[发明专利]一种混合型服务功能链嵌入代价的优化方法

说明书

本发明公开了一种混合型服务功能链嵌入代价的优化方法，包括：获取服务功能链及网络拓扑图；将服务功能链转化为分层有向无环图结构；以网络流的起始节点为开始节点，在网络拓扑图中搜索第一网络功能并行层的候选子解并构建子解树；以上一层尾节点为开始节点，搜索得到后续各个网络功能并行层的候选子解并相应插入到子解树中，得到目标子解树；基于目标子解树中的叶子节点，得到每个叶子节点到根节点的无环路径且作为候选解；计算所有叶子节点对应候选解的总代价并筛选代价最低的候选解为服务功能链的嵌入方案。本申请能够在不超过网络容量限制的前提下，实现嵌入代价的最优化设计，进而降低服务功能链的嵌入成本。

技术领域

本发明涉及服务功能链嵌入相关技术领域，特别是指一种混合型服务功能链嵌入代价的优化方法。

背景技术

网络功能(NF，Network Function)，如：网络地址转换器(NAT)、防火墙、入侵检测系统(IDS)、深度包检测(DPI)等，经常被部署在商业网络中以确保网络的安全性、高性能以及提供新的网络功能。然而，传统的网络功能部署方式依靠昂贵的专用硬件，比如用中间件来实现。这使得网络的运营成本高昂，并且由于网络设备更新换代迅速，导致网络的生命周期短、更新代价高。

网络功能虚拟化(NFV，Network Function Virtualization)是一个新兴的技术，它利用挂载在通用服务器上运行的虚拟网络功能(VNF，Virtual Network Function)来代替传统专用的硬件中间件。因此，NFV技术的应用使得网络具有快速部署、网络可扩展性、低代价更新和促进网络创新等一系列优点。为了获得许多云计算技术的优点，例如代价小、易于管理等，可以在公有云和私有云上部署VNF。除此之外，许多工作还探索了各种NFV部署的新模式。例如：电信运营商和第三方提供商将部署在公有云中的VNF以商品的形式提供给客户，以便客户可以通过租用这些VNF来建立自己的服务。当然，大型企业也可以在他们的私有云中部署VNF以满足自身的网络业务需求。

一般情况下，为了在源端与目的端之间获得特定且完整的端到端服务，网络流需要以特定的顺序经过多个VNF的处理，这样的一系列具有特定顺序关系的网络功能序列被称为服务功能链(SFC，Service Function Chain)。如图1a所示，传统的SFC由一组串行的VNF组成。在为一条特定的网络流提供网络服务时，一个基本的问题就是找到一条合适的路由路径，使得该网络流能够按照它所需的SFC的顺序获得对应的网络功能。这就是SFC嵌入问题，它需要综合考虑VNF分配和路由选择。最近，许多研究探讨了SFC嵌入问题，它们具有不同的优化目标，如最小化代价、最大化网络吞吐量、减少延时或者综合考虑上述目标。但是，由于传统SFC中VNF之间的串行执行性质，现存的对于SFC嵌入问题的优化方法无法在减少端到端延时方面取得突破性进展。

此外，一些研究表明VNF之间具有可并行特性，并提出了一个可以自动分析SFC中VNF之间可并行性的框架(NFP，一种网络功能并行机制)。如图1b所示，将这种既包含了可并行的VNF对(例如防火墙和流量监测器)和不可并行的VNF对(例如防火墙和负载均衡器)的SFC称为混合型SFC。而还有研究通过实际部署实验验证了混合型SFC可以显着降低流量传输延迟。例如，有研究表明，商业网络中53.8％的网络功能对可以并行工作。并且41.5％的网络功能对可以在不增加额外资源开销的情况下并行执行。由于延时性能上的优势，在建立端到端服务时混合型SFC会比传统串行SFC更受欢迎。但是，现有的所有工作局限于考虑在单个服务器中部署混合型SFC，而更普遍的场景，即网络场景下的混合型SFC嵌入问题需要进一步研究。

因此，在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下缺陷：当前对于混合型服务功能链还没有很好的嵌入方法以实现优化总体代价的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种混合型服务功能链嵌入代价的优化方法，能够在不超过网络容量限制的前提下，实现嵌入代价的最优化设计，进而降低服务功能链的嵌入成本。