一种移动感知的多目标业务功能链部署和迁移方法技术

本发明专利技术公开了一种移动感知的多目标业务功能链部署和迁移方法，用于解决多目标业务请求的移动终端的业务功能链的部署和迁移的决策问题。该方法主要通过构建网络拓扑结构，根据各自位置信息和物理网络拓扑中的可用资源信息与移动终端业务请求信息，将其作为基于深度强化学习的神经网络的输入，由控制中心的神经网络经计算得出最优化的策略，实现业务功能链的最优部署和迁移策略。本发明专利技术综合考虑了物理网络拓扑，移动终端和控制中心之间的决策影响，实现了高效的业务功能链部署和迁移策略，得出在不同情况下的最优部署和迁移位置，以求为更多的业务功能链提供服务，优化资源使用成本和迁移成本。本和迁移成本。本和迁移成本。

【技术实现步骤摘要】
一种移动感知的多目标业务功能链部署和迁移方法


[0001]本专利技术涉及到的技术的领域是计算机网络，具体涉及一种移动感知的多目标业务功能链部署和迁移方法。

技术介绍

[0002]相比于使用传统专用硬件提供用户请求服务，随着网络流量的增加，需要提供更多的的专用设备。NFV的出现使业务功能链可以通过虚拟化技术或容器技术放置在现成的通用服务器上，提高了业务功能链部署的灵活性和可扩展性，同时也降低了由专用设备带来的昂贵成本。然而将业务功能链部署在通用服务器上会给用户的服务质量(端到端时延，成本等)带来弊端，对于业务功能链不合理的部署也会造成业务功能链的接受率降低。因此有许多业界人士致力于业务功能链编排技术研究。
[0003]现有技术中，如构建ILP、MILP模型来解决业务功能链部署问题，但因为求解时间长不适应于物理网络规模较大的场景；一些启发式算法也被用来实现业务功能链部署，但是容易陷入局部最优；为了实现在线业务功能链部署，一些基于深度强化学习的算法被提出，但是尚未考虑在工业互联网、AR/VR、全息通信、全域覆盖等新型极致场景和业务不断涌现，这些业务对时延和可靠性有着较高的要求。对于移动终端，还需考虑由于移动性带来的网络流量变化及端到端时延的变化等问题，这可能导致服务中断，为了保证移动终端在移动过程中业务的连续性，对业务功能链迁移是一个很好的方案。
[0004]然而现有的大多数工作实现业务功能链迁移的方法中未考虑到移动终端的移动性这一特征，部分方法考虑了移动终端的移动性，比如，通过调整业务功能链中业务功能的位置或者通过水平或垂直扩展技术来实现迁移，但是并未以时延为优化目标，只考虑优化业务功能的放置成本和迁移成本；或者只考虑业务功能链的迁移问题，尚未考虑业务功能链的部署问题。然而在现实中，业务功能链的部署问题往往是一个多目标的问题，需要同时考虑移动终端对业务的不同要求，业务功能链的部署策略也会影响其迁移策略，需要同时考虑业务功能链的部署和迁移。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了优化移动终端的业务功能链的接受率、端到端通信时延和成本，实现服务效率的整体提升，实现最优部署和迁移,本专利技术提供一种移动感知的多目标业务功能链部署和迁移方法。
[0006]技术方案：一种移动感知的多目标业务功能链部署和迁移方法，所述方法基于移动终端向控制中心提出业务请求信息，控制中心神经网络计算物理网络拓扑为其提供的部署和迁移位置，以使业务功能链接收率提高，并减少业务功能链的端到端时延、部署过程中的资源使用成本和迁移成本，给出相应的路径，包括如下步骤：
[0007](1)构建关系网络模型，包括建立物理网络拓扑、移动终端和控制中心之间交互关系的网络拓扑结构；
[0008](2)根据物理网络拓扑信息、移动终端业务请求信息确定整体优化目标，所述的物理网络拓扑信息包括服务器节点、路由节点、接入节点的位置信息、计算资源容量信息、存储资源容量信息及相关链路带宽容量信息，所述移动终端业务请求信息包括业务请求的类型(部署或者迁移)，移动终端的位置信息，移动终端业务请求对计算资源、存储资源、带宽资源的需求量，对端到端时延的限制要求，所述整体优化目标由业务功能链的接收率、端到端时延、部署过程中的资源使用成本和迁移成本确定；
[0009](3)构建神经网络模型并训练，模拟连续T个时隙中的业务功能链部署和迁移问题，在每个时隙t中，收集当前时隙物理网络拓扑信息和业务请求信息作为输入，根据整体优化目标通过控制中心神经网络计算，输出业务功能链的部署或迁移位置并分配部署或迁移资源，当前时隙中的业务功能链请求被处理完成后才能进入下一个时隙；
[0010](4)控制中心管理物理网络拓扑为业务请求提供资源服务，计算物理网络拓扑的剩余资源信息，只有当连续T个时隙中的业务功能链都被处理完成后，才算完成整个部署和迁移过程。
[0011]进一步的，步骤(1)中所述的关系网络模型中，物理网络拓扑、移动终端和控制中心之间进行双向信息通信，包括指令的收发，移动终端向控制中心发送业务请求信息，控制中心根据物理网络拓扑的资源信息和业务请求信息下达为业务请求提供服务的指令，物理网络拓扑给移动终端提供服务。
[0012]更进一步的说，每个移动终端向控制中心提供自己的位置信息，业务请求所需的计算资源、存储资源、带宽资源及最大能忍受的端到端时延，控制中心根据这些信息及物理网络拓扑的信息来计算给移动终端业务请求提供其所需的资源，因此移动终端和物理网络拓扑之间并无直接联系，是通过控制中心实现被服务与服务的关系。
[0013]设定环境中每个移动终端只产生一个业务请求，即每个移动终端的业务请求可以用一个业务功能链(SFC)来表示，模拟T个时隙中移动终端运动过程中的业务功能链的部署和迁移，环境中还有包含服务器节点、路由节点、接入节点和相关链路的物理网络拓扑及一个控制中心，控制中心根据相应信息决定如何安排业务功能链的部署和迁移。
[0014]上述方法中，步骤(2)中以Ω＝{SFC1,SFC2,...,SFC
|U|
}表示|U|个移动终端的业务请求信息，每个分别代表了第u个移动终端的业务功能链请求信息，分别包括业务功能链的所有业务功能F
u
＝{f
u1
,f
u2
,...,f
uh
,...,f
u|Fu|
}，每个业务功能f
uh
对资源有固定的需求，表示f
uh
对计算资源和存储资源的需求量，表示业务功能链的端到端通信最大忍受时延，b
u
表示业务功能链的需求带宽，L
u
表示业务功能链的逻辑链路，业务功能链依附的终端在无线接入时传送数据的能力为A
u
，业务功能链的生命周期是TTL
u
，表示在其生命周期结束后，将释放占用的资源，表示业务功能链依附的移动终端在当前时隙中的位置和在下一时隙中的位置。其中，除了位置这一特性随着移动终端的移动会有变化，其他属性在整个过程中均为初始给定的值。
[0015]物理网络拓扑的信息表示为G＝(N∪E)，N表示物理网络拓扑的节点，E表示物理网络拓扑的链路，节点包括服务器节点、路由节点和接入节点，每个节点都有自己提前规划好的位置。此外，服务器节点上有可以提供服务的可用计算资源和可用存储资源每
个链路上有可用的带宽资源随着物理网络拓扑给移动终端提供服务，服务器节点上的可用资源也在动态变化。
[0016]考虑到要在移动终端的移动性和期望提高业务功能链接收率、降低业务功能链端到端时延、部署过程中的资源使用成本和迁移成本，接下来给出整体优化目标，包括业务功能链的成功接收率、业务功能链的端到端时延、资源使用成本和迁移成本，时延包括三个部分：移动终端接入物理网络的无线接入时延、服务器节点对业务功能的处理时延和链路传送数据的时延，它们分别用和表示，成本包括两个部分：资源使用成本和迁移成本，它们分别用和表示，其计算公式分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动感知的多目标业务功能链部署和迁移方法，所述方法基于移动终端向控制中心提出业务请求信息，控制中心神经网络计算物理网络拓扑为其提供的部署和迁移位置，提高业务功能链接收率，并减少业务功能链的端到端时延、部署过程中的资源使用成本和迁移成本，其特征在于：包括如下步骤：(1)构建关系网络模型，包括建立物理网络拓扑、移动终端和控制中心之间交互关系的网络拓扑结构；移动终端、物理网络拓扑和控制中心之间进行通信，且移动终端向控制中心提出业务请求服务，物理网络拓扑根据控制中心的决策为移动终端提供服务；(2)根据物理网络拓扑信息、移动终端业务请求信息确定整体优化目标，所述整体优化目标由业务功能链接收率、端到端时延、资源使用成本和迁移成本确定；所述的整体优化目标对应的目标函数表达式如下：max R＝[R
base
,
‑
D,
‑
C]其中，业务功能链端到端时延表达式如下：其中是移动终端u在时隙t中接入物理网络的无线接入时延，服务器节点对业务功能的处理时延，链路传送数据的时延；其中，W是信道带宽，ρ2是信噪比；其中，是一个二进制变量，其值为1时，表示在时隙t中f
uh
放置在服务器节点n上，是在时隙t中，业务功能链F
u
的数据到达服务器节点n的速率，是服务器节点n对业务功能f
uh
提供的服务速率；其中，是一个二进制变量，其值为1时，表示在时隙t中SFC
u
的逻辑链路l
pq
放置在物理链路e
ij
上，是在时隙t中，业务功能链F
u
的数据到达物理链路e
ij
上的速率，是物理链路e
ij
对F
u
提供的服务速率；业务功能链部署和迁移成本表达式如下：
其中是业务功能链部署时资源使用成本，是业务功能链迁移时的成本；其中，表示在时隙t中服务器节点n上的单位计算成本，表示服务器节点n上的单位存储成本；其中，是一个二进制变量，判断在时隙t中，业务功能f
uh
是否需要被迁移，是f
uh
在时隙t
‑
1中的放置位置，是f
uh
在时隙t中的放置位置，是这两个位置之间的最短路径，使用业务功能f
uh
在和之间的链路传送时延表示f
uh
的迁移成本；将所述的业务功能链的接收率转换为数值奖励，接收一个业务功能链奖励为r
base
，在整个时隙T中接收率对应的奖励如下：R
base
＝num
·
r
base
其中num是业务功能链被成功放置或迁移的次数；(3)构建神经网络模型并训练，模拟连续T个时隙中的业务功能链部署和迁移问题，在每个时隙t中，收集当前时隙物理网络拓扑信息和业务请求信息作为输入，根据整体优化目标通过控制中心神经网络计算，输出业务功能链的部署或迁移位置并分配部署或迁移资源，当前时隙中的业务功能链请求被处理完成后才能进入下一个时隙；(4)控制中心管理物理网络拓扑为业务请求提供资源服务，计算物理网络拓扑的剩余资源信息，只有当连续T个时隙中的业务功能链都被处理完成后，才算完成整个部署和迁移过程。2.根据权利要求1所述的移动感知的多目标业务功能链部署和迁移方法，其特征在于：步骤(2)所述的物理网络拓扑信息包括服务器节点、路由节点、接入节点的位置信息、计算资源容量信息、存储资源容量信息及相关链路带宽容量信息，所述移动终端业务请求信息包括业务请求的类型...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴强，张宇涵，王然，易畅言，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：