CN114448804A - 一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射系统和方法 - Google Patents

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CN114448804A CN202210264391.2A CN202210264391A CN114448804A CN 114448804 A CN114448804 A CN 114448804A CN 202210264391 A CN202210264391 A CN 202210264391A CN 114448804 A CN114448804 A CN 114448804A
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Abstract

本发明公开了一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射系统和方法。本发明在计算过程中考虑车辆节点移动对信息交互连通时长的影响，设计服务组件节点的排序方法，按照序列通过对节点映射中的节点属性、节点计算单元、结构以及链路容量进行可行判断，优先选择最大信息交互连通时长的物理网络节点进行映射，该方法能以较低的计算复杂度实现最大化信息交互连通时长的组件映射。该方法能够体现车辆移动性对服务功能链映射后信息交互连通时长的影响，以及增加动态环境中服务的可行时长，进而提升交通系统中的服务效果；仿真结果表明，本发明能够以较低的复杂度在交通系统中映射出服务可行时长提升的物理网络子图。

Description

一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射系统和 方法
技术领域
本发明属于交通控制与通信技术领域，涉及一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射系统和方法。
背景技术
网络功能虚拟化技术能够将服务与专用物理硬件解耦，将服务的各部分组件根据业务需要构成有序排列的服务功能链，继而将各服务组件在不同的物理设备上进行灵活的实例化，在网络节点、用户终端实现弹性智能化的部署，通过提供计算以及信息传输，支持各类控制以及娱乐业务，可以提高驾驶安全性，提高交通效率，优化用户体验，因此将会成为未来交通系统的组成部分之一。
服务组件的映射是指选择物理节点承载服务中对应的服务组件，以满足业务需要。未来的交通系统中，车与路侧设施之间以及车辆之间通过无线传输实现通信，此时车辆经常处于移动状态，物理链路的信息交互能力将会动态变化。服务功能链需要在这些不断移动的设备上运行各部分服务组件并且同时保证关联的服务组件间能够进行不间断的信息交互。因此，为了提升服务时长，需要提高映射后链路集合的信息交互连通时长。因此在交通动态场景中，如何建立物理设备与服务组件的映射，使得映射后的信息交互连通时长最优，成为了交通系统中实现网络功能虚拟化的一个关键技术难点。
迄今，国内外研究者已经提出了服务功能链的映射方法，包括基于设备位置分类的映射算法(BA-VNE算法)、基于对服务组件以及设备进行属性排序的映射算法(VNE-NTANRC算法)等。但是它们都因其固有的缺陷在动态的交通系统中无法取得较好的性能。基于设备位置分类的映射方法中，将物理网络节点分为边缘节点以及非边缘节点，赋予边缘节点较高的映射优先级，提升服务请求接受率。基于对服务组件以及设备进行属性排序的映射算法中，考虑地理位置、网络拓扑、链路容量以及节点能力多项属性，通过分别对服务组件以及物理节点进行排序，实现基于多属性排序的映射算法。然而，以上方法针对的是某一时刻的确定的网络拓扑，而车辆的移动性会使得网络具有动态性，会产生信息交互的中断，使得上述映射方案存在性能损失甚至失效。综上所述，上述方法不适于用于交通系统中基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射问题。
为了实现服务功能链的映射，西安交通大学提出的专利申请“一种基于深度强化学习的服务功能链可靠性部署方法”(申请日：2020年11月27日，申请号：CN202011359654.5，公开号：CN112543119A)中公开了一种利用深度强化学习对服务组件进行映射并对其进行备份映射的方法。北京理工大学提出的专利申请“基于深度强化学习的虚拟化网络服务功能链部署方法”(申请日：2020年06月03日，申请号：CN202010492093.X，公开号：CN111669291B)中公开了一种基于深度强化学习的考虑流量控制的服务组件映射方法。电子科技大学提出的专利申请“动态网络环境中快速且负载均衡的服务功能链部署方法”(申请日：2018年10月30日，申请号：CN201811275962.2，公开号：CN109358971B)中公开了一种快速以及负载均衡的服务组件映射方法。但是，这些方法中存在的不足是：以上三种方法不包含对信息交互链路的连通性问题，因此无法保证动态交通网络中的服务可行时长。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射系统和方法，以解决现有技术在动态交通系统中无法优化服务功能链映射中的信息交互连通时长问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射方法，包括以下步骤：
步骤1，基于服务功能链建立服务组件图，基于物理节点建立物理网络图，所述物理节点包括车辆和路边设施；计算所有物理节点之间的链路连通时长，所有的链路连通时长组成矩阵LLT；
步骤2，对服务组件图中的组件节点进行排序，排序依据为根据组件节点在物理网络图中匹配发散概率或迭代加权度；
步骤3，逐一将服务组件图中的节点映射至物理网络图中；
步骤3.1，建立待映射服务组节点的物理网络候选点集；
步骤3.2，基于链路连通时长，从物理网络候选点集中选择出所述待映射服务组节点的映射物理节点；
步骤3.3，对选择出的映射物理节点进行可行性验证；
步骤3.4，如果验证成功，确定待映射服务组节点和映射物理节点之间的对应关系，执行步骤3.5；如果验证失败，重复步骤3.2和步骤3.3，如果物理网络候选点集中未找到对应的映射物理节点，结束映射流程；
步骤3.5，重复步骤3.1，直至服务组件图中的所有组件节点映射结束。
本发明的进一步改进在于：
优选的，步骤1中，所述物理节点之间的链路包括车车链路、车路链路和路车链路；
所述车车链路的计算公式为：
Figure BDA0003552028440000031
其中，
Figure BDA0003552028440000032
为距离向量，为从
Figure BDA0003552028440000033
指向
Figure BDA0003552028440000034
Δvjj'为两个车的相对速度大小；
Figure BDA0003552028440000035
为
Figure BDA0003552028440000036
到
Figure BDA0003552028440000037
之间的夹角，TRVV为车车链路的最大通信距离；
所述车路链路的计算公式为：
Figure BDA0003552028440000041
其中，
Figure BDA0003552028440000042
为
Figure BDA0003552028440000043
到
Figure BDA0003552028440000044
的夹角，
Figure BDA0003552028440000045
为车辆速度，TRVR为车路链路的最大通信距离；
所述路车链路的计算公式为：
Figure BDA0003552028440000046
其中，
Figure BDA0003552028440000047
为
Figure BDA0003552028440000048
到
Figure BDA0003552028440000049
的夹角，
Figure BDA00035520284400000410
为车辆速度，TRRV为路车链路的最大通信距离。
优选的，步骤2中，排序的第一个组件节点为具有最小匹配发散概率的节点，计算公式为：
Figure BDA00035520284400000411
其中，
Figure BDA00035520284400000412
表示GA中服务组件节点集合，
Figure BDA00035520284400000413
为每一个组件节点
Figure BDA00035520284400000414
计算匹配发散比率。
优选的，所述匹配发散比率的计算公式为：
Figure BDA00035520284400000415
其中：
Figure BDA00035520284400000416
Figure BDA00035520284400000417
Figure BDA00035520284400000418
其中，
Figure BDA00035520284400000419
表示GS中物理节点集合；
Figure BDA00035520284400000420
为GA的第i个组件节点；
Figure BDA00035520284400000421
表示
Figure BDA00035520284400000422
在GS中的类别匹配比率；NUM(·)表示集合·中元素的个数；
Figure BDA00035520284400000423
表示
Figure BDA00035520284400000424
属于路侧设施组件节点，
Figure BDA00035520284400000425
表示
Figure BDA00035520284400000426
属于车辆组件节点；
Figure BDA00035520284400000427
表示
Figure BDA00035520284400000428
属于路测设施物理节点，
Figure BDA00035520284400000429
表示
Figure BDA00035520284400000430
属于车辆物理节点；
Figure BDA00035520284400000431
表示节点
Figure BDA00035520284400000432
的入度；
Figure BDA00035520284400000433
表示GS中入度与
Figure BDA00035520284400000434
相等的节点数占总节点数之比；
Figure BDA0003552028440000051
表示节点
Figure BDA0003552028440000052
的出度；
Figure BDA0003552028440000053
表示GS中出度与
Figure BDA0003552028440000054
相等的节点数占总节点数之比。
优选的，步骤2中，排序的第二位开始，未排序的每个节点计算与已排序节点间的加权度，取其中具有最大加权度的节点为当前序号节点，第k位QA(k)计算公式如下，
Figure BDA0003552028440000055
其中，符号
Figure BDA0003552028440000056
表示由序列QA中已排序的前k-1个节点构成的集合；
Figure BDA0003552028440000057
代表服务组件信息交互所要求的传输容量。
优选的，步骤3.1中，所述物理网络候选点集的计算公式为：
Figure BDA0003552028440000058
所述
Figure BDA0003552028440000059
为待映射服务组件节点，
Figure BDA00035520284400000510
表示已形成的映射状态sc中的物理节点集合；
Figure BDA00035520284400000511
为物理节点的集合。
优选的，步骤3.2中，从最小的判别参数中选择最大的作为映射物理节点：
Figure BDA00035520284400000512
其中，
Figure BDA00035520284400000513
表示已形成的映射状态sc中的物理节点与候选判断节点n在GS中生成的诱导子图。
优选的，步骤3.3中，所述可行验证包括：节点属性可行判断事件、节点计算单元可行判断条件、结构可行判断条件和链路容量可行判断条件。
优选的，所述节点属性可行判断事件为：
Figure BDA00035520284400000514
所述节点计算单元可行判断条件为：
Figure BDA00035520284400000515
其中，
Figure BDA00035520284400000516
表示服务组件节点所要求的计算单元的个数；
Figure BDA00035520284400000517
表示物理节点所具有的计算单元的个数；
所述结构可行判断条件为：
Figure BDA0003552028440000061
其中，
Figure BDA0003552028440000062
表示
Figure BDA0003552028440000063
中的点在GA和GS里的关联关系的可行分析；
Figure BDA0003552028440000064
Figure BDA0003552028440000065
其中对一跳邻居按照车辆节点和路边设施节点进行了分类，即：
Figure BDA0003552028440000066
Figure BDA0003552028440000067
所述链路容量可行判断条件为：
Figure BDA0003552028440000068
其中
Figure BDA0003552028440000069
代表物理节点信息交互所具有的传输容量，
Figure BDA00035520284400000610
表示服务组件节点
Figure BDA00035520284400000611
映射的物理节点。
一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射系统，包括：
图形建立单元，用于基于服务功能链建立服务组件图，基于物理节点建立物理网络图，所述物理节点包括车辆和路边设施；计算所有物理节点之间的链路连通时长，所有的链路连通时长组成矩阵LLT；
排序单元，用于对服务组件图中的组件节点进行排序，排序依据为根据组件节点在物理网络图中匹配发散概率或迭代加权度；
映射单元，用于逐一将服务组件图中的节点映射至物理网络图中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种交通系统中基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射系统和方法，该映射方法的具体步骤为：(1)建立服务组件图以及交通系统的物理网络图，计算系统中物理节点间的信息交互连通时长；(2)对服务组件图中组件节点进行结合匹配发散概率以及迭代加权度的排序；(3)通过最大化信息交互连通时长子图嵌入方法求得映射关系。本发明在计算过程中考虑车辆节点移动对信息交互连通时长的影响，设计服务组件节点的排序方法，按照序列通过对节点映射中的节点属性、节点计算单元、结构以及链路容量进行可行判断，优先选择最大信息交互连通时长的物理网络节点进行映射，该方法能以较低的计算复杂度实现最大化信息交互连通时长的组件映射。该方法能够体现车辆移动性对服务功能链映射后信息交互连通时长的影响，以及增加动态环境中服务的可行时长，进而提升交通系统中的服务效果；仿真结果表明，本发明能够以较低的复杂度在交通系统中映射出服务可行时长提升的物理网络子图。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的映射成功率随车辆个数的变化曲线图；
图3为本发明的服务可行时长随车辆个数的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明公开了一种交通系统中基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射系统和方法，该方法的基本思路为建立服务组件图以及交通系统的物理网络图，计算系统中物理节点间的信息交互连通时长，对服务组件节点进行排序，按序进行将节点在物理图中进行映射可行判断，从而实现低复杂度的映射。具体实现步骤为：(1)建立服务组件图以及交通系统的物理网络图，计算系统中物理节点间的信息交互连通时长；(2)对服务组件图中组件节点进行结合匹配发散概率以及迭代加权度的排序；(3)通过最大化信息交互连通时长子图嵌入方法求得映射关系；本发明在计算过程中考虑车辆节点移动对信息交互连通时长的影响，设计组件节点的排序方法，按照序列通过对节点映射中的节点属性、节点计算单元、结构以及链路容量进行可行判断，优先选择最大信息交互连通时长的物理网络结构进行映射，该方法能以较低的计算复杂度实现最大化信息交互连通时长的服务功能链映射。参见图1，本发明的具体实现步骤如下：
步骤1，将服务功能链建立为服务组件图
Figure BDA0003552028440000081
将交通系统中车辆及路边设施的计算能力以及信息连通性建立为对应的物理网络图
Figure BDA0003552028440000082
计算物理网络系统中物理节点间的信息交互连通时长，构成链路连通时长矩阵LLT，物理节点包括车辆和路边设施。
其中，
Figure BDA0003552028440000083
表示服务节点的集合，其中NUM(·)为集合·中元素的个数。
Figure BDA0003552028440000084
包括车辆服务节点和设施服务节点。
Figure BDA0003552028440000085
为车辆服务节点集合，
Figure BDA0003552028440000086
为路边设施服务节点集合，
Figure BDA0003552028440000087
为服务链路的集合，
Figure BDA0003552028440000088
为从
Figure BDA0003552028440000089
指向
Figure BDA00035520284400000810
的链路。
Figure BDA00035520284400000811
和
Figure BDA00035520284400000812
分别为节点的权值集合和链路的权值集合，节点
Figure BDA00035520284400000813
的权值记为
Figure BDA00035520284400000814
代表节点所要求的计算单元的个数，链路
Figure BDA00035520284400000815
的权值记为
Figure BDA00035520284400000816
代表链路所要求的传输容量。服务节点
Figure BDA00035520284400000817
的度记为
Figure BDA00035520284400000818
其中入度
Figure BDA00035520284400000819
为指向
Figure BDA00035520284400000820
的入边，出度
Figure BDA00035520284400000821
为从
Figure BDA00035520284400000822
向外的出边。其中
Figure BDA00035520284400000823
为物理节点的集合，其中包括车辆和路边设施节点，
Figure BDA00035520284400000824
为车辆节点集合，
Figure BDA00035520284400000825
为路边设施节点集合，集合间关系为
Figure BDA00035520284400000826
为物理链路的集合，
Figure BDA00035520284400000827
为从
Figure BDA00035520284400000828
指向
Figure BDA00035520284400000829
的链路。
Figure BDA00035520284400000830
和
Figure BDA00035520284400000831
分别为节点的权值集合和链路的权值集合，节点
Figure BDA00035520284400000832
的权值记为
Figure BDA0003552028440000091
代表物理节点所具有的计算单元的个数，链路
Figure BDA0003552028440000092
的权值记为
Figure BDA0003552028440000093
代表物理链路所具有的传输容量。
Figure BDA0003552028440000094
为物理节点
Figure BDA0003552028440000095
的度，其中入度
Figure BDA0003552028440000096
为指向
Figure BDA0003552028440000097
的入边，出度
Figure BDA0003552028440000098
为从
Figure BDA0003552028440000099
向外的出边。
LLT(ejj')为物理节点j与节点j’之间信息交互的连通时长，计算公式如下，
对道路的俯视图建立坐标，左下方为二维坐标原点，分别以水平向右以及竖直向上为x轴及y轴的正方向，车辆沿水平方向行驶，车车链路、车路链路以及路车链路的最大通信距离分别记为TRVV，TRVR以及TRRV。
对于
Figure BDA00035520284400000910
其两端节点
Figure BDA00035520284400000911
设其坐标分别为(xj,yj)和(xj',yj')，定义距离向量
Figure BDA00035520284400000912
为从
Figure BDA00035520284400000913
指向
Figure BDA00035520284400000914
可得初始距离为
Figure BDA00035520284400000915
根据物理链路的分类，各类链路的LLT计算如下：
(1)对于车车链路
Figure BDA00035520284400000916
其两端节点
Figure BDA00035520284400000917
车辆速度分别为
Figure BDA00035520284400000918
和
Figure BDA00035520284400000919
速度大小分别为vj和vj'，定义相对速度向量
Figure BDA00035520284400000920
相对速度大小为Δvjj'，
Figure BDA00035520284400000921
到
Figure BDA00035520284400000922
之间的夹角记为
Figure BDA00035520284400000923
则
Figure BDA00035520284400000924
(2)对于车路链路
Figure BDA00035520284400000925
其两端节点
Figure BDA00035520284400000926
Figure BDA00035520284400000927
到
Figure BDA00035520284400000928
的夹角记为
Figure BDA00035520284400000929
则
Figure BDA00035520284400000930
(3)对于路车链路
Figure BDA00035520284400000931
其两端节点
Figure BDA00035520284400000932
Figure BDA00035520284400000933
到
Figure BDA00035520284400000934
的夹角记为
Figure BDA00035520284400000935
则
Figure BDA00035520284400000936
步骤2，对服务组件图GA中的组件节点，根据其在物理网络图GS中的匹配发散概率或迭代加权度的大小进行排序，形成序列QA；
步骤2.1.为每一个
Figure BDA0003552028440000101
计算匹配发散比率
Figure BDA0003552028440000102
计算公式如下：
Figure BDA0003552028440000103
其中：
Figure BDA0003552028440000104
Figure BDA0003552028440000105
Figure BDA0003552028440000106
其中，
Figure BDA0003552028440000107
表示GS中物理节点集合；
Figure BDA0003552028440000108
为GA的第i个组件节点；
Figure BDA0003552028440000109
表示
Figure BDA00035520284400001010
在GS中的类别匹配比率；NUM(·)表示集合·中元素的个数；
Figure BDA00035520284400001011
表示
Figure BDA00035520284400001012
属于路侧设施组件节点，
Figure BDA00035520284400001013
表示
Figure BDA00035520284400001014
属于车辆组件节点；
Figure BDA00035520284400001015
表示
Figure BDA00035520284400001016
属于路测设施物理节点，
Figure BDA00035520284400001017
表示
Figure BDA00035520284400001018
属于车辆物理节点；
Figure BDA00035520284400001019
表示节点
Figure BDA00035520284400001020
的入度；
Figure BDA00035520284400001021
表示GS中入度与
Figure BDA00035520284400001022
相等的节点数占总节点数之比；
Figure BDA00035520284400001023
表示节点
Figure BDA00035520284400001024
的出度；
Figure BDA00035520284400001025
表示GS中出度与
Figure BDA00035520284400001026
相等的节点数占总节点数之比；
步骤2.2.选择出最小匹配发散概率的节点作为序列QA中的首位组件节点，计算公式为：
Figure BDA00035520284400001027
其中，
Figure BDA00035520284400001028
表示GA中服务组件节点集合；若存在多个节点具有相等的最小匹配概率，则QA(1)取其中之一；
步骤2.3.序列QA从第二位的确定开始，分别为未排序的每个节点计算其与已排序节点间的加权度，取其中具有最大加权度的节点为当前序号节点，第k位QA(k)计算公式如下，
Figure BDA00035520284400001029
其中，符号
Figure BDA0003552028440000111
表示由序列QA中已排序的前k-1个节点构成的集合；
Figure BDA0003552028440000112
代表服务组件信息交互所要求的传输容量；若存在多个节点具有相等的最大加权度，取其中的具有最小匹配概率节点；若存在多个节点具有最小匹配概率，取其中之一。直至所有服务组件节点都已排序。
步骤3，通过最大化信息交互连通时长子图嵌入方法求得映射关系集合
Figure BDA0003552028440000113
按照QA中的顺序，使用信息交互连通时长最大化子图嵌入方法，逐一对服务组件节点进行对其在
Figure BDA0003552028440000114
中物理节点的映射，求得映射关系集合s。具体过程为：
步骤3.1.设定当前已形成c对映射关系，构成了映射状态为sc，设定待映射服务组件节点为
Figure BDA0003552028440000115
其在物理网络候选点集
Figure BDA0003552028440000116
的计算公式如下：
Figure BDA0003552028440000117
其中，nS表示
Figure BDA0003552028440000118
中的节点，
Figure BDA0003552028440000119
表示已形成的映射状态sc中的物理节点集合。从上式中可以看出物理网络候选点集中的节点nS需要同时满足两个条件，第一，该物理节点还未被当前的c对映射关系占用；第二，该物理节点nS需要和待映射服务组件节点
Figure BDA00035520284400001110
具有相同的属性，即同属于路边设施节点或同属于车辆节点，两个条件的交集，获得物理网络候选点集。
步骤3.2.对于物理网络候选点集
Figure BDA00035520284400001111
中的节点，在物理网络候选点集中根据最大化最小的信息交互连通时长选出
Figure BDA00035520284400001112
的映射物理节点
Figure BDA00035520284400001113
Figure BDA00035520284400001114
其中，
Figure BDA00035520284400001115
表示已形成的映射状态sc中的物理节点与候选判断节点n加入后在GS中所生成的诱导子图；
Figure BDA00035520284400001116
表示
Figure BDA00035520284400001117
中最小的链路LLT值；对物理网络候选点集
Figure BDA00035520284400001118
中所有的节点都分别计算其
Figure BDA00035520284400001119
值，然后选择其中最大的
Figure BDA0003552028440000121
的对应候选节点作为映射物理节点
Figure BDA0003552028440000122
步骤3.3.对选出的
Figure BDA0003552028440000123
判别
Figure BDA0003552028440000124
的可行性
Figure BDA0003552028440000125
计算公式如下：将
Figure BDA0003552028440000126
的可行判断记为事件
Figure BDA0003552028440000127
由四部分组成：第一部分，以
Figure BDA0003552028440000128
表示节点属性可行判断事件，
Figure BDA0003552028440000129
为真表示
Figure BDA00035520284400001210
与
Figure BDA00035520284400001211
具有相同的属性，即同为车辆节点或路边设施节点；第二部分，以
Figure BDA00035520284400001212
表示节点计算单元可行判断条件，
Figure BDA00035520284400001213
为真要求服务组件节点的计算资源数目不超过物理映射节点的可用计算单元数目；第三部分，以
Figure BDA00035520284400001214
表示结构可行判断事件，
Figure BDA00035520284400001215
为真表示引入后，满足设置的结构判断条件；第四部分，以
Figure BDA00035520284400001216
表示链路容量可行判断事件，
Figure BDA00035520284400001217
为真要求服务组件的链路容量不超过物理映射链路的可用容量。以符号∧表示逻辑与，则
Figure BDA00035520284400001218
的计算公式为：
Figure BDA00035520284400001219
四项条件各自都是事件
Figure BDA00035520284400001220
的必要非充分条件，有一项不满足，则映射节点对
Figure BDA00035520284400001221
不可行，四项条件的判断计算公式如下：
(1)属性可行判断条件
Figure BDA00035520284400001222
(2)节点计算单元可行判断条件
Figure BDA00035520284400001223
其中
Figure BDA00035520284400001224
表示服务组件节点所要求的计算单元的个数；
Figure BDA00035520284400001225
表示物理节点所具有的计算单元的个数；
(3)结构可行判断条件：由于结构判断较为复杂，分为两部分情况分别进行分析，
Figure BDA00035520284400001226
其中
Figure BDA00035520284400001227
表示
Figure BDA00035520284400001228
中的点在GA和GS里的关联关系的可行分析，而
Figure BDA0003552028440000131
为
Figure BDA0003552028440000132
中的点在GA和GS里的分别共有的一跳邻居的可行分析。
Figure BDA0003552028440000133
Figure BDA0003552028440000134
其中对一跳邻居按照车辆节点和路边设施节点进行了分类，即：
Figure BDA0003552028440000135
Figure BDA0003552028440000136
(4)链路容量可行判断条件
Figure BDA0003552028440000137
其中
Figure BDA0003552028440000138
代表物理节点信息交互所具有的传输容量，
Figure BDA0003552028440000139
表示服务组件节点
Figure BDA00035520284400001310
映射的物理节点；
其中，
Figure BDA00035520284400001311
为sc中的物理节点集合在图GS中的前驱节点集合，计算公式为：
Figure BDA00035520284400001312
Figure BDA00035520284400001313
为sc中的物理节点集合在图GS中的后继节点集合，计算公式为：
Figure BDA00035520284400001314
Figure BDA00035520284400001315
为sc中的服务组件节点集合在图GA中的前驱节点集合，计算公式为：
Figure BDA00035520284400001316
Figure BDA00035520284400001317
为sc中的服务组件节点集合在图GA中的后继节点集合，计算公式为：
Figure BDA0003552028440000141
Figure BDA0003552028440000142
为sc中的物理节点集合在图GS中的车辆前驱节点集合，计算公式为：
Figure BDA0003552028440000143
Figure BDA0003552028440000144
为sc中的物理节点集合在图GS中的车辆后继节点集合，计算公式为：
Figure BDA0003552028440000145
Figure BDA0003552028440000146
为sc中的物理节点集合在图GS中的路侧设施前驱节点集合，计算公式为：
Figure BDA0003552028440000147
Figure BDA0003552028440000148
为sc中的物理节点集合在图GS中的路侧设施后继节点集合，计算公式为：
Figure BDA0003552028440000149
Figure BDA00035520284400001410
为sc中的服务组件节点集合在图GA中的车辆前驱节点集合，计算公式为：
Figure BDA00035520284400001411
Figure BDA00035520284400001412
为sc中的服务组件节点集合在图GA中的车辆后继节点集合，计算公式为：
Figure BDA00035520284400001413
Figure BDA00035520284400001414
为sc中的服务组件节点集合在图GA中的路侧设施前驱节点集合，计算公式为：
Figure BDA00035520284400001415
Figure BDA00035520284400001416
为sc中的服务组件节点集合在图GA中的路侧设施后继节点集合，计算公式为：
Figure BDA00035520284400001417
Figure BDA00035520284400001418
为
Figure BDA00035520284400001419
在图GS中的前驱节点集合，计算公式为：
Figure BDA00035520284400001420
Figure BDA00035520284400001421
为
Figure BDA00035520284400001422
在图GS中的后继节点集合，计算公式为：
Figure BDA00035520284400001423
Figure BDA00035520284400001424
为
Figure BDA00035520284400001425
在图GA中的前驱节点集合，计算公式为：
Figure BDA0003552028440000151
Figure BDA0003552028440000152
为
Figure BDA0003552028440000153
在图GA中的后继节点集合，计算公式为：
Figure BDA0003552028440000154
步骤3.4如果
Figure BDA0003552028440000155
为真，即四项条件的判断计算公式均满足，则确定
Figure BDA0003552028440000156
映射关系，更新
Figure BDA0003552028440000157
进行步骤3.5；否则，去除选出的这个的
Figure BDA0003552028440000158
更新节点候选集
Figure BDA0003552028440000159
重复步骤3.2和步骤3.3，继续选出来新的
Figure BDA00035520284400001510
进行可行性判断，如果持续的为假，即
Figure BDA00035520284400001511
如果
Figure BDA00035520284400001512
为空，返回FALSE，表示此次映射失败，算法停止，如果
Figure BDA00035520284400001513
不为空，重复步骤3.2和3.3；
步骤3.5.如果
Figure BDA00035520284400001514
则说明服务组件图中的组件点没有映射结束，重复步骤3.1；如果
Figure BDA00035520284400001515
映射状态为目标状态，算法停止，输出sc为映射结果。
为实现上述功能，本发明公开了一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射系统，包括：
图形建立单元，用于基于服务功能链建立服务组件图，基于物理节点建立物理网络图，所述物理节点包括车辆和路边设施；计算所有物理节点之间的链路连通时长，所有的链路连通时长组成矩阵LLT；
排序单元，用于对服务组件图中的组件节点进行排序，排序依据为根据组件节点在物理网络图中匹配发散概率或迭代加权度；
映射单元，用于逐一将服务组件图中的节点映射至物理网络图中。
实施例
以下面的仿真实施例进一步说明：
一、仿真条件：
物理网络相关参数设置如下：道路物理网络长度为1000m，双向两车道，车道宽度为3m；车路最大通信距离TRVR/TRRV为500m，车车最大通信距离TRVV为150m，路侧设施位置坐标(500m，15m)，车辆速度服从[20km/h,40km/h]均匀分布；车路链路/路车链路带宽单元个数为8，车车链路带宽单元个数服从[2,4]整数均匀分布，路侧设施物理节点计算单元个数为8，车辆物理节点计算单元个数服从[2,4]整数均匀分布。服务组件图相关参数设置如下：服务组件图个数服从[2,6]整数均匀分布，其中包含一个路测节点，服务组件图中节点间连接概率ρ＝0.5；服务组件图的路侧设施节点计算单元需求为8，服务组件图的车辆节点计算单元需求服从[1,4]整数均匀分布，服务组件图的车路链路/路车链路带宽单元需求为8，服务组件图的车车链路带宽单元需求服从[1,4]整数均匀分布。
二、仿真内容与结果：
图2描述了映射成功率随物理网络车辆个数的变化曲线。图3描述了服务时长随车辆个数的变化曲线。从图2可以看出，随着物理网络车辆个数的逐渐增多，本发明算法与BA-VNE算法的嵌入成功率都在逐渐增加，VNE-NTANRC算法的映射成功率基本保持不变，并且本发明算法的嵌入成功率始终大于两种对比算法。这是因为，本发明算法通过对可行映射点集进行深度搜索，能够寻找出所有的可行解并且进行优选。而BA-VNE算法选择的是边缘节点，因此缩小了可行映射点集的范围；VNE-NTANRC算法映射时并未要求物理节点及链路上的资源个数严格满足服务组件节点以及链路的需求。因此会导致两种对比算法成功率低于本发明算法。此外，从图3中可以看出，在车辆个数逐渐增加的情况下，三种算法的物理节点的服务时长整体均为减少，这是由于随着车辆节点的增加，会有越来越多的较大规模的服务组件图映射成功，而较大规模的服务组件图需要较多的车间链路，因此会降低整体服务时长。但本发明算法的服务时长始终高于对比算法。这是因为，车间移动性会影响信息交互连通时长，本发明算法通过对信息交互连通时长计算建模，并在深度搜索时选择预选集合中具有最大信息交互连通时长的节点进行映射，而对比算法映射时并不涉及车间移动性对可行时长的影响，因此本发明算法的服务时长始终优于对比算法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，基于服务功能链建立服务组件图，基于物理节点建立物理网络图，所述物理节点包括车辆和路边设施；计算所有物理节点之间的链路连通时长，所有的链路连通时长组成矩阵LLT；
步骤2，对服务组件图中的组件节点进行排序，排序依据为根据组件节点在物理网络图中匹配发散概率或迭代加权度；
步骤3，逐一将服务组件图中的节点映射至物理网络图中；
步骤3.1，建立待映射服务组节点的物理网络候选点集；
步骤3.2，基于链路连通时长，从物理网络候选点集中选择出所述待映射服务组节点的映射物理节点；
步骤3.3，对选择出的映射物理节点进行可行性验证；
步骤3.4，如果验证成功，确定待映射服务组节点和映射物理节点之间的对应关系，执行步骤3.5；如果验证失败，重复步骤3.2和步骤3.3，如果物理网络候选点集中未找到对应的映射物理节点，结束映射流程；
步骤3.5，重复步骤3.1，直至服务组件图中的所有组件节点映射结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射方法，其特征在于，步骤1中，所述物理节点之间的链路包括车车链路、车路链路和路车链路；
所述车车链路的计算公式为：
Figure FDA0003552028430000011
其中，
Figure FDA0003552028430000012
为距离向量，为从
Figure FDA0003552028430000013
指向
Figure FDA0003552028430000014
Δvjj'为两个车的相对速度大小；
Figure FDA0003552028430000015
为
Figure FDA0003552028430000016
到
Figure FDA0003552028430000017
之间的夹角，TRVV为车车链路的最大通信距离；
所述车路链路的计算公式为：
Figure FDA0003552028430000021
其中，
Figure FDA0003552028430000022
为
Figure FDA0003552028430000023
到
Figure FDA0003552028430000024
的夹角，
Figure FDA0003552028430000025
为车辆速度，TRVR为车路链路的最大通信距离；
所述路车链路的计算公式为：
Figure FDA0003552028430000026
其中，
Figure FDA0003552028430000027
为
Figure FDA0003552028430000028
到
Figure FDA0003552028430000029
的夹角，
Figure FDA00035520284300000210
为车辆速度，TRRV为路车链路的最大通信距离。
3.根据权利要求1所述的一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射方法，其特征在于，步骤2中，排序的第一个组件节点为具有最小匹配发散概率的节点，计算公式为：
Figure FDA00035520284300000211
其中，
Figure FDA00035520284300000212
表示GA中服务组件节点集合，
Figure FDA00035520284300000213
为每一个组件节点
Figure FDA00035520284300000214
计算匹配发散比率。
4.根据权利要求3所述的一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射方法，其特征在于，所述匹配发散比率的计算公式为：
Figure FDA00035520284300000215
其中：
Figure FDA00035520284300000216
Figure FDA00035520284300000217
Figure FDA00035520284300000218
其中，
Figure FDA00035520284300000219
表示GS中物理节点集合；
Figure FDA00035520284300000220
为GA的第i个组件节点；
Figure FDA00035520284300000221
表示
Figure FDA00035520284300000222
在GS中的类别匹配比率；NUM(·)表示集合·中元素的个数；
Figure FDA00035520284300000223
表示
Figure FDA00035520284300000224
属于路侧设施组件节点，
Figure FDA0003552028430000031
表示
Figure FDA0003552028430000032
属于车辆组件节点；
Figure FDA0003552028430000033
表示
Figure FDA0003552028430000034
属于路测设施物理节点，
Figure FDA0003552028430000035
表示
Figure FDA0003552028430000036
属于车辆物理节点；
Figure FDA0003552028430000037
表示节点
Figure FDA0003552028430000038
的入度；
Figure FDA0003552028430000039
表示GS中入度与
Figure FDA00035520284300000310
相等的节点数占总节点数之比；
Figure FDA00035520284300000311
表示节点
Figure FDA00035520284300000312
的出度；
Figure FDA00035520284300000313
表示GS中出度与
Figure FDA00035520284300000314
相等的节点数占总节点数之比。
5.根据权利要求1所述的一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射方法，其特征在于，步骤2中，排序的第二位开始，未排序的每个节点计算与已排序节点间的加权度，取其中具有最大加权度的节点为当前序号节点，第k位QA(k)计算公式如下，
Figure FDA00035520284300000315
其中，符号
Figure FDA00035520284300000316
表示由序列QA中已排序的前k-1个节点构成的集合；
Figure FDA00035520284300000317
代表服务组件信息交互所要求的传输容量。
6.根据权利要求1所述的一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射方法，其特征在于，步骤3.1中，所述物理网络候选点集的计算公式为：
Figure FDA00035520284300000318
所述
Figure FDA00035520284300000319
为待映射服务组件节点，
Figure FDA00035520284300000320
表示已形成的映射状态sc中的物理节点集合；
Figure FDA00035520284300000321
为物理节点的集合。
7.根据权利要求1所述的一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射方法，其特征在于，步骤3.2中，从最小的判别参数中选择最大的作为映射物理节点：
Figure FDA00035520284300000322
其中，
Figure FDA00035520284300000323
表示已形成的映射状态sc中的物理节点与候选判断节点n在GS中生成的诱导子图。
8.根据权利要求1所述的一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射方法，其特征在于，步骤3.3中，所述可行验证包括：节点属性可行判断事件、节点计算单元可行判断条件、结构可行判断条件和链路容量可行判断条件。
9.根据权利要求8所述的一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射方法，其特征在于，所述节点属性可行判断事件为：
Figure FDA0003552028430000041
所述节点计算单元可行判断条件为：
Figure FDA0003552028430000042
其中，
Figure FDA0003552028430000043
表示服务组件节点所要求的计算单元的个数；
Figure FDA0003552028430000044
表示物理节点所具有的计算单元的个数；
所述结构可行判断条件为：
Figure FDA0003552028430000045
其中，
Figure FDA0003552028430000046
表示
Figure FDA0003552028430000047
中的点在GA和GS里的关联关系的可行分析；
Figure FDA0003552028430000048
Figure FDA0003552028430000049
其中对一跳邻居按照车辆节点和路边设施节点进行了分类，即：
Figure FDA00035520284300000410
Figure FDA00035520284300000411
所述链路容量可行判断条件为：
Figure FDA0003552028430000051
其中
Figure FDA0003552028430000052
代表物理节点信息交互所具有的传输容量，
Figure FDA0003552028430000053
表示服务组件节点
Figure FDA0003552028430000054
映射的物理节点。
10.一种基于信息交互连通时长优化的服务功能链映射系统，其特征在于，包括：
图形建立单元，用于基于服务功能链建立服务组件图，基于物理节点建立物理网络图，所述物理节点包括车辆和路边设施；计算所有物理节点之间的链路连通时长，所有的链路连通时长组成矩阵LLT；
排序单元，用于对服务组件图中的组件节点进行排序，排序依据为根据组件节点在物理网络图中匹配发散概率或迭代加权度；
映射单元，用于逐一将服务组件图中的节点映射至物理网络图中。
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