在路由中使用的方法、设备和计算机程序与流程

本说明书涉及业务在用户设备(user equipment，ue)和虚拟网络功能(virtualnetwork function，vnf)的存在点(point of presence，pop)之间的路由。

背景技术：

1、各种技术规范定义了网络运营商和服务提供商在世界范围部署和管理网络功能和服务的方式。虚拟网络功能(vnf)是在开放计算平台上运行的虚拟化网络服务。这些网络服务中的一些网络服务以前可以通过专有的专用硬件技术来实现。

2、vnf的示例包括虚拟化路由器、防火墙、广域网(wide area network，wan)优化和网络地址转换(network address translation，nat)服务。大多数vnf在通用虚拟化基础设施软件(诸如，vmware或kvm)上的虚拟机(virtual machine，vm)中运行。

3、vnf可以像构建块一样在被称为服务链接的过程中被链接在一起，以构建复合服务。当它使用vnf技术时，服务链接和应用程序供应过程会被简化和缩短。

4、相应的技术规范包括例如欧洲电信标准协会的网络功能虚拟化标准(europeantelecommunication standards institute's standard for network functionsvirtualization，etsi nfv)。

5、虚拟网络功能(vnf)的放置对于网络的性能优化至关重要。vnf放置问题是在网络的开放计算平台中找到网络功能的存在点(pop)，以便满足服务质量(quality ofservice，qos)要求和用户的需求，例如，优化(例如最小化)ue访问vnf的延迟，和/或优化vnf和ue之间的通信吞吐量。

6、图1给出了为几个接入层(家庭网络、企业网络和一些室外基站网络)形成的整体网络的示例，如npl 1中所示，其细节在本说明书的末尾给出。该5g网络可以是接入网络，也可以是形成非公共网络(non-public network，npn)的接入网络和私用核心网络。vnf的管理部分包括两个逻辑实体，它们可以部署在核心网络中，作为核心网络和接入网络之间的中间件，或者部署在接入网络中。

7、图1中的两个管理实体以及在其它情况下可以使用的管理实体是：

8、-网络统计数字收集器(network statistics collector)，其收集来自网络的各种测量结果，即，延迟测量结果、拓扑信息、ue位置、业务参数或确定vnf pop所需的任何数据。

9、-动态vnf协调器，其检索网络数据(该网络数据包括来自网络统计数字收集器的数据)，并且解决网络优化问题，以确定网络中优化网络用户的qos要求和需求的虚拟网络功能的位置或存在点(pop)。

10、由vnf协调器解决的网络优化问题可以是例如当对vnf功能的访问的延迟被优化时，最小化各个目标函数的整数线性规划问题(如npl 1中所示)。

11、例如，以下等式和约束可用于描述多个vnf功能的vnf放置问题：

12、

13、其中，

14、

15、针对所有路径k的二进制

16、针对所有边缘

17、也就是说，通过解决优化问题，找到网络功能i的放置二进制变量xi，j，k，该网络功能i位于主机j中并且位于从ue k到主机j的路径pk上，该路径pk最小化目标函数

18、

19、变量li，j，k是针对位于主机j中并且在从ue k到主机j的路径pk上的网络功能i测量的延迟。

20、变量ri是网络功能i所需的吞吐量，wj是主机j的硬件容量。

21、变量θi是网络功能i所需的最大延迟预算。

22、变量bi，j，k是在vnfi被托管在hj并使用路径pk的情况下用户和vnfi之间所需的吞吐量，并且变量cm是链路的容量。

23、协调器可以使用几种技术来解决vnf放置问题，这些技术是分支和绑定技术(如npl 2中所示)，分支和绑定技术将网络划分为多个区域，针对每个区域测试虚拟网络功能的不同位置，并且在测试之后找到最小化目标函数的位置。

24、这些技术通常不会随着所放置的虚拟功能的数量的增加和网络的增长而缩放，或者取决于网络拓扑的改变(即，解决优化问题所需的时间随着功能数量和网络大小呈指数增长)。

25、降低协调器处的复杂性的一种方式是使用介数中心性度量来确定虚拟网络功能的pop。在这种情况下：

26、1、协调器通过考虑主机的链路容量和硬件容量来确定网络中从ue k位置到不同主机j的路径；

27、2、协调器将vnf放置在拓扑中最中心的主机中，即，具有最大介数中心性的节点。

28、如果中心性度量是通过布兰德斯(brandes)递归算法计算的(如npl 3所示)，则该技术不如求解整数线性规划问题复杂。

29、[引用文献列表]

30、[非专利文献]

31、npl 1：cziva、richard、christos anagnostopoulos和dimitrios p.pezaros，“网络边缘处的动态、延迟优化vnf放置(dynamic,latency-optimal vnfplacement at thenetwork edge)”ieee infocom 2018 ieee计算机通信会议。ieee，2018。

32、npl 2：dávid et mann,zoltán虚拟机布局的一种分支绑定方法(a branch-and-bound approach to virtual machine placement)。在：第三届hpi云研讨会论文集“操作云(operating the cloud)”中。2015，第49-63页。

33、npl 3：brandes，ulrik。介数中心性的一种更快算法(a faster algorithm forbetweenness centralit)。《数学社会学杂志》，2001年，第25卷，第2期，第163-177页。

技术实现思路

1、一旦执行了vnf的pop的放置，根据ue分布、业务请求和功能调用的改变，可能需要将vnf放置在网络中的不同节点，即，重定位vnf。然而，这种移动涉及一些成本。

2、例如，对于基于中心性的vnf放置，当网络被重新配置以使得某些接入点和路由器被激活以服务于更新后的分布时，以及当先前活动的接入点和路由器对于与vnf相关联的业务变得不活动时，vnf的pop的中心性可以随着在部署中ue分布的改变而改变。因此，由于vnf的部署成本的增加(该额外成本可以是例如由于旧pop和新pop之间的应用背景转移导致的ue访问vnf的新pop的额外延迟的形式)，可以在中心性度量中发现显著的改变，并且因此可以重新分配vnf。换言之，中心性度量对业务分布改变的敏感性可能导致vnf在ue移动期间的重定位。这可能会导致部署复杂性增加，因为中心性应该被重新计算，新pop被确定，并且vnf被重定位以保证新pop中的低延迟约束。

3、本说明书旨在改善这种情况。

4、为此，本说明书的目的在于提供一种用于在至少一个用户设备ue和虚拟网络功能vnf的存在点pop之间路由业务的方法，所述虚拟网络功能被放置在包括多址边缘计算基础设施的网络中，多址边缘计算基础设施包括多个路由器，多个路由器中的至少一些路由器被链接，并且其中，至少一个链路将多个路由器与pop链接，该方法包括以下步骤：

5、a)获得所述至少一个ue之间的业务到所述pop和经过所述多个路由器中的路由器的至少两个可能路径中的哪一个路径对应于对所述pop的中心性的影响的较小估计的指示，

6、b)从而能够选择用于在至少一个ue和vnf之间路由业务的相应路径。

7、例如，当这种ue充当网络中的路由器时，可以通过路由器、或者mec服务器、或者甚至用户设备(ue)来实现上述方法。

8、因此，通过在网络的节点之间引入业务转向技术来解决上述情况，该技术限制了业务改变对vnf pop的中心性的影响，从而降低了vnf重定位的概率。换言之，业务转向技术被用于减轻动态业务和ue分布效应对虚拟网络功能放置度量的影响。对于给定节点，业务改变对vnf pop的中心性的影响可能受到限制。对给定节点的中心性的负面影响可能会受到该节点的限制，并且对其它节点的中心性的正面影响也可能受到该节点限制。

9、这些技术是为了降低vnf的pop重定位在时间上的概率，并且提高基于中心性的vnf放置对动态业务和ue分布改变的抵抗力。

10、此外，本说明书的目的在于如上所述的方法，其中，中心性可以基于以下中的至少一者：

11、-介数中心性，

12、-接近度中心性，

13、-图形中心性(graph centrality)，以及

14、-压力中心性(stress centrality)。

15、另选地或附加地，在如上所述的方法中，对中心性的影响的较小估计可以基于以下中的至少一者：

16、-过去拓扑，

17、-当前拓扑，以及

18、-网络的预计拓扑，

19、其中，拓扑被配置为由于以下中的至少一者而变化：ue从一个接入点切换到另一个接入点；接近多个路由器中的路由器；以及接通多个路由器中的路由器。

20、此外，在该方法的任何上述指定变型中，该网络还可以包括动态vnf协调器，该动态vnf协调器可以动态地改变pop在网络中的放置，并且该方法可以包括：

21、-获得具有延迟的、发起pop的放置的下一次改变的信号，所述延迟基于具有对pop的中心性的影响的较小估计的路径的选择，

22、-从而能够从先前pop到新pop传输运行vnf所需的信息。

23、在上述方法中，在网络还包括适于准备网络统计数字的网络统计数字收集器的情况下，其中动态vnf协调器被配置为检索网络统计数字，

24、-延迟可以进一步基于网络统计数字，该网络统计数字考虑沿着所选路径路由的至少一个ue和vnf之间的业务。

25、在该方法的任何上述指定变型例中，所述获得指示可以包括通过比较对pop的中心性的影响的估计来生成指示。

26、为了在a)中获得所述指示，所述方法还可以包括以下步骤中的至少一者：

27、-获得多个路由器中的位于至少两条可能路径中的用于至少一个ue之间的业务到pop的至少一条路径上的那些路由器的中心性的指示；以及

28、-接收多个路由器中的位于至少两条可能路径中的用于至少一个ue之间的业务到pop的至少一条路径上的那些路由器的累积依赖性的指示作为输入。

29、在该方法的任何上述指定变型例中，可以在网络的不同于路由器的节点处，优选地在移动边缘计算mec服务器处，执行在a)中的所述获得指示。

30、上述方法还可以包括：在b)之后，向所选路径的至少一个路由器发送用于根据选择来更新其路由方案的信号。

31、在该方法的任何上述指定变型例中，a)中的所述获得可以包括：在路由器的输入处接收指示，优选地以更新路由器处的路由方案以使用所选路径的信号的形式。

32、在该方法的任何上述指定变型例中，中心性可以基于介数中心性，并且由于选择至少两条可能路径中的一者而对pop的中心性的影响的每个估计被计算为路由器对路径的累积依赖性的改变的加权和。

33、以上，改变可以包括(a)在先前估计之后已经发生的改变和(b)预计改变中的至少一者。

34、在该方法的任何上述指定变型例中，由于选择至少两个可能路径中的一者而对pop的中心性的影响的每个估计可以通过使用布兰德斯算法(brandes algorithm)的迭代方法来计算。

35、在该方法的任何上述指定变型例中，多个路由器可以包括一组中间路由器，该组中间路由器包括被估计为对vnf pop的中心性贡献多于阈值的路由器，并且对pop的中心性的影响的较小估计可以基于对所述中间路由器中的至少一些路由器的累积依赖性的改变的估计。

36、此外，本说明书的目的在于说明书和附图中所示的方法、ue、路由器、动态vnf协调器、网络统计数字收集器和信号，并且被配置为执行本说明书的主题。

37、例如，本发明的目的在于一种计算机程序，该计算机程序包括指令，当该程序由处理电路执行时，使处理电路执行如上所定义的方法。本发明的目的在于一种非暂时性计算机存储介质，该非暂时性计算机存储介质存储这种计算机程序的指令。

38、图6和图7是典型流程图，其可以说明这种程序的通用算法，该程序可以由mec服务器和/或路由器执行。

39、对于另一个示例，本发明的目的还在于一种设备，该设备包括处理电路(proc、mem，如图8的示例所示)，该处理电路被配置为实现如上所定义的方法。此外，如图8所示，该设备还可以包括被配置为连接到网络的通信接口(communication interface，com)。

40、如在下面的说明书中所解释的，该设备可以是例如路由器、或者mec服务器，或者甚至当用户设备(ue)充当网络中的路由器时的这样的ue。

41、以下将参考附图来呈现本发明的可能实施方式的更多细节和优点。