CN113904936A - 一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于网络切片资源管理技术领域，具体涉及一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法及系统。通过获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，生成报价数据；同时根据所述报价数据，进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；对所述拍卖结果数据进行实时网络部署，实现切片资源的调整，解决了在预先分配的切片资源发生业务变动，造成资源紧张或资源过剩而导致的网络性能降低、网络资源利用率下降的问题，从而保证应用场景的性能要求，提高了用户体验和网络资源利用率。

Description

一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法及系统
技术领域
本发明属于网络切片资源管理技术领域，具体涉及一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法及系统。
背景技术
随着网络技术的发展，不同的应用场景在移动性、安全性、时延和可靠性等方面要求各不相同，网络切片应运而生。网络切片之间相互隔离，任何一个网络切片的拥塞、过载、配置的调整不影响其它的网络切片。而在实际应用中，对于预先分配好的切片资源，由于业务变动可能会导致资源紧张或资源过剩的情况，使得网络资源利用率下降，网络负载不均衡。
因此，针对以上在预先分配的切片资源发生业务变动，造成资源紧张或资源过剩而导致的网络性能降低，网络资源利用率下降等问题，本发明提出了一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法及系统。
发明内容
针对以上在预先分配的切片资源发生业务变动，造成资源紧张或资源过剩而导致的网络性能降低、网络资源利用率下降等问题，本发明提供了一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法及系统，也就是说：
本发明的第一目的在于：提供一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法；
本发明的第二目的在于：提供一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整系统；
本发明的第一目的是这样实现的：所述方法具体包括如下步骤：
获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；
根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；
根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；
对所述拍卖结果数据进行实时网络部署。
进一步地，所述获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据步骤中，还包括如下步骤：
定期向网络节点请求流表统计数据，生成所述流表的接收量数据；
根据所述接收量数据，实时生成网络切片中路径的带宽使用量数据。
进一步地，所述步骤根据所述接收量数据，实时生成网络切片中路径的带宽使用量数据中的计算公式具体为：
Figure BDA0003336993410000021
其中
Figure BDA0003336993410000022
表示Slicek上数据流f的带宽需求量。
进一步地，所述根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据步骤中，还包括如下步骤：
判定网络切片链路分配带宽与使用带宽的数值关系。
进一步地，所述根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据步骤中，还包括如下步骤：
生成网络切片中每一条链路的带宽需求数据；
根据所述带宽需求数据，并结合报价策略，实时生成每一条链路报价数据；
对生成的组合报价或独立报价进行实时整合。
进一步地，所述根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据步骤中，还包括如下步骤：
根据前一轮未达成交易报价数据，结合保留价格及调整系数对交易价格数据进行实时处理；
构建中标模型，根据竞拍中标报价数据，对中标报价进行匹配交易。
进一步地，所述构建中标模型，根据竞拍中标报价数据，对中标报价进行匹配交易步骤中，还包括如下步骤：
对中标报价进行分类处理，并根据交易价格按照类别进行排序处理；
按顺序取出类别中的报价数据，实时进行买卖交易匹配。
进一步地，所述构建中标模型的模型具体为：
Figure BDA0003336993410000031
s.t.
Figure BDA0003336993410000032
其中，
Figure BDA0003336993410000033
CF为组合报价集CB中元素CBf对应的数据流的集合。
本发明的第二目的是这样实现的：所述的系统具体包括：
获取单元，用于获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；
第一生成单元，用于根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；
第二生成单元，用于根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；
部署单元，用于对所述拍卖结果数据进行实时网络部署。
进一步地，所述获取单元中还设置有：
第一生成模块，用于定期向网络节点请求流表统计数据，生成所述流表的接收量数据；
第二生成模块，用于根据所述接收量数据，实时生成网络切片中路径的带宽使用量数据；
所述第一生成单元中还设置有：
判定模块，用于判定网络切片链路分配带宽与使用带宽的数值关系；
第三生成模块，用于生成网络切片中每一条链路的带宽需求数据；
第四生成模块，用于根据所述带宽需求数据，并结合报价策略，实时生成每一条链路报价数据；
整合模块，用于对生成的组合报价或独立报价进行实时整合；
所述第二生成单元中还设置有：
处理模块，用于根据前一轮未达成交易报价数据，结合保留价格及调整系数对交易价格数据进行实时处理；
构建交易模块，用于构建中标模型，根据竞拍中标报价数据，对中标报价进行匹配交易；
所述构建交易模块中还设置有：
排序模块，用于对中标报价进行分类处理，并根据交易价格按照类别进行排序处理；
交易匹配模块，用于按顺序取出类别中的报价数据，实时进行买卖交易匹配。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法：获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；同时根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；对所述拍卖结果数据进行实时网络部署；以及相应地系统，解决了在预先分配的切片资源发生业务变动，造成资源紧张或资源过剩而导致的网络性能降低，网络资源利用率下降问题，也就是说，可以实现定期对网络切片资源进行调整，从而保证应用场景的性能要求，提高用户体验和网络资源利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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附图。
图1为本发明一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法流程示意图；
图2为本发明一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法之一流程示意图；
图3为本发明一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法之二流程示意图；
图4为本发明一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法之三流程示意图；
图5为本发明一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整系统架构示意图；
图6为本发明一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整平台架构示意图；
图7为本发明一种实施例中计算机可读取存储介质架构示意图；
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为便于更好的理解本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。
本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。其次，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
优选地，本发明一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法应用在一个或者多个终端或者服务器中。所述终端是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程门阵列(Field－Programmable GateArray，FPGA)、数字处理器(Digital Signal Processor，DSP)、嵌入式设备等。
所述终端可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端可以与客户通过键盘、鼠标、遥控器、触摸板或声控设备等方式进行人机交互。
如图1-7所示，本发明为实现一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法、系统及平台。
如图1-4所示，是本发明实施例提供的一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法的流程图。
在本实施例中，所述基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的方法，可以应用于具备显示功能的终端或者固定终端中，所述终端并不限定于个人电脑、智能手机、平板电脑、安装有摄像头的台式机或一体机等。
所述基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的方法也可以应用于由终端和通过网络与所述终端进行连接的服务器所构成的硬件环境中。网络包括但不限于：广域网、城域网或局域网。本发明实施例的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的方法可以由服务器来执行，也可以由终端来执行，还可以是由服务器和终端共同执行。
例如，对于需要进行基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的终端，可以直接在终端上集成本发明的方法所提供的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的功能，或者安装用于实现本发明的方法的客户端。再如，本发明所提供的方法还可以软件开发工具包(Software Development Kit，SDK)的形式运行在服务器等设备上，以SDK的形式提供基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的功能的接口，终端或其他设备通过所提供的接口即可实现基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的功能。
以下结合附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明提供了一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法，所述方法具体包括如下步骤：
S1、获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；
S2、根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；
S3、根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；
S4、对所述拍卖结果数据进行实时网络部署。
所述获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据步骤中，还包括如下步骤：
S11、定期向网络节点请求流表统计数据，生成所述流表的接收量数据；
S12、根据所述接收量数据，实时生成网络切片中路径的带宽使用量数据。
所述步骤根据所述接收量数据，实时生成网络切片中路径的带宽使用量数据中的计算公式具体为：
Figure BDA0003336993410000081
其中
Figure BDA0003336993410000082
表示Slicek上数据流f的带宽需求量。
所述根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据步骤中，还包括如下步骤：
S21、判定网络切片链路分配带宽与使用带宽的数值关系。
所述根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据步骤中，还包括如下步骤：
S22、生成网络切片中每一条链路的带宽需求数据；
S23、根据所述带宽需求数据，并结合报价策略，实时生成每一条链路报价数据；
S24、对生成的组合报价或独立报价进行实时整合。
所述根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据步骤中，还包括如下步骤：
S31、根据前一轮未达成交易报价数据，结合保留价格及调整系数对交易价格数据进行实时处理；
S32、构建中标模型，根据竞拍中标报价数据，对中标报价进行匹配交易。
所述构建中标模型，根据竞拍中标报价数据，对中标报价进行匹配交易步骤中，还包括如下步骤：
S321、对中标报价进行分类处理，并根据交易价格按照类别进行排序处理；
S322、按顺序取出类别中的报价数据，实时进行买卖交易匹配。
所述构建中标模型的模型具体为：
Figure BDA0003336993410000091
s.t.
Figure BDA0003336993410000092
其中，
Figure BDA0003336993410000093
CF为组合报价集CB中元素CBf对应的数据流的集合。
在本发明方案具体实施例中，假设网络中包含N个用户，每个用户根据实际使用情况对网络中端到端的网络资源需求各不相同，因此在切片构造阶段应该考虑用户实际需求。
在切片管理周期内SDN控制器对各用户C＝{C1,C2,...,CN}分别统计其流量使用情况，得到流量矩阵集T＝{T1,T2,...,TN}。
具体地，
Figure BDA0003336993410000094
其中
Figure BDA0003336993410000095
表示用户Ck对于从源节点si到目的节点sj的带宽总需求量。
网络切片是可以为特定的用户Ck提供服务的一个虚拟网络，与其他用户的网络隔离，保障用户的QoS需求和网络安全。网络切片由若干的路由及其路径上限制的最大可用带宽资源量构成。
假设网络有m个节点，节点si到节点sj的链路上最大带宽为TBij。用户Ck的切片Slicek(k＝1、2、…、N)映射到各链路上的带宽资源情况可以用矩阵表示为：
Figure BDA0003336993410000101
其中
Figure BDA0003336993410000102
表示切片Slicek在节点si到节点sj的链路lij上预留的带宽资源大小，且
Figure BDA0003336993410000103
网络切片的构造即在给定网络拓扑G(V,E)中，综合考虑各用户的流量矩阵T1、T2、...、TN，寻找出最优的路由组合及其预留带宽方案，为N个用户分别构造出一个网络切片，以满足所有用户的网络需求。
最后，SDN控制器将切片划分结果形成流表下发至交换机上，用户数据流匹配所分配切片对应的流表项，使用对应切片中预留的带宽资源进行转发。
在网络切片部署完成后，各用户的流量按照其切片所分配的路径及最大的带宽量进行传输。然而，随着网络需求的动态变化，用户所分配的切片资源可能会出现资源过剩或资源不足的情况，此时需要对切片间的资源进行调整。
也就是说，本发明提出的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整算法如下：
在每个切片资源调整周期内，按照以下步骤确定资源调整方案：
步骤一：SDN控制器收集切片中的带宽资源使用情况，计算各切片中所分配链路的带宽使用率和丢包数据；
步骤二：各切片根据链路的带宽使用率，由报价策略给出报价，包括若干个买入报价和卖出报价；
步骤三：SDN控制器收集所有切片的报价，进行多轮双向拍卖，得到拍卖结果；
步骤四：SDN控制器将拍卖结果部署到网络中。
步骤一中收集切片的带宽资源使用情况，计算各切片中所分配链路的带宽使用率和丢包数据；
每次拍卖前，SDN控制器会收集各交换机上的统计数据，得到实时的网络负载情况，再根据网络负载情况计算出参加此次拍卖的链路。在OpenFlow流表项中存在计数器字段，该字段可以针对交换机上每张流表、每个流和每个端口以及每个meter表上的信息进行维护，用来统计流量的一些信息，例如发送报文数、接收报文数、出错报文数等。
通过SDN控制器定期向网络节点发送流表统计请求，获取各流表的接收量，计算出切片中路径的带宽使用量。设f为切片Slicek上传输的一条数据流，f的第一个节点为u，δ1时刻获取到的节点u的属于数据流f的接收字节数是accept1，δ2时刻获取到的节点u的属于数据流f的接收字节数是accept2，则数据流f的带宽需求量计算为：
Figure BDA0003336993410000111
其中
Figure BDA0003336993410000112
表示Slicek上数据流f的带宽需求量。
步骤二各切片根据链路的带宽使用率，由报价策略给出报价，包括若干个买入报价和卖出报价；
根据划分切片得到的带宽分配结果和步骤1得到的数据流带宽需求量，可分别计算切片中各条链路多余或缺少的带宽大小，再根据定价策略给出报价。
当切片上链路的分配带宽大小和使用的带宽大小不相等时，给出报价Bij＝(bwij，peij，prij，αij)参与拍卖，其中bwij为交易带宽大小，bwij＞0表示要买入的带宽，bwij＜0表示要卖出的带宽。peij为首轮交易价格，peij＞0表示要竞买单价报价，peij＜0表示要竞卖单价报价。prij为保留价格，对于买入报价是最高支付单价，对于卖出报价是最低销售单价。αij为调整系数，其取值范围为0≤αij≤1，用于对每轮的交易价格进行调整。
首先计算切片Slicek中每条链路上的带宽需求，对于链路lij，设经过lij的数据流共有H条，分别为f1、f2、...、fH，则链路lij的带宽需求为：
Figure BDA0003336993410000121
然后对Slicek中每一条链路lij进行报价，分为两种情况：
当
Figure BDA0003336993410000122
大于
Figure BDA0003336993410000123
时，链路lij需要买入带宽资源，需要买入的带宽大小为
Figure BDA0003336993410000124
调整系数
Figure BDA0003336993410000125
为
Figure BDA0003336993410000126
保留价格
Figure BDA0003336993410000127
使用默认价格pdefault，首轮价格
Figure BDA0003336993410000128
为
Figure BDA0003336993410000129
给出买入报价
Figure BDA00033369934100001210
当
Figure BDA00033369934100001211
小于
Figure BDA00033369934100001212
时，链路lij需要卖出带宽资源，需要卖出lij上的带宽大小为
Figure BDA00033369934100001213
为与买入报价区分加上负号，则
Figure BDA00033369934100001214
调整系数
Figure BDA00033369934100001215
为
Figure BDA00033369934100001216
保留价格
Figure BDA00033369934100001217
使用默认价格-pdefault，首轮价格
Figure BDA00033369934100001218
为
Figure BDA00033369934100001219
给出卖出报价
Figure BDA00033369934100001220
最后，所有链路均给出了各自的报价，其中每个卖出报价都作为一个独立报价参与拍卖，而买入报价中，按照以下规则分为组合报价和单独报价：
对于数据流f，查看其流经的每一条链路lij，若lij无其他数据流经过，则将其对应的买入报价
Figure BDA00033369934100001221
加入到数据流f的组合报价CBf中，否则作为一个单独报价参与拍卖。组合报价CBf参与拍卖时，其中的所有买入报价，要么全部同时中标，要么全部不中标，只对应一个中标结果。所有流的组合报价CBf构成了组合报价集CB。
将每一个切片得到的所有组合报价和独立报价汇总起来，进入拍卖环节。
步骤三SDN控制器收集所有切片的报价，进行多轮双向拍卖，得到拍卖结果；
每次拍卖包括Q轮拍卖，前一轮未达成交易的报价会根据保留价格及调整系数修改交易价格，然后进入下一轮拍卖。
当进入第q轮(q＝1、2、…、Q)拍卖时，首先确定本轮拍卖的竞拍中标者，使用以下模型：
Figure BDA0003336993410000131
s.t.
Figure BDA0003336993410000132
其中，
Figure BDA0003336993410000133
CF为组合报价集CB中元素CBf对应的数据流的集合。
竞拍中标者的确定问题是一个NP-hard问题，因此一般采用启发式算法对其进行求解，本发明结合遗传算法和模拟退火算法来确定网络切片资源分配中的拍卖获胜者。
具体来说，确定出本轮的竞拍中标报价后，对中标报价进行匹配交易。先将所有中标报价分为买入报价和卖出报价，根据本轮交易价格分别进行降序排序和升序排序，得到降序买入报价列表B和升序卖出报价S。
按顺序取出B中的买入报价，进行买卖交易匹配过程：假设其为第x个买入报价Bx，其买入目标为链路lij的带宽，则按顺序从S中取出卖出报价，假设匹配的第y个卖出报价Sy(Sy卖出链路lij的带宽)，其双方确定的交易价格为：
Figure BDA0003336993410000134
Figure BDA0003336993410000141
为买入报价Bx中的买入单价；
Figure BDA0003336993410000142
为买入报价By中的卖出单价。按照上述方法，逐一进行匹配交易，直至买入报价Bx完全满足买入需求，将交易带宽大小、交易金额、交易链路信息及交易双方信息保存至拍卖结果中，并更新交易双方报价中的剩余交易带宽大小。再从买入报价列表B中取出下一个买入报价，按上述描述过程进入交易匹配环境。
当买入报价列表B中所有买入报价都被处理过以后，若余下还有可交易的物品，则根据以下公式更新交易价格，进入第(q+1)轮交易：
pe(q+1)＝pe(q)+α|pe(q)-pr|
若买卖双方不存在可匹配的报价或q+1>Q，则结束本次拍卖。
步骤四中SDN控制器将拍卖结果部署到网络中，即根据步骤三中得到的拍卖结果到各交换机上修改对应的meter表中用于限速的rate值。
换言之，在实施本发明算法时，对于SDN网络拓扑进行划分切片，采用在交换机上设置流表加meter表限速的方式，对切片进行划分，设置各切片的最大可用带宽。
本发明提出的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整算法如下：
在每个切片资源调整周期内，按照以下步骤确定资源调整方案：
步骤一：SDN控制器收集切片中的带宽资源使用情况，计算各切片中所分配链路的带宽使用率和丢包数据；
步骤二：各切片根据链路的带宽使用率，由报价策略给出报价，包括若干个买入报价和卖出报价；
步骤三：SDN控制器收集所有切片的报价，进行多轮双向拍卖，得到拍卖结果；
步骤四：SDN控制器将拍卖结果部署到网络中。
步骤一中收集切片的带宽资源使用情况，计算各切片中所分配链路的带宽使用率和丢包数据；
每次拍卖前，SDN控制器会收集各交换机上的统计数据，得到实时的网络负载情况，再根据网络负载情况计算出参加此次拍卖的链路。在OpenFlow流表项中存在计数器字段，该字段可以针对交换机上每张流表、每个流和每个端口以及每个meter表上的信息进行维护，用来统计流量的一些信息，例如发送报文数、接收报文数、出错报文数等。
通过SDN控制器定期向网络节点发送流表统计请求，获取各流表的接收量，计算出切片中路径的带宽使用量。设f为切片Slicek上传输的一条数据流，f的第一个节点为u，δ1时刻获取到的节点u的属于数据流f的接收字节数是accept1，δ2时刻获取到的节点u的属于数据流f的接收字节数是accept2，则数据流f的带宽需求量计算为：
Figure BDA0003336993410000151
其中
Figure BDA0003336993410000152
表示Slicek上数据流f的带宽需求量。
步骤二各切片根据链路的带宽使用率，由报价策略给出报价，包括若干个买入报价和卖出报价；
根据划分切片得到的带宽分配结果和步骤1得到的数据流带宽需求量，可分别计算切片中各条链路多余或缺少的带宽大小，再根据定价策略给出报价。
当切片上链路的分配带宽大小和使用的带宽大小不相等时，给出报价Bij＝(bwij，peij，prij，αij)参与拍卖，其中bwij为交易带宽大小，bwij＞0表示要买入的带宽，bwij＜0表示要卖出的带宽。peij为首轮交易价格，peij＞0表示要竞买单价报价，peij＜0表示要竞卖单价报价。prij为保留价格，对于买入报价是最高支付单价，对于卖出报价是最低销售单价。αij为调整系数，其取值范围为0≤αij≤1，用于对每轮的交易价格进行调整。
首先计算切片Slicek中每条链路上的带宽需求，对于链路lij，设经过lij的数据流共有H条，分别为f1、f2、...、fH，则链路lij的带宽需求为：
Figure BDA0003336993410000161
然后对Slicek中每一条链路lij进行报价，分为两种情况：
当
Figure BDA0003336993410000162
大于
Figure BDA0003336993410000163
时，链路lij需要买入带宽资源，需要买入的带宽大小为
Figure BDA0003336993410000164
调整系数
Figure BDA0003336993410000165
为
Figure BDA0003336993410000166
保留价格
Figure BDA0003336993410000167
使用默认价格pdefault，首轮价格
Figure BDA0003336993410000168
为
Figure BDA0003336993410000169
给出买入报价
Figure BDA00033369934100001610
当
Figure BDA00033369934100001611
小于
Figure BDA00033369934100001612
时，链路lij需要卖出带宽资源，需要卖出lij上的带宽大小为
Figure BDA00033369934100001613
为与买入报价区分加上负号，则
Figure BDA00033369934100001614
调整系数
Figure BDA00033369934100001615
为
Figure BDA00033369934100001616
保留价格
Figure BDA00033369934100001617
使用默认价格-pdefault，首轮价格
Figure BDA00033369934100001618
为
Figure BDA00033369934100001619
给出卖出报价
Figure BDA00033369934100001620
最后，所有链路均给出了各自的报价，其中每个卖出报价都作为一个独立报价参与拍卖，而买入报价中，按照以下规则分为组合报价和单独报价：
对于数据流f，查看其流经的每一条链路lij，若lij无其他数据流经过，则将其对应的买入报价
Figure BDA00033369934100001621
加入到数据流f的组合报价CBf中，否则作为一个单独报价参与拍卖。组合报价CBf参与拍卖时，其中的所有买入报价，要么全部同时中标，要么全部不中标，只对应一个中标结果。所有流的组合报价CBf构成了组合报价集CB。
将每一个切片得到的所有组合报价和独立报价汇总起来，进入拍卖环节。
步骤三SDN控制器收集所有切片的报价，进行多轮双向拍卖，得到拍卖结果；
每次拍卖包括Q轮拍卖，前一轮未达成交易的报价会根据保留价格及调整系数修改交易价格，然后进入下一轮拍卖。
当进入第q轮(q＝1、2、…、Q)拍卖时，首先确定本轮拍卖的竞拍中标者，使用以下模型：
Figure BDA0003336993410000171
s.t.
Figure BDA0003336993410000172
其中，
Figure BDA0003336993410000173
CF为组合报价集CB中元素CBf对应的数据流的集合。
竞拍中标者的确定问题是一个NP-hard问题，因此一般采用启发式算法对其进行求解，本发明结合遗传算法和模拟退火算法来确定网络切片资源分配中的拍卖获胜者。
本发明采用多次迭代，在每次迭代中结合遗传算法和模拟退火算法来优化求解拍卖获胜者。在算法的前半部分，使用遗传算法通过选择、交叉、变异操作产生新的个体获得新一代种群，后半部分使用模拟退火算法，对每个新个体执行退火操作，得到最终的新一代种群。考虑到模拟退火算法并不是从完全随机的解开始，而实际上遗传算法得到的最优解是模拟退火算法的初始解，最终解的质量将会有明显的提高。
算法使用二进制编码，每个问题解都是一个长度为n的二进制位数组，其中n为报价个数。一个问题解视为一个染色体，一个染色体包含n个基因，一个基因的取值为1或0，表示选中或不选中报价。当第i个值为1时表示选中第i个报价，为0时表示不选中第i个报价。
遗传算法中以个体适应度的大小来评定各个个体的优劣程度，从而决定其遗传机会的大小。适应度对生成新解的优劣进行评价，为选择算子进行“优胜劣汰”提供依据。本发明中的适应度表示为：
Figure BDA0003336993410000181
选择运算把当前群体中适应度较高的个体按某种规则遗传到下一代群体中，一般要求适应度较高的个体将有更多的机会遗传到下一代群体中。本发明中的选择运算使用轮盘赌选择策略。
本发明中的交叉运算使用均匀交叉，通过选取两条染色体，依次扫描染色体上的每个基因，若产生的0到1之间随机数大于0.5，则交换两个染色体对应的基因，否则该基因不变，最终得到两个新的染色体。均匀交叉可以更好地搜索空间，同时保持良好的信息交换。
本发明中的变异运算应用突变算子，从染色体中选择一个随机基因，并对其值进行补齐。即，如果所选基因的值为0，则产生的新染色体中对应的基因为1，反之亦然。
模拟退火算法包含两个部分即Metropolis算法和退火过程。Metropolis算法就是如何在局部最优解的情况下让其跳出来，是退火的基础。本发明使用Metropolis准则：假设当前个体的适应度为f，遗传算法产生的新一代种群对应个体的适应度为f*，则接受概率P为：
Figure BDA0003336993410000182
如果个体适应度增加，则接收新个体；如果个体适应度减少，说明个体偏离全局最优值位置更远了，此时算法不会立刻将其抛弃，而是进行概率操作：首先在区间[0,1]产生一个均匀分布的随机数，如果P大于该随机数，则接受新个体，否则拒绝接受，进入下一步，往复循环。
为了确保模拟退火算法在有限的时间内收敛，必须设定控制算法收敛的参数，在上面的公式中，可以通过调节参数TP来控制算法的收敛。TP的取值如果过大，就会导致退火太快，达到局部最优值就会结束迭代，如果过小，则计算时间会增加。本发明中采用指数式下降的方法，开始时设置一个初始温度，在迭代中通过以下公式修改温度值TP，直至TP达到终止温度：
TP(n+1)＝λTP(n)
具体来说，确定出本轮的竞拍中标报价后，对中标报价进行匹配交易。先将所有中标报价分为买入报价和卖出报价，根据本轮交易价格分别进行降序排序和升序排序，得到降序买入报价列表B和升序卖出报价S。
按顺序取出B中的买入报价，进行买卖交易匹配过程：假设其为第x个买入报价Bx，其买入目标为链路lij的带宽，则按顺序从S中取出卖出报价，假设匹配的第y个卖出报价Sy(Sy卖出链路lij的带宽)，其双方确定的交易价格为：
Figure BDA0003336993410000191
Figure BDA0003336993410000192
为买入报价Bx中的买入单价；
Figure BDA0003336993410000193
为买入报价By中的卖出单价。按照上述方法，逐一进行匹配交易，直至买入报价Bx完全满足买入需求，将交易带宽大小、交易金额、交易链路信息及交易双方信息保存至拍卖结果中，并更新交易双方报价中的剩余交易带宽大小。再从买入报价列表B中取出下一个买入报价，按上述描述过程进入交易匹配环境。
当买入报价列表B中所有买入报价都被处理过以后，若余下还有可交易的物品，则根据以下公式更新交易价格，进入第(q+1)轮交易：
pe(q+1)＝pe(q)+α|pe(q)-pr|
若所有报价都已经交易或q+1>Q，则结束本次拍卖。
步骤四中SDN控制器将拍卖结果部署到网络中，即根据步骤三中得到的拍卖结果到各交换机上修改对应的meter表中用于限速的rate值。
总的来说，本发明方案提供的一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法，方法包括：SDN控制器获取当前网络负载情况，计算路径的平均使用带宽；各路径根据链路分配的带宽大小及定价策略给出报价；每轮拍卖前修改本轮交易价格，确定竞拍中标者；匹配买卖双方交易物品的价格和数量以确定交易，未交易的路径参与下一轮拍卖，直至所有报价都已交易或不存在可匹配的报价；根据交易结果调整切片分配的带宽资源。
为实现上述目的，本发明还提供种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整系统，如图5所示，所述的系统具体包括：
获取单元，用于获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；
第一生成单元，用于根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；
第二生成单元，用于根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；
部署单元，用于对所述拍卖结果数据进行实时网络部署。
进一步地，所述获取单元中还设置有：
第一生成模块，用于定期向网络节点请求流表统计数据，生成所述流表的接收量数据；
第二生成模块，用于根据所述接收量数据，实时生成网络切片中路径的带宽使用量数据；
所述第一生成单元中还设置有：
判定模块，用于判定网络切片链路分配带宽与使用带宽的数值关系；
第三生成模块，用于生成网络切片中每一条链路的带宽需求数据；
第四生成模块，用于根据所述带宽需求数据，并结合报价策略，实时生成每一条链路报价数据；
整合模块，用于对生成的组合报价或独立报价进行实时整合；
所述第二生成单元中还设置有：
处理模块，用于根据前一轮未达成交易报价数据，结合保留价格及调整系数对交易价格数据进行实时处理；
构建交易模块，用于构建中标模型，根据竞拍中标报价数据，对中标报价进行匹配交易；
所述构建交易模块中还设置有：
排序模块，用于对中标报价进行分类处理，并根据交易价格按照类别进行排序处理；
交易匹配模块，用于按顺序取出类别中的报价数据，实时进行买卖交易匹配。
具体地，与系统相应地方法步骤细节参见上述系统中阐述，在这不再赘述。
为实现上述目的，本发明还提供一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的平台，如图6所示，包括：处理器、存储器以及基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的平台控制程序；
其中在所述的处理器执行所述的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的平台控制程序，所述的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的平台控制程序被存储在所述存储器中，所述的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的平台控制程序，实现所述的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的方法步骤，例如：
S1、获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；
S2、根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；
S3、根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；
S4、对所述拍卖结果数据进行实时网络部署。
步骤具体细节已在上文阐述，此处不再赘述。
本发明实施例中，所述的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的平台内置处理器，可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(CentralProcessing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。处理器利用各种接口和线路连接取各个部件，通过运行或执行存储在存储器内的程序或者单元，以及调用存储在存储器内的数据，以执行基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的各种功能和处理数据；
存储器用于存储程序代码和各种数据，安装在基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的平台中，并在运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。
所述存储器包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)，随机存储器(RandomAccess Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子擦除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读取存储介质，如图7所示，所述计算机可读取存储介质存储有基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的平台控制程序，所述的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的平台控制程序，实现所述的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的方法步骤，例如：
S1、获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；
S2、根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；
S3、根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；
S4、对所述拍卖结果数据进行实时网络部署。
步骤具体细节已在上文阐述，此处不再赘述。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读取介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。
另外，计算机可读取介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
在本发明实施例中，为实现上述目的，本发明还提供一种芯片系统，所述芯片系统包括至少一个处理器，当程序指令在所述至少一个处理器中执行时，使得所述芯片系统执行所述的基于组合双向拍卖的网络切片资源调整的方法步骤，例如：
S1、获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；
S2、根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；
S3、根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；
S4、对所述拍卖结果数据进行实时网络部署。
步骤具体细节已在上文阐述，此处不再赘述。
本发明通过一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法：获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；同时根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；对所述拍卖结果数据进行实时网络部署；以及相应地系统，解决了在预先分配的切片资源发生业务变动，造成资源紧张或资源过剩而导致的网络性能降低，网络资源利用率下降问题，也就是说，可以实现定期对网络切片资源进行调整，从而保证应用场景的性能要求，提高用户体验和网络资源利用率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法，其特征在于所述方法具体包括如下步骤：
获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；
根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；
根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；
对所述拍卖结果数据进行实时网络部署。
2.根据权利要求1所述的一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法，其特征在于所述获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据步骤中，还包括如下步骤：
定期向网络节点请求流表统计数据，生成所述流表的接收量数据；
根据所述接收量数据，实时生成网络切片中路径的带宽使用量数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法，其特征在于所述步骤根据所述接收量数据，实时生成网络切片中路径的带宽使用量数据中的计算公式具体为：
Figure FDA0003336993400000011
其中
Figure FDA0003336993400000012
表示Slicek上数据流f的带宽需求量。
4.根据权利要求1所述的一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法，其特征在于所述根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据步骤中，还包括如下步骤：
判定网络切片链路分配带宽与使用带宽的数值关系。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法，其特征在于所述根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据步骤中，还包括如下步骤：
生成网络切片中每一条链路的带宽需求数据；
根据所述带宽需求数据，并结合报价策略，实时生成每一条链路报价数据；
对生成的组合报价或独立报价进行实时整合。
6.根据权利要求1所述的一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法，其特征在于所述根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据步骤中，还包括如下步骤：
根据前一轮未达成交易报价数据，结合保留价格及调整系数对交易价格数据进行实时处理；
构建中标模型，根据竞拍中标报价数据，对中标报价进行匹配交易。
7.根据权利要求6所述的一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法，其特征在于所述构建中标模型，根据竞拍中标报价数据，对中标报价进行匹配交易步骤中，还包括如下步骤：
对中标报价进行分类处理，并根据交易价格按照类别进行排序处理；
按顺序取出类别中的报价数据，实时进行买卖交易匹配。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整方法，其特征在于所述构建中标模型的模型具体为：
Figure FDA0003336993400000021
s.t.
Figure FDA0003336993400000022
其中，
Figure FDA0003336993400000023
CF为组合报价集CB中元素CBf对应的数据流的集合。
9.一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整系统，其特征在于所述的系统具体包括：
获取单元，用于获取网络实时负载数据，并实时生成网络切片中路径带宽实时使用量数据；
第一生成单元，用于根据网络切片中路径带宽实时使用量数据及分配带宽数据，并结合报价策略，实时生成报价数据；
第二生成单元，用于根据所述报价数据，实时进行多轮双向拍卖，并生成拍卖结果数据；
部署单元，用于对所述拍卖结果数据进行实时网络部署。
10.根据权利要求9所述的一种基于组合双向拍卖的网络切片资源调整系统，其特征在于所述获取单元中还设置有：
第一生成模块，用于定期向网络节点请求流表统计数据，生成所述流表的接收量数据；
第二生成模块，用于根据所述接收量数据，实时生成网络切片中路径的带宽使用量数据；
所述第一生成单元中还设置有：
判定模块，用于判定网络切片链路分配带宽与使用带宽的数值关系；
第三生成模块，用于生成网络切片中每一条链路的带宽需求数据；
第四生成模块，用于根据所述带宽需求数据，并结合报价策略，实时生成每一条链路报价数据；
整合模块，用于对生成的组合报价或独立报价进行实时整合；
所述第二生成单元中还设置有：
处理模块，用于根据前一轮未达成交易报价数据，结合保留价格及调整系数对交易价格数据进行实时处理；
构建交易模块，用于构建中标模型，根据竞拍中标报价数据，对中标报价进行匹配交易；
所述构建交易模块中还设置有：
排序模块，用于对中标报价进行分类处理，并根据交易价格按照类别进行排序处理；
交易匹配模块，用于按顺序取出类别中的报价数据，实时进行买卖交易匹配。
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