDA0003071306220000086
为链路上带宽资源的利用率；
Figure BDA0003071306220000087
为VNF上CPU资源的利用率；v′，v″为交换节点v分裂后的两个节点，<v′，v″>表示连接v′，v″的有向边，m′，m″表示功能节点上VNF m分裂后的两个节点，<m′，m″>表示连接m′，m″的有向边，<u″，v′>表示原物理网络中连接两个不同节点的链路表示的有向边，Ε′表示有向边的集合,
Figure BDA0003071306220000088
表示伪VNF m是否被部署并激活，若伪VNF m被部署并激活，则
Figure BDA0003071306220000089
否则为0，
Figure BDA00030713062200000810
表示在上一次请求流分配中
Figure BDA00030713062200000811
的值，若伪VNF在实际物理网络中不存在，则要在公式第三行添加一个部署成本Dτ(m)。
所述步骤S5还包括：
检测虚拟路由路径中的伪VNF在对应的物理网络功能节点中是否存在或被激活，若存在伪VNF且被激活，则直接映射到原物理网络中；否则，将在该虚拟路由路径对应的原物理网络中相应的位置部署VNF实例，再映射到原物理网络中。
所述步骤S5中，计算每一条虚拟路由路径的相对成本的具体操作步骤包括：
S51：基于边加权图，采用Dijkstra算法，获取相邻两列伪VNF之间的子路由路径，并计算子路由路径的子相对成本，并将计算得到的子相对成本作为权重分配给多阶段边权图的有向边，所述子相对成本为边加权图中，从前一列节点路由到后一列节点的路径的有向边的权值；
S52：在多阶段边权图中，将虚拟路由路径上各个子相对成本相加，获得虚拟路由路径的相对成本。
路由路径的选取及映射，由于请求流的所有候选伪VNF都是按照预先设定的顺序在VNF分裂的多阶段边权图中上放置的，因此我们可以在图上找到一条满足最小相对成本的虚拟路由路径。
假定图5中实线表示的路径为寻找到的虚拟最小成本路由路径，也就是说，请求流依次被VNF11、VNF21、VNF32处理。接着就把该虚拟路径映射到原物理网络，即在物理网络中找到虚拟路径上的所有节点，并让请求流依据SFC顺序依次遍历这些节点；由于虚拟路径上功能节点上的VNF为伪VNF，有些VNF可能在原物理网络上实际不存在或者未被激活，这时就需要SDN控制器立即动态部署VNF实例；只要找到了虚拟最短路径，就接收请求流，并更新节点和链路上的资源剩余率，否则拒绝接收该请求流。
由于寻找成本最小的请求流的路由路径问题已转换为在VNF分裂的多阶段边权图中寻找最小权重的虚拟路径，在步骤S4中已完成了对VNF分裂的多阶段边权图的构造，在VNF分裂的多阶段边权图中寻找到虚拟最小成本路由路径后，只需将虚拟路径映射到物理网络，并对路径中的各个功能节点进行检查，若功能节点上没有对应的VNF实例或VNF实例没有被激活，则立即动态部署或激活所需的VNF实例。然后更新交换节点上的TCAM资源利用率、功能节点上CPU资源利用率以及链路上带宽的利用率。
实施例二
本实施例公开了一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署系统，本实施例是实现如实施例一公开的一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，系统包括：
参数获取模块，用于获取第一指令，根据资源约束，获得节点信息以及链路信息，所述第一指令传入为支持网络功能虚拟化的软件定义网络的流请求指令；
枚举模块，用于基于节点信息、链路信息以及第一指令，在功能节点上枚举可以部署的伪VNF，所述节点包括功能节点和交换节点，所述交换节点用于转发与传输数据，所述功能节点用于转发数据，以及通过其上的VNF实例处理数据；
构造模块，用于分裂节点以及伪VNF，连接分裂后的节点并分配加权有向边，构造边加权图；
虚拟路由路径获取模块，用于基于请求流信息中服务功能链中VNF的顺序以及边加权图，构造伪VNF分裂的多阶段边权图，并基于多阶段边权图，获取若干虚拟路由路径；
计算分析模块，用于计算每一条虚拟路由路径的相对成本，并将获得的每一条虚拟路由路径的相对成本做比较，获得第一虚拟路由路径，并将第一虚拟路由路径中的各个节点以及链路映射到原物理网络中，接收所述请求流信息，且对资源进行更新；所述第一虚拟路由路径为相对成本最小的虚拟路由路径。
本发明通过以上方法不仅考虑了节点和链路的负载，实现了网络的负载均衡，还综合考虑了多种资源约束，例如功能节点上的CPU容量、交换节点上的TCAM资源和链路上的剩余带宽。利用节点的分裂与VNF实例的排列将节点与链路上的相对成本赋给有向边的权重，降低了问题的复杂度，简化了路由路径的寻找。
本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：此时引出相应的方法步骤，所述的存储介质可以是ROM/RAM、磁碟、光盘等等
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取第一指令，根据资源约束，获得节点信息以及链路信息，所述第一指令为传入支持网络功能虚拟化的软件定义网络的流请求指令；
S2：基于节点信息、链路信息以及第一指令，在功能节点上枚举可以部署的伪VNF，所述节点包括功能节点和交换节点，所述交换节点用于转发与传输数据，所述功能节点用于转发数据，以及通过其上的VNF实例处理数据；
S3：分裂节点以及伪VNF，连接分裂后的节点并分配加权有向边，构造边加权图；
S4：基于请求流信息中服务功能链中VNF的顺序以及边加权图，构造伪VNF分裂的多阶段边权图，并基于多阶段边权图，获取若干虚拟路由路径；
S5：计算每一条虚拟路由路径的相对成本，并将获得的每一条虚拟路由路径的相对成本做比较，获得第一虚拟路由路径，并将第一虚拟路由路径中的各个节点以及链路映射到原物理网络中，接收所述请求流信息，且对资源进行更新；所述第一虚拟路由路径为相对成本最小的虚拟路由路径。
2.根据权利要求1所述的一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，其特征在于，所述步骤S1中，资源约束包括基于物理链路上的带宽资源、交换节点上的三态内容寻址存储器资源以及功能节点上的CPU计算资源之间的约束。
3.根据权利要求1所述的一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，其特征在于，所述步骤S3中，构造边加权图具体方法包括：
将所述交换节点进行分裂，并通过有向边连接分裂后的交换节点，获得第一链路；
通过有向边连接在所述功能节点上的分裂的伪VNF，获得第二链路；
将所述第一链路与所述第二链路进行连接，获得第三链路，并向连接后的所述第三链路分配有向边，获得边加权图；所述有向边是通过相对成本作为权重赋值。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，其特征在于，所述步骤S4中，构造多阶段边权图的具体方法包括：
基于第一指令中服务功能链中VNF的顺序，在第一列和最后一列分别放置入口节点和出口节点，在中间各列依次排列出请求流要遍历的所有同类型的伪VNF，将伪VNF进行分裂，并结合边加权图，按照所述服务功能链的顺序依次连接不同列的各个节点，获得多阶段边权图。
5.根据权利要求4所述的一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，其特征在于，所述服务功能链由一组虚拟网络功能VNF以及相邻两个VNF之间的链路组成。
6.根据权利要求1所述的一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：
检测虚拟路由路径中的伪VNF在对应的物理网络功能节点中是否存在或被激活，若存在伪VNF且被激活，则直接映射到原物理网络中；否则，将在该虚拟路由路径对应的原物理网络中相应的位置部署VNF实例，再映射到原物理网络中。
7.根据权利要求1所述的一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，其特征在于，所述步骤S5中，计算每一条虚拟路由路径的相对成本的具体操作步骤包括：
S51：基于边加权图，采用Dijkstra算法，获取相邻两列伪VNF之间的子路由路径，并计算子路由路径的子相对成本，并将计算得到的子相对成本作为权重分配给多阶段边权图的有向边，所述子相对成本为边加权图中，不同列节点之间路由路径的成本；
S52：在多阶段边权图中，将虚拟路由路径上各个子相对成本相加，获得虚拟路由路径的相对成本。
8.根据权利要求7所述的一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，其特征在于，所述子相对成本的表达式为：
Figure FDA0003071306210000021
Figure FDA0003071306210000022
为VNF上CPU资源的剩余率，ωcpu为大于1的常数；
Figure FDA0003071306210000023
为多阶段边权图中有向边的权重；
Figure FDA0003071306210000024
为有向边；
Figure FDA0003071306210000025
为有向边的集合；
Figure FDA0003071306210000026
为分裂后的伪VNF；
Figure FDA0003071306210000027
表示除连接分裂后的两个VNF的有向边的多阶段边权图中的其余有向边；ωcost为边加权图中有向边的权重。
9.根据权利要求8所述的一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署方法，其特征在于，所述ωcost的计算表达式为：
Figure FDA0003071306210000028
第一行表示交换节点上使用TCAM资源的相对成本；
第二行表示使用节点间链路带宽的相对成本；
第三行表示功能节点上使用CPU资源的相对成本；
ωbw、ωft和ωcpu均为大于1的常数，
Figure FDA0003071306210000029
为交换节点上TCAM资源的剩余率；
Figure FDA00030713062100000210
为链路上带宽资源的剩余率；
Figure FDA00030713062100000211
为VNF上CPU资源的剩余率；
Figure FDA00030713062100000212
为交换节点上TCAM资源的利用率；
Figure FDA0003071306210000031
为链路上带宽资源的利用率；
Figure FDA0003071306210000032
为VNF上CPU资源的利用率；v′，v″为交换节点v分裂后的两个节点，<v′，v″>表示连接v′，v″的有向边，m′，m″表示功能节点上VNFm分裂后的两个节点，<m′，m″>表示连接m′，m″的有向边，<u″，v′>表示原物理网络中连接两个不同节点的链路表示的有向边，Ε′表示有向边的集合,；
Figure FDA0003071306210000033
表示伪VNFm是否被部署并激活，若伪VNFm被部署并激活，则
Figure FDA0003071306210000034
否则为0，
Figure FDA0003071306210000035
表示在上一次请求流分配中
Figure FDA0003071306210000036
的值，若伪VNF在实际物理网络中不存在，则要在公式第三行添加一个部署成本Dτ(m)。
10.一种基于负载均衡的虚拟网络功能动态部署系统，其特征在于，系统包括：
参数获取模块，用于获取第一指令，根据资源约束，获得节点信息以及链路信息，所述第一指令为传入支持网络功能虚拟化的软件定义网络的流请求指令；
枚举模块，用于基于节点信息、链路信息以及第一指令，在功能节点上枚举可以部署的伪VNF，所述节点包括功能节点和交换节点，所述交换节点用于转发与传输数据，所述功能节点用于转发数据，以及通过其上的VNF实例处理数据；
构造模块，用于分裂节点以及伪VNF，连接分裂后的节点并分配加权有向边，构造边加权图；
虚拟路由路径获取模块，用于基于请求流信息中服务功能链中VNF的顺序以及边加权图，构造伪VNF分裂的多阶段边权图，并基于多阶段边权图，获取若干虚拟路由路径；
计算分析模块，用于计算每一条虚拟路由路径的相对成本，并将获得的每一条虚拟路由路径的相对成本做比较，获得第一虚拟路由路径，并将第一虚拟路由路径中的各个节点以及链路映射到原物理网络中，接收所述请求流信息，且对资源进行更新；所述第一虚拟路由路径为相对成本最小的虚拟路由路径。
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