CN114978913A - 一种基于切链的服务功能链跨域部署方法及系统 - Google Patents

一种基于切链的服务功能链跨域部署方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于切链的服务功能链跨域部署方法及系统，方法包括：用户发起请求；初步处理请求；生成SFC切链方案；实现SFC切链；生成SFC子链部署方案；实现SFC子链部署；更新数据库信息。该方法首先基于域网络的资源剩余量及不同类型的VNF资源需求量完成SFC的划分，然后综合考虑单域网络负载均衡及能耗，完成SFC子链在单域网络的部署。优点：本发明提出的服务功能链跨域部署方法很好地解决了多域网络负载失衡及能耗过多的问题，本发明将VNF资源需求预测模块集成至该算法中，同时共同优化负载均衡和能耗，灵活地在这两者间进行权衡，在最大化减少能耗的同时，获得更好的负载均衡效果，更加贴合实际的应用需求。

Description

一种基于切链的服务功能链跨域部署方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于切链的服务功能链跨域部署方法及系统，属于网络虚拟化、网络切片技术领域。
背景技术
在传统网络中，各种网络服务都是基于硬件的中间件来实现的，它们通常部署在特定的硬件设备上。但是，随着互联网的飞快发展，传统网络的僵化结构和中间件对特定硬件设备的严重依赖已无法满足用户的灵活定制需求。应对这一挑战，网络功能虚拟化(network function virtualization,NFV)的出现带来了新的机遇。NFV中的一个网络服务可以表示为一个服务功能链(service function chain,SFC)，它由一系列按给定顺序的虚拟网络功能(virtual network function,VNF)组成，为了提供高效的服务，SFC部署在多个不同的服务器中，并引导流量以特定顺序通过一组VNF。
SFC部署问题是NP-hard，现有大部分研究都集中于SFC在单域网络的部署问题，但是由于地理位置的限制，SFC部署必须跨域进行，因此服务功能链跨域部署问题的研究是至关重要的。现有文献主要提出两种方法来解决跨域SFC部署问题，即集中式和分布式，其中分布式方法是更贴合实际的，这是目前研究的重点和难点。
针对SFC切链后再部署的问题，目前已有大量文献进行了研究。但是，现有文献很少考虑不同类型的VNF资源需求是不同的，同时，节能和负载均衡是两个相互冲突的优化目标，如何在负载均衡和节能之间做出合适的权衡是一个具有挑战性的问题。所以，如何平衡能耗与负载均衡，使得SFC部署性能最佳，成为目前研究的重点和难点之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于切链的服务功能链跨域部署方法及系统。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
第一方面，提供一种基于切链的服务功能链跨域部署方法，包括：
响应于用户发起服务请求，获取所述服务请求，并将所述服务请求转化为服务功能链SFC请求；
获取各个域网络的资源剩余量；
根据所述SFC请求，通过虚拟网络功能(VNF)资源需求预测模型确定SFC请求中各个类型VNF资源需求量；
基于各个域网络的资源剩余量和SFC请求中各个类型VNF资源需求量，采用改进权重切链算法将SFC切分为与域网络数量相同的多个SFC子链，确定分配到每个域网络的SFC子链，得到各个域网络所需部署的SFC子链集合M；
根据所述SFC子链集合M，通过VNF资源需求预测模型获取SFC子链中各个类型VNF资源需求量；
获取当前域网络中服务器的使用情况；基于当前域网络中服务器的使用情况及SFC子链中所有的VNF按资源需求量，采用CCBP-adv算法确定部署到各个服务器的SFC子链中的VNF，得到SFC子链中各个VNF的部署结果N。
当网络状态或服务器负载发生变化时，更新存储在数据库的相应信息。
在一些实施例中，所述采用改进权重切链算法确定分配到每个域网络的SFC子链，包括：
对SFC请求中所有的VNF按资源需求量由小到大进行排序，得到集合VNFsSorted1；
基于所述各个域网络的资源剩余量以及SFC请求中各个类型VNF资源需求量，计算每个域网络应该承担的资源供给量；
基于计算得到的各个域网络应该承担的资源供给量，依次将集合VNFsSorted1中的VNF分配给SFC子链，进而分配给对应的域网络；
若最后存在VNF未被分配的情况，则将未被分配的VNF分配给当前剩余资源最多的域网络，得到各个域网络所需部署的SFC子链集合M。
进一步的，所述基于所述各个域网络的资源剩余量以及SFC请求中各个类型VNF资源需求量，计算每个域网络应该承担的资源供给量，包括：
Figure BDA0003621049770000031
其中，wgti表示第i个域可提供的资源量，代表了该域网络部署VNF的能力，
Figure BDA0003621049770000032
表示为实现多域网络的负载均衡该域网络应提供的资源量，Rdemand表示SFC请求所需的总资源量。
在一些实施例中，所述采用CCBP-adv算法确定部署到各个服务器的SFC子链中的VNF，包括：
对SFC子链中所有的VNF按资源需求量由大到小进行排序，得到集合VNFsSorted2；
针对集合VNFsSorted2执行以下循环调度算法：获取域中满足该VNF资源需求的候选服务器集合CandidateServer，筛选CandidateServer中资源容量最大的服务器作为当前VNF的部署节点，更新部署集合结果，
依次将集合VNFsSorted2中的VNF部署到当前域网络的服务器中。
若当前域网络中，VNF的个数大于服务器的个数，存在VNF未被部署的情况，则将尚未被部署的VNF部署到负载率最小的服务器上。
进一步的，还包括：响应于VNFsSorted2中的VNF全部部署到当前域网络中服务器上，计算各个服务器的资源利用率、当前域网络的负载均衡度及总能耗；
基于预设的总能耗阈值与最大反馈次数，响应于总能耗高于总能耗阈值且反馈次数低于最大反馈次数时，进行反馈部署：寻找资源利用率最低的服务器，将原本部署在该服务器上的VNF移动至资源利用率次低的服务器上，然后关闭资源利用率最低的服务器；
循环反馈过程，直至总能耗低于总能耗阈值，得到SFC子链中各个VNF的部署结果N。
在一些实施例中，所述VNF资源需求预测模型的构建方法，包括：
通过VNF数据集筛选出最优特征集，基于最优特征集采用不同的回归模型训练出相应的VNF资源需求预测模型，对该预测模型进行验证，确定其为最优的VNF资源需求预测模型。
第二方面，提供一种基于切链的服务功能链跨域部署装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1至7任一项所述方法的步骤。
第三方面，提供一种基于切链的服务功能链跨域部署系统，包括：
SDN控制器模块，用于控制和管理每个域中的所有底层网络设备；
NFV编排器模块，被配置为：接收SDN控制器转发来的服务请求，将所述服务请求转化为服务功能链SFC请求，并发送给SFC切链模块；并通过与SFC切链模块通信获取SFC切链方案，最后再将SFC切链方案发送给SDN控制器模块以提供服务；
SFC切链模块，被配置为：获取各个域网络的资源剩余量；根据所述SFC请求，通过虚拟网络功能VNF资源需求预测模型确定SFC请求中各个类型VNF资源需求量；将SFC切分为与域网络数量相同的多个SFC子链；基于各个域网络的资源剩余量和SFC请求中各个类型VNF资源需求量，采用改进权重切链算法确定分配到每个域网络的SFC子链，得到各个域网络所需部署的SFC子链集合M；
SFC子链部署模块，被配置为：根据所述SFC子链集合M，通过VNF资源需求预测模型获取SFC子链中各个类型VNF资源需求量；获取当前域网络中服务器的使用情况；基于当前域网络中服务器的使用情况及SFC子链中所有的VNF按资源需求量，采用CCBP-adv算法确定部署到各个服务器的SFC子链中的VNF，得到SFC子链中各个VNF的部署结果N。
进一步的，所述SDN控制器模块包括：
需求预测模块，用于预测不同类型VNF的资源需求；
能量检测模块，用于检测各个域网络中服务器的平均能耗；
网络监控模块，用于监控每台服务器的网络状态和工作负载的变化；
信息收集模块，用于收集各个域的总剩余资源；
数据库模块，用于整合收集到的所有信息并存储，为SDN的部署决策提供数据支撑。
本发明所达到的有益效果：
针对在多域网络场景下，由于地理位置的限制，服务功能链的部署必须跨越多个网络管理域，本发明提出了一种改进式分布跨域部署算法，将VNF资源需求预测模型集成至该算法中，首先基于域网络的资源剩余量及不同类型的VNF资源需求量完成SFC切链，然后综合考虑单域网络负载均衡及能耗，完成SFC子链在单域网络的部署。本发明可以获得更好的负载均衡效果，同时最大化地减少能耗，能够在负载均衡和能耗间做出合适的权衡，更加贴合实际的应用需求。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的跨域SFC部署系统框架；
图2为根据本发明一实施例的SFC逻辑抽象图；
图3为根据本发明一实施例的多域网络负载均衡度随SFC数量变化对比图；
图4为根据本发明一实施例的多域网络负载均衡度随VNF数量变化对比图；
图5为根据本发明一实施例的多域网络负载均衡度随VNF需求变化对比图；
图6为根据本发明一实施例的单域网络能耗随VNF数量变化对比图；
图7为根据本发明一实施例的单域网络负载均衡度随VNF数量变化对比图；
图8为根据本发明一实施例的单域网络能耗随VNF需求变化对比图；
图9为根据本发明一实施例的单域网络负载度随VNF需求变化对比图；
图10为根据本发明一实施例的时间成本随VNF数量变化对比图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于切链的服务功能链跨域部署方法，包括：
响应于用户发起服务请求，获取所述服务请求，并将所述服务请求转化为服务功能链SFC请求；
获取各个域网络的资源剩余量；
根据所述SFC请求，通过虚拟网络功能VNF资源需求预测模型确定SFC请求中各个类型VNF资源需求量；
基于各个域网络的资源剩余量和SFC请求中各个类型VNF资源需求量，采用改进权重切链算法将SFC切分为与域网络数量相同的多个SFC子链，确定分配到每个域网络的SFC子链，得到各个域网络所需部署的SFC子链集合M；
根据所述SFC子链集合M，通过VNF资源需求预测模型获取SFC子链中各个类型VNF资源需求量；
获取当前域网络中服务器的使用情况；基于当前域网络中服务器的使用情况及SFC子链中所有的VNF按资源需求量，采用CCBP-adv算法确定部署到各个服务器的SFC子链中的VNF，得到SFC子链中各个VNF的部署结果N。
当网络状态或服务器负载发生变化时，更新存储在数据库的相应信息。
下面对本发明的研究目标进行公式化阐述。
将多域物理网络建模为无向图G＝(S,R)，其中S是各个域网络服务器节点的集合，而R是各个域网络总资源容量的集合。其中，Gi＝(Si,Ri)表示第i个域网络，Si和Ri分别表示第i个域网络中的服务器节点集合和资源容量集合。
Figure BDA0003621049770000071
其中NG表示域网络数。域网络Gi中的服务器节点集定义为
Figure BDA0003621049770000072
域网络Gi中的第j个服务器节点定义为
Figure BDA0003621049770000073
不同域网络中的服务器具有不同的资源容量，包括计算、存储和内存容量，本发明仅考虑更易成为性能瓶颈的计算资源，每个服务器
Figure BDA0003621049770000081
都关联了计算资源容量，即
Figure BDA0003621049770000082
如图2所示为SFC的抽象逻辑图，图中共有两个SFC，它们的组成分别是VNF1、VNF3、VNF4和VNF2、VNF5，分类器负责识别网络流量，并分发给不同的SFC，转发器负责将网络流量转发至VNF。SFC作为网络服务的一种实现方式，基于网络连通性，为用户提供了多样的L4-L7层的增值服务，它由一系列不同类型的VNF按序组成，本发明重点研究如何为不同类型的VNF选择合适的部署域，并选择合适的服务器进行实例化部署。
本发明定义
Figure BDA0003621049770000083
为不同类型VNF的集合，其中fi表示第i类型的VNF，Nf表示VNF类型的总数，不同类型的VNF具有不同的资源需求，本发明仅考虑更易成为网络性能瓶颈的计算资源，将VNFfi的计算资源需求表示为
Figure BDA0003621049770000084
同时定义
Figure BDA0003621049770000085
为SFC服务请求的集合，其中Fi,j∈Fi∈F表示第i个SFCFi上的第j个VNF，NF表示SFC服务请求的总数。
本发明的具体实施步骤如下：
(1)当终端用户进入多域网络时，向SDN控制器C0发送服务请求；
(2)SDN控制器C0将服务请求转发给NFV编排器，NFV编排器将此服务请求转化为SFC；
(3)NFV编排器将SFC发送给SFC切链模块；
(4)SFC切链模块通过与SDN控制器C0通信获取各个域网络的总剩余资源量及SFC中不同类型VNF所需的资源量；
(5)SFC切链模块调用算法1完成SFC的切链，以实现多个域网络的负载均衡；
(6)SFC切链模块将SFC切链方案发送给NFV编排器，NFV编排器转发给SDN控制器C0；
(7)SDN控制器C0与各个域控制器进行通信，并将步骤(5)获得的SFC子链分别分配给每个域网络以完成进一步的部署；
(8)SFC子链部署模块通过与域控制器通信获取当前域网络的服务器资源使用情况及SFC子链中不同类型VNF所需的资源情况；
(9)SFC子链部署模块调用算法2完成SFC子链部署，实现单域网络节能和负载均衡的合适权衡；
(10)SFC子链部署模块将计算所得的SFC子链部署方案发送给各个域控制器，由域控制器负责完成SFC子链的部署；
(11)当网络状态或服务器负载发生变化时，更新存储在数据库中相应信息。
在一些实施例中，对于步骤(5)SFC切链中，本申请提出了一种SFC切链改进算法，具体伪代码如算法1。综合每个域网络的剩余资源量及不同类型VNF的资源需求量，“量力而为”地切分子链。
由于不同类型VNF的资源需求是不同的，基于特征选择的VNF资源需求预测完成SFC切链，将需求预测模块集成到本申请的控制器模块中，有利于生成更合适的SFC切链方案。
具体根据公式(1)进行切链：
Figure BDA0003621049770000091
这里假设共有k个域网络，它们是有序的，其中wgti表示第i个域可以提供的资源量，该值的大小也代表了该域网络部署VNF的能力，
Figure BDA0003621049770000092
表示为实现多域网络的负载均衡，该域网络应提供的资源量，Rdemand表示该SFC请求所需的总资源量。
由于一个VNF仅能部署在一台服务器上，且VNF是不可分的，因此是很难做到理想的多域网络负载均衡，本申请的目标是实现多域网络负载均衡的最大化。
基于VNF资源需求预测模块，本申请假设某个到达的长度为n的SFC请求中各个VNF的资源需求可以表示为Rdemand＝{r1,r2,r3,...rn}，为减少域间链路带宽资源及时延，本申请提出的切链算法综合考虑各个域网络的剩余资源及各个VNF的资源需求，将SFC切分为与域网络数量相同的多个子链，从而确定分配到每个域网络的SFC子链。首先对所有VNF的资源需求量进行排序，接着遍历每个VNF的资源需求量，若
Figure BDA0003621049770000101
且
Figure BDA0003621049770000102
则可以确定分配给第一个域网络的子链为从第一个VNF到第m个VNF，以次类推，若最后存在VNF未被部署的情况，则将这些VNF分配给当前负载率最小的域网络，从而实现多域网络负载均衡的最大化及SFC的合理切分。
算法1改进权重切链
输入域网络数量NG，各个域网络服务器总数及总资源量G＝(S,R)；SFC请求队列及对应的VNF数量和类型F＝(f,num,type)；VNF类型数VNFType及不同类型VNF对应的资源需求量rdcpu；
输出各个域网络所需部署的SFC子链集合M；
1.针对每一个到达的SFC请求执行以下循环调度算法；
2.对该SFC请求中的所有的VNF按资源需求进行由小到大的排序，获得集合VNFsSorted1；
3.利用公式(1)计算每个域网络应承担的资源供给量；
4.遍历每个域网络，并针对该域网络是否有能力提供上述资源供给量进行分类讨论；
5.若能的话，则遍历VNFsSorted计算该域网络应承担的VNF部署集合VNFDeploy；
6.若不能的话，则根据每个域网络的资源容量，尽最大努力承担部署任务，获得该域网络的VNF部署集合VNFDeploy；
7.针对5,6中的切链结果进行反馈，若最后仍有VNF未被划分，则将其划分至剩余资源最多的域网络，并更新切链结果M；
8.返回最后结果，即各个域网络所需部署的SFC子链集合M；
在一些实施例中，对于步骤(9)SFC子链部署中，在单域网络部署SFC子链时，本申请提出了共同优化节能和服务器负载均衡的部署策略，具体伪代码如算法2所示，用户可以在不同场景下根据需求进行适当的调整。
当SFC子链在第i个域中成功部署时定义两个决策变量如下：
Figure BDA0003621049770000111
Figure BDA0003621049770000112
如前所述，在网络优化中，节能和负载均衡是矛盾的，无法同时实现针对它们的最佳解决方案。因此，为了在两者间实现理想的权衡，本申请将能耗作为约束，将单域网络负载均衡度作为目标函数，假设某个SFC子链成功部署在域网络Gi上，公式(4)表示第n个服务器
Figure BDA0003621049770000113
的能耗，公式(5)表示激活服务器的额外能耗，公式(6)表示单个服务器的CPU利用率，公式(7)表示单个服务器消耗的CPU资源量，公式(8)表示单域网络的总能耗。
Figure BDA0003621049770000114
Figure BDA0003621049770000121
Figure BDA0003621049770000122
Figure BDA0003621049770000123
Figure BDA0003621049770000124
所以，优化问题可表示为公式(9)。其中，约束条件C1确保每个VNF仅部署在一个服务器节点上；约束条件C2确保服务器的CPU资源容量应满足待部署VNF的CPU需求；约束条件C3和C4是负载均衡度定义，用服务器CPU利用率标准差来量化负载均衡度(load balancedegree,LBD)；约束条件C5是能耗约束，确保总能耗小于阈值Emax，此外，两个决策变量应满足约束条件C6和C7中的完整性约束。
Figure BDA0003621049770000125
算法2CCBP-adv算法
输入域网络服务器数量及激活状态Gi＝(N,A)，服务器最大容量Repo及最大能耗Emax，各个服务器当前资源利用率Ri，SFC子链中VNF数量totalVNF及各VNF的资源需求量SFCi，总能耗阈值totalEmax；
输出SFC子链中各VNF的部署结果N；
1.对该SFC子链中的所有VNF的按资源需求进行由大到小的排序，获得集合VNFsSorted2；
2.针对VNFsSorted2执行以下循环调度算法；
3.过滤域网络中可以满足该VNF资源需求的服务器集合，获得候选服务器集合CandidateServer；
4.筛选候选服务器集合CandidateServer中资源容量最大的服务器作为当前VNF的部署节点，更新部署结果N，并将该服务器从Gi中暂时删除；
5.获得初次部署结果N1；
6.计算此时各个服务器的资源利用率CpuRadio1，负载均衡度Variance1及总能耗energyCom1；
7.进行第一次反馈部署，筛选部署失败的VNF，重新部署到其他服务器上，获得部署结果N2；
8.计算此时各个服务器的资源利用率CpuRadio2，负载均衡度Variance2及总能耗energyCom2；
9.当energyCom2＞totalEmax时，进行第二次反馈部署；
10.定义最大反馈次数feedBackNum＝round(totalVNF/2)；
11.初始化反馈次数num；
12.while energyCom2＞totalEmax
13.while num＜feedBackNum
14.获取所有激活的服务器集合activatedServer
15.在activatedServer中寻找资源利用率最低的服务器节点server1；
16.在activatedServer中寻找资源利用率次低的服务器节点server2；
17.更新总能耗energyCom2；
18.end
19.end
20.获得最后部署结果N，并关闭所有空闲的服务器以降低能耗；
21.计算此时各个服务器的资源利用率CpuRadio3，负载均衡度Variance3及总能耗energyCom3；
22.返回SFC子链中各VNF的部署结果N；
实施例2
一种基于切链的服务功能链跨域部署系统，包括：
SDN控制器模块，用于控制和管理每个域中的所有底层网络设备；
NFV编排器模块，被配置为：接收SDN控制器转发来的服务请求，将所述服务请求转化为服务功能链SFC请求，并发送给SFC切链模块；并通过与SFC切链模块通信获取SFC切链方案，最后再将SFC切链方案发送给SDN控制器模块以提供服务；
SFC切链模块，被配置为：获取各个域网络的资源剩余量；根据所述SFC请求，通过虚拟网络功能VNF资源需求预测模型确定SFC请求中各个类型VNF资源需求量；将SFC切分为与域网络数量相同的多个SFC子链；基于各个域网络的资源剩余量和SFC请求中各个类型VNF资源需求量，采用改进权重切链算法确定分配到每个域网络的SFC子链，得到各个域网络所需部署的SFC子链集合M；
SFC子链部署模块，被配置为：根据所述SFC子链集合M，通过VNF资源需求预测模型获取SFC子链中各个类型VNF资源需求量；获取当前域网络中服务器的使用情况；基于当前域网络中服务器的使用情况及SFC子链中所有的VNF按资源需求量，采用CCBP-adv算法确定部署到各个服务器的SFC子链中的VNF，得到SFC子链中各个VNF的部署结果N。
在一些实施例中，如图1所示，跨域SFC部署系统框架分别包含NFV编排其SDN控制器、SFC切链模块及SFC子链部署模块。其中，NFV编排器是ETSI定义的NFV架构框架中的NFVO组件，管理VNF生命周期。它负责接收来自SDN控制器组件的服务请求，并通过与SFC切链模块通信获取SFC切链方案，最后再将SFC切链方案发送给SDN控制器组件以提供服务。SDN控制器共分为两类，一个是集中控制器(如图1中的C0)，另一个是域控制器(如图1中的3个C1、C2和C3)。整个网络由多个域网络组成，例如图1中有3个域网络，所有域控制器都由集中控制器控制和管理。域控制器负责控制和管理每个域中的所有底层网络设备，包括转发设备和物理服务器。前者负责转发数据流，后者用于实例化VNF；为实现兼顾节能和负载均衡的跨域SFC部署，本实施例在SDN控制器组件中添加了四个功能模块(即需求预测模块、能量检测模块、网络监控模块和信息收集模块)和一个数据库。SFC切链模块通过与集中控制器C0通信，获取该SFC中各类型VNF的资源需求情况以及每个域网络的剩余资源情况，基于这些信息生成合适的SFC切链方案。SFC子链部署模块通过与各个域控制器通信，获取该SFC子链中各类型VNF的资源需求情况以及当前域网络的剩余资源情况，基于这些信息生成合适的SFC子链部署方案。
图3、图4、图5是基于平均切链算法、权重切链算法与本发明的改进权重切链算法的多域网络性能比较。
图3是不同切链算法在不同SFC数量下多域网络负载均衡度的比较。由图3可知，本发明所提出的改进权重切链算法总是可以达到更好的负载均衡效果，最大改善高达85.61％。图4是不同切链算法在不同VNF数量下多域网络负载均衡度的比较。由图4可知，本发明所提出的改进权重切链算法考虑到了不同类型VNF的资源需求是不同的，因此总是可以达到更好的负载均衡效果，最大改善高达98.49％。图5是不同切链算法在不同VNF资源需求下多域网络负载均衡度的比较。其中横坐标数字a表示VNF资源需求服从均匀分布(a,a+0.1)。由图5可知，本发明所提出的改进权重切链算法可以产生更小的负载均衡度，即本发明所提出的改进权重切链算法比其他两种比较算法能够达到更好的负载均衡效果，最大改善高达89.29％。
图6、图7、图8、图9、图10是基于RANP算法、FFP算法与CCBP-adv算法的单域网络性能比较。其中RANP算法是随机部署算法的设计思想是将VNF随机地部署在网络域中任意一个服务器上；FFP算法的设计思想是将VNF部署在最先满足其资源需求的服务器上；而CCBP-adv算法是本发明提出的分布式跨域部署算法。
图6是不同部署算法在不同VNF数量下单域网络能耗的比较。由图6可知，本发明所提出的CCBP-adv算法在大多数情况下均可以产生更少的能耗，最大改善9.40％，且随着VNF数量的增加，CCBP-adv算法所产生的单域网络能耗整体上呈下降趋势，这是因为本发明所设置的反馈部署次数与VNF数量正相关，随着反馈次数的增加，会减少激活的服务器数量，从而降低总能耗。图7是不同部署算法在不同VNF数量下单域网络负载均衡度的比较。由图7可知，本发明所提出的CCBP-adv算法可以产生更小的负载均衡度，最大改善高达76.44％，即CCBP-adv算法比其他两个部署算法的负载均衡效果更好。
图8是不同部署算法在不同VNF资源需求下单域网络能耗的比较。由图8可知，本发明所提出的CCBP-adv算法可以产生更少的能耗，最大改善7.44％。图9是不同部署算法在不同VNF资源需求下单域网络负载均衡度的比较。由图9可知，本发明所提出的CCBP-adv算法可以产生更小的负载均衡度，最大改善高达107.92％，即CCBP-adv算法比其他两个部署算法的负载均衡效果更好。
图10是基于RANP算法、FFP算法与CCBP-adv算法的单域网络在不同VNF数量下时间成本的比较。由图10可知，本发明所提出的CCBP-adv算法可能需要更多的时间完成部署，但相较于FFP算法，时间成本平均仅增加了0.02ms，这是可接受的。
综上所述，本发明所提出的CCBP-adv算法在能耗和负载均衡度方面均要优于其他基准算法，更加贴合实际的应用需求。
相应的本发明还提供一种基于切链的服务功能链跨域部署系统，包括：
NFV编排器模块，用于接收来自SDN控制器模块的服务请求，并通过与SFC切链模块通信获取SFC切链方案，最后再将SFC切链方案发送给SDN控制器模块以提供服务；
SDN控制器模块，用于控制和管理每个域中的所有底层网络设备；
在一些实施例中SDN控制器共分为两类，一个是集中控制器(如图1中的C0)，另一个是域控制器(如图1中的C1、C2和C3)。整个网络由多个域网络组成，例如图1中有3个域网络，所有域控制器都由集中控制器控制和管理。域控制器负责控制和管理每个域中的所有底层网络设备，包括转发设备和物理服务器。前者负责转发数据流，后者用于实例化VNF。
SFC切链模块，用于通过与集中控制器C0通信，获取该SFC中各类型VNF的资源需求情况以及每个域网络的剩余资源情况，基于这些信息生成合适的SFC切链方案；
SFC子链部署模块，用于通过与各个域控制器通信，获取该SFC子链中各类型VNF的资源需求情况以及当前域网络的剩余资源情况，基于这些信息生成合适的SFC子链部署方案；
进一步的，所述SDN控制器模块，包括四个功能模块(即需求预测模块、能量检测模块、网络监控模块和信息收集模块)和一个数据库模块；
所述需求预测模块，用于预测不同类型VNF的资源需求；
所述能量检测模块，用于检测各个域网络中服务器的平均能耗；将各个域网络的平均能耗信息记录在数据库中，实现在最小化能耗的情况下，完成SFC跨域部署；
所述网络监控模块，用于监控每台服务器的网络状态和工作负载的变化；一旦网络状态或服务器工作负载发生变化，会更新存储在数据库中的相应信息，从而为每个服务请求计算最佳部署方案；
所述信息收集模块，用于收集各个域的总剩余资源；
所述数据库模块，用于整合收集到的所有信息并存储，为SDN的部署决策提供数据支撑。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于切链的服务功能链跨域部署方法，其特征在于，包括：
响应于用户发起服务请求，获取所述服务请求，并将所述服务请求转化为服务功能链SFC请求；
获取各个域网络的资源剩余量；
根据所述SFC请求，通过虚拟网络功能VNF资源需求预测模型确定SFC请求中各个类型VNF资源需求量；
基于各个域网络的资源剩余量和SFC请求中各个类型VNF资源需求量，采用改进权重切链算法将SFC切分成与域网络数量相同的多个SFC子链，确定分配到每个域网络的SFC子链，得到各个域网络所需部署的SFC子链集合M；
根据所述SFC子链集合M，通过VNF资源需求预测模型获取SFC子链中各个类型VNF资源需求量；
获取当前域网络中服务器的使用情况；基于当前域网络中服务器的使用情况及SFC子链中所有的VNF按资源需求量，采用CCBP-adv算法确定部署到各个服务器的SFC子链中的VNF，得到SFC子链中各个VNF的部署结果N。
2.根据权利要求1所述的基于切链的服务功能链跨域部署方法，其特征在于，所述采用改进权重切链算法确定分配到每个域网络的SFC子链，包括：
对SFC请求中所有的VNF按资源需求量由小到大进行排序，得到集合VNFsSorted1；
基于所述各个域网络的资源剩余量以及SFC请求中各个类型VNF资源需求量，计算每个域网络应该承担的资源供给量；
基于计算得到的各个域网络应该承担的资源供给量，依次将集合VNFsSorted1中的VNF分配给SFC子链，进而分配给对应的域网络；
若最后存在VNF未被分配的情况，则将未被分配的VNF分配给当前剩余资源最多的域网络，得到各个域网络所需部署的SFC子链集合M。
3.根据权利要求2所述的基于切链的服务功能链跨域部署方法，其特征在于，所述基于所述各个域网络的资源剩余量以及SFC请求中各个类型VNF资源需求量，计算每个域网络应该承担的资源供给量，包括：
Figure FDA0003621049760000021
其中，wgti表示第i个域可提供的资源量，代表了该域网络部署VNF的能力，
Figure FDA0003621049760000022
表示为实现多域网络的负载均衡该域网络应提供的资源量，Rdemand表示SFC请求所需的总资源量。
4.根据权利要求1所述的生成SFC切链方案，其特征在于，所述采用CCBP-adv算法确定部署到各个服务器的SFC子链中的VNF，包括：
对SFC子链中所有的VNF按资源需求量由大到小进行排序，得到集合VNFsSorted2；
针对集合VNFsSorted2执行以下循环调度算法：获取域中满足该VNF资源需求的候选服务器集合CandidateServer，筛选CandidateServer中资源容量最大的服务器作为当前VNF的部署节点，更新部署集合结果，
依次将集合VNFsSorted2中的VNF部署到当前域网络的服务器中。
5.根据权利要求4所述的生成SFC切链方案，其特征在于，若当前域网络中，VNF的个数大于服务器的个数，存在VNF未被部署的情况，则将尚未被部署的VNF部署到负载率最小的服务器上。
6.根据权利要求4或5所述的生成SFC切链方案，其特征在于，还包括：响应于VNFsSorted2中的VNF全部部署到当前域网络中服务器上，计算各个服务器的资源利用率、当前域网络的负载均衡度及总能耗；
基于预设的总能耗阈值与最大反馈次数，响应于总能耗高于总能耗阈值且反馈次数低于最大反馈次数时，进行反馈部署：寻找资源利用率最低的服务器，将原本部署在该服务器上的VNF移动至资源利用率次低的服务器上，然后关闭资源利用率最低的服务器；
循环反馈过程，直至总能耗低于总能耗阈值，得到SFC子链中各个VNF的部署结果N。
7.根据权利要求1所述的基于切链的服务功能链跨域部署方法，其特征在于，所述VNF资源需求预测模型的构建方法，包括：
通过VNF数据集筛选出最优特征集，基于最优特征集采用不同的回归模型训练出相应的VNF资源需求预测模型，对该预测模型进行验证，确定其为最优的VNF资源需求预测模型。
8.一种基于切链的服务功能链跨域部署装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1至7任一项所述方法的步骤。
9.一种基于切链的服务功能链跨域部署系统，其特征在于，包括：
SDN控制器模块，用于控制和管理每个域中的所有底层网络设备；
NFV编排器模块，被配置为：接收SDN控制器转发来的服务请求，将所述服务请求转化为服务功能链SFC请求，并发送给SFC切链模块；并通过与SFC切链模块通信获取SFC切链方案，最后再将SFC切链方案发送给SDN控制器模块以提供服务；
SFC切链模块，被配置为：获取各个域网络的资源剩余量；根据所述SFC请求，通过虚拟网络功能VNF资源需求预测模型确定SFC请求中各个类型VNF资源需求量；将SFC切分为与域网络数量相同的多个SFC子链；基于各个域网络的资源剩余量和SFC请求中各个类型VNF资源需求量，采用改进权重切链算法确定分配到每个域网络的SFC子链，得到各个域网络所需部署的SFC子链集合M；
SFC子链部署模块，被配置为：根据所述SFC子链集合M，通过VNF资源需求预测模型获取SFC子链中各个类型VNF资源需求量；获取当前域网络中服务器的使用情况；基于当前域网络中服务器的使用情况及SFC子链中所有的VNF按资源需求量，采用CCBP-adv算法确定部署到各个服务器的SFC子链中的VNF，得到SFC子链中各个VNF的部署结果N。
10.根据权利要求9所述的基于切链的服务功能链跨域部署系统，其特征在于，所述SDN控制器模块包括：
需求预测模块，用于预测不同类型VNF的资源需求；
能量检测模块，用于检测各个域网络中服务器的平均能耗；
网络监控模块，用于监控每台服务器的网络状态和工作负载的变化；
信息收集模块，用于收集各个域的总剩余资源；
数据库模块，用于整合收集到的所有信息并存储，为SDN的部署决策提供数据支撑。
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