一种NFV环境下VNF共址干扰感知的VNF放置方法技术

本发明专利技术公开了一种NFV环境下VNF共址干扰感知的VNF放置方法，涉及NFV领域，包括：预处理SFC；输入VNF、所述SFC和数据中心节点图信息；将所述SFC按热值降序排序；以协同过滤推荐算法筛选节点，计算推荐路径，组成方案集；通过VNF共址干扰定量计算数学模型，升序排序干扰损失VNF热值，以此筛选出满足用户QoS的VNF热值最小损失方案；重复以上步骤直到所有的所述SFC都部署完成。所述数学模型对表示物理资源敏感情况和敏感程度的向量进行变换，得到VNF共址干扰性能下降的定量表示；本发明专利技术使用基于协同过滤推荐算法的方式选择合适的部署路径，并利用VNF共址干扰定量计算模型进行计算对比，具有将VNF共址干扰带来的损失降低至最小，从而大幅降低云服务商的部署总成本。

A VNF Placement Method for VNF Co-Address Interference Sensing in NFV Environment

【技术实现步骤摘要】
一种NFV环境下VNF共址干扰感知的VNF放置方法
本专利技术涉及NFV领域，尤其涉及一种NFV环境下VNF共址干扰感知的VNF放置方法。
技术介绍
NFV技术，即借助虚拟化技术将传统网络功能软件化，运行在x86通用服务器的虚拟机上，无需专用服务器和专用硬件即可实现专有的网络功能，同时享有虚拟化带来的敏捷性和弹性，能灵活地部署和便捷地放缩VNF(虚拟网络功能)所分配的资源，相比传统网路服务极大提高资源利用率，同时减少成本。近五年NFV领域优化的研究主要对应NFV的三个阶段：SFC(服务功能链)成链优化、VNF放置优化、NFV运行时调度优化。VNF放置，即云服务商把用户的一系列SFC请求，通过特定的部署策略，部署到自己的集群服务器或数据中心。放置策略选择决定了：云服务商的服务质量(QoS)、服务容量、运营成本(OPEX)和资本支出(CAPEX)。VNF放置优化主要分两个领域：离线(静态)部署优化和在线(动态)部署优化。前者部署后不再更改，适用于服务相对固定的场景，或动态部署的初始步骤；后者在首次静态部署后，根据用户不断变化的需求预先调整部署，放缩VNF实例。静态部署优化相关所有研究都基于全局最优化方法，以整数线性规划(ILP)或相关混合方法，求解全局近似最优解。然而在实际云环境中，共址VNF间会因虚拟化的物理资源共享和网络I/O带宽竞争等因素存在VNF共址干扰(Co-locatedVNFInterference)，VNF性能将因此显著下降。优化VNF部署以最小化运营成本的研究已有数个，但都没有考虑VNF共址干扰。共址干扰的影响显著，对云服务商服务质量和服务成本影响深远，VNF部署算法能否正确感知共址干扰显得尤为重要。因此，本领域的技术人员致力于建立一种定量计算VNF共址干扰带来性能下降的数学模型，并基于该模型设计了VNF干扰感知的VNF放置方法。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何设计一种能感知VNF共址干扰的VNF放置方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种NFV环境下VNF共址干扰感知的VNF放置方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，顶点分割分支SFC，子母链同组；步骤2，分别输入所述VNF、所述SFC和数据中心节点图的信息；所述数据中心节点图是连通图；步骤3，计算所述SFC的VNF热值，将所述SFC按所述VNF热值降序排序；步骤4，按推荐算法，逐个顶点寻路，得到推荐路径；步骤5，根据所述步骤4的所述推荐路径，组成方案集，通过VNF共址干扰定量计算数学模型，计算干扰损失所述VNF热值，以此升序排序，选取最小损失方案，并返回结果值；步骤6，基于所述步骤5的方案的所述结果值，判断当前所述SFC的部署是否布置成功；如果所述SFC的部署不成功，回到所述步骤4继续以当前所述SFC的顶点为起点筛选节点；如果当前所述SFC的部署成功，回到所述步骤4进行下一个所述SFC的部署；直到所有的所述SFC的部署都完成。进一步地，所述步骤3中还包括：步骤3.1，统计所有用户请求类型VNF处理容量QoS之和；步骤3.2，计算VNF热度，所述VNF热度等于每类所述用户请求类型所述VNF处理容量QoS在所述QoS之和中的占比；步骤3.3，计算所述VNF热值，所述VNF热值等于所述VNF热度乘以所述VNF的运营成本。进一步地，所述步骤4中以协同过滤推荐算法筛选所述顶点。进一步地，所述步骤4中还包括：步骤4.1，计算当前所述SFC的VNF热值与已部署的所述SFC的VNF热值的余弦相似度步骤4.2，以所述余弦相似度最大为优先选择原则；将邻接表顶点划分为四类：共享顶点、纯净顶点、平行顶点和饱和顶点；同类型的点，构成相应的点集合：共享集、纯净集、平行集和饱和集；其中优先级从大到小排列顺序为：所述共享集、所述纯净集、所述平行集、所述饱和集；步骤4.3，每次都从优先级最大的非空所述点集合中选择点；步骤4.4，寻路计算中，共用同种类所述VNF，且同种类中价格尽可能高。进一步地，所述步骤4.4中的寻路计算方法，还包括：步骤4.4.1，若选择所述共享集、所述纯净集或所述平行集，且解不唯一，则按近路点原则取点；步骤4.4.2，若选择所述饱和集，且解不唯一，则按绕路点原则取点；步骤4.4.3，若解唯一，则取所述解中的点。进一步地，所述步骤5中的选取方案的方法，还包括：步骤5.1，计算在所述步骤4的所述推荐路径上的所有可能的整数组合：以所述推荐路径节点数为组合单位数，以2为单位分组上限，以所述SFC内VNF数量为所有可能的整数组合；所述所有可能的整数组合构成所有备选方案；步骤5.2，在所述所有备选方案中，排除无法满足用户QoS的方案。进一步地，所述步骤5.2中的选取方案的方法，还包括：步骤5.2.1，依次计算所述所有备选方案的对应每个节点上每个所述VNF的共址干扰后实际处理容量；步骤5.2.2，对于每一个当前方案，如果所述实际处理容量无法达到QoS，则舍弃所述当前方案，否则就保留所述当前方案到组合集，并计算和记录所述当前方案的共址总损失VNF热值；步骤5.2.3，如果所述组合集非空，对所述组合集中每一个方案，按照对应的所述共址总损失VNF热值升序排序，取最小者为实际部署方案；步骤5.2.4，更新所述数据中心节点图信息，并返回所述结果值。进一步地，所述结果值分为3类：若此链为分支链子链或线性链，所述结果值是部署成功；若此链为分支链主链，则返回分支VNF所部署顶点的序号，该序号将成为所述SFC子链部署的起点，所述结果值是该分支点的序号；若所述组合集空，所述结果值是部署不成功。进一步地，所述步骤5.2.2中的计算所述当前方案的共址总损失VNF热值，还包括：5.2.2.1，将各类物理资源的敏感情况和敏感程度建模为向量；5.2.2.2，将VNF各类所述物理资源依赖向量组成依赖矩阵；5.2.2.3，针对有无网络I/O带宽保证，分别构建干扰映射函数f和g；5.2.2.4，性能下降表示为通过所述函数f或者所述函数g的依赖矩阵Hadamard积；所述物理资源包含CPU、cache和memory；进一步地，所述5.2.2.4中，所述性能下降表示的具体模型和参数如下：敏感度矩阵定义为：其中敏感度情况矩阵定义为：其中CPU抢占矩阵定义为：C＝C(Ni,Nj)5×5；百分比下降增量矩阵定义为：D＝D(Ni,Nj)5×5；在所述g函数下的性能下降百分比矩阵ΔG满足：ΔG＝(I·E)*(I·IT)*C*A＝RG＝[δ(i,j)]5×5；在所述f函数下的性能下降百分比矩阵ΔF满足：ΔF＝(I·E)*(I·IT)*C*A+D＝RF＝[δ(i,j)]5×5；其中：1)2)3)4)5)用与敏感度的参数为：c1＝0.58；c2＝0.46；h1＝0.40；h2＝0.13；m1>0.05；m2＝0.05；用于CPU抢占的参数为：N1＝1.41；N2＝1.39；N3＝1.38；N4＝0.46；相应的权重值为：Δ＝0.2；x＝0.157；y＝0.06；z＝0.145；m＝0.02；n＝0.02。在本专利技术的较佳实施方式中，根据共址干扰的原理和特点，使用基于协同过滤推荐算法的方式选择合适的部署路径，并利用VNF共址干扰定量计算模型进行计算对比，将共址干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NFV环境下VNF共址干扰感知的VNF放置方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，顶点分割分支SFC，子母链同组；步骤2，分别输入所述VNF、所述SFC和数据中心节点图的信息；所述数据中心节点图是连通图；步骤3，计算所述SFC的VNF热值，将所述SFC按所述VNF热值降序排序；步骤4，按推荐算法，逐个顶点寻路，得到推荐路径；步骤5，根据所述步骤4的所述推荐路径，组成方案集，通过VNF共址干扰定量计算数学模型，计算干扰损失所述VNF热值，以此升序排序，选取最小损失方案，并返回结果值；步骤6，基于所述步骤5的方案的所述结果值，判断当前所述SFC的部署是否布置成功；如果所述SFC的部署不成功，回到所述步骤4继续以当前所述SFC的顶点为起点筛选节点；如果当前所述SFC的部署成功，回到所述步骤4进行下一个所述SFC的部署；直到所有的所述SFC的部署都完成。

【技术特征摘要】
1.一种NFV环境下VNF共址干扰感知的VNF放置方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，顶点分割分支SFC，子母链同组；步骤2，分别输入所述VNF、所述SFC和数据中心节点图的信息；所述数据中心节点图是连通图；步骤3，计算所述SFC的VNF热值，将所述SFC按所述VNF热值降序排序；步骤4，按推荐算法，逐个顶点寻路，得到推荐路径；步骤5，根据所述步骤4的所述推荐路径，组成方案集，通过VNF共址干扰定量计算数学模型，计算干扰损失所述VNF热值，以此升序排序，选取最小损失方案，并返回结果值；步骤6，基于所述步骤5的方案的所述结果值，判断当前所述SFC的部署是否布置成功；如果所述SFC的部署不成功，回到所述步骤4继续以当前所述SFC的顶点为起点筛选节点；如果当前所述SFC的部署成功，回到所述步骤4进行下一个所述SFC的部署；直到所有的所述SFC的部署都完成。2.如权利要求1所述的VNF共址干扰感知的VNF放置方法，其特征在于，所述步骤3中还包括：步骤3.1，统计所有用户请求类型VNF处理容量QoS之和；步骤3.2，计算VNF热度，所述VNF热度等于每类所述用户请求类型所述VNF处理容量QoS在所述QoS之和中的占比；步骤3.3，计算所述VNF热值，所述VNF热值等于所述VNF热度乘以所述VNF的运营成本。3.如权利要求1所述的VNF共址干扰感知的VNF放置方法，其特征在于，所述步骤4中以协同过滤推荐算法筛选所述顶点。4.如权利要求3所述的VNF共址干扰感知的VNF放置方法，其特征在于，所述步骤4中还包括：步骤4.1，计算当前所述SFC的VNF热值与已部署的所述SFC的VNF热值的余弦相似度步骤4.2，以所述余弦相似度最大为优先选择原则；将邻接表顶点划分为四类：共享顶点、纯净顶点、平行顶点和饱和顶点；同类型的点，构成相应的点集合：共享集、纯净集、平行集和饱和集；其中优先级从大到小排列顺序为：所述共享集、所述纯净集、所述平行集、所述饱和集；步骤4.3，每次都从优先级最大的非空所述点集合中选择点；步骤4.4，寻路计算中，共用同种类所述VNF，且同种类中价格尽可能高。5.如权利要求4所述的VNF共址干扰感知的VNF放置方法，其特征在于，所述步骤4.4中的寻路计算方法，还包括：步骤4.4.1，若选择所述共享集、所述纯净集或所述平行集，且解不唯一，则按近路点原则取点；步骤4.4.2，若选择所述饱和集，且解不唯一，则按绕路点原则取点；步骤4.4.3，若解唯一，则取所述解中的点。6.如权利要求1所述的VNF共址干扰感知的VNF放置方法，其特征在于，所述步骤5中的选取方案的方法，还包括：步骤5.1，计算在所述步骤4的所述推荐路径上的所有可能的整数组合：以所述推荐路径节点数为组合单位数，以2为单位分组上限，以所述S...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，管海兵，韩易忱，钱建民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31