一种基于联合优化的网络切片部署方法

本发明涉及网络切片部署，尤其涉及一种基于联合优化的网络切片部署方法。

背景技术：

1、超高清视频业务数据传输不但要解决诸如异构业务需求多样性、广播/组播传输架构多样性，还要面对底层基础网络的多样性和动态性，既表现为时间上的动态性和波动性，也表现为空间上的多网络多域特性。网络切片通过将基础设施物理网络切片为专用虚拟子网来支撑视频传输与分发的关键技术手段。然而，随着物理网络资源的维度和用户/业务数量的增加，在共享有限物理资源条件下，如何高效和平衡地部署网络切片成为了多域网络中的主要问题。

2、在实际通信网络中，视频传输性能会受到多种资源的影响。差异化的服务需求使网络切片对不同域的资源需求有一定差异，由此端到端网络切片需要面向服务，服务于特定业务，高效的网络切片部署策略是目前较为迫切的需求。考虑不断变化的业务通信需求、网络资源的碎片化，先期的方法无法实现端到端切片的全面资源分配，在实际场景中的可行性有限。此外，多数网络切片部署策略是节点和链路部署相对独立的，如果链路映射导致切片失败，那么节点映射进程将被浪费和消耗，导致切片效率的降低和时延开销的增加。现有的网络切片资源调度与部署效率，存在极大的改进空间。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于联合优化的网络切片部署方法，用以解决现有网络切片资源调度与部署效率低的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种基于联合优化的网络切片部署方法，包括以下步骤：

3、对网络切片集合中的每个网络切片，基于多属性决策方法分别计算物理网络中每个物理节点和该网络切片中每个虚拟节点的重要度，基于每个节点的重要度对该网络切片进行预部署；

4、以网络切片集合的资源效率最大化为优化目标对预部署中的映射参数进行联合优化，得到最优映射参数；

5、对于网络切片集合中的每个网络切片，根据最优映射参数，基于多属性决策方法分别重新计算物理网络中每个物理节点和该网络切片中每个虚拟节点的重要度，基于每个节点的重要度对该网络切片进行部署。

6、基于上述技术方案的进一步改进，所述优化目标函数为：

7、

8、

9、其中，表示物理节点的当前剩余资源，rt表示基础物理网络的节点总资源，表示物理链路的当前剩余资源，bt表示基础物理网络的链路带宽总资源，表示网络切片集合中第v个网络切片中第i个节点的资源需求，表示虚拟链路的资源需求，nv表示第v个网络切片中虚拟节点的集合，ev表示第v个网络切片中虚拟节点间连接关系的邻接矩阵，表示第v个网络切片中虚拟节点和之间的虚拟链路，np表示物理节点集合，ep表示物理节点间连接关系的邻接矩阵，h(z)表示第z次搜索拟合的映射参数变量集合，m表示映射参数的个数，fpso(h(z))表示第z次搜索拟合测得的网络切片部署资源效率，nnsr表示网络切片集合中网络切片的数量；mv表示预部署的映射变量，如果第v个网络切片部署成功则值为1，否则值为0。

10、进一步地，基于每个虚拟节点的重要度对该网络切片进行预部署，包括：

11、以该网络切片中重要度最大的虚拟节点为根节点，基于广度优先算法构建该网络切片的搜索树；

12、对搜索树中的每个虚拟节点，基于当前虚拟节点的自治域类型和资源需求构建当前虚拟节点的最终候选物理节点集合；

13、若当前虚拟节点为搜索树的根节点，则在当前虚拟节点的最终候选物理节点集合中选择重要度最大的物理节点作为当前虚拟节点的映射节点；

14、若当前虚拟节点为搜索树的非根节点，则以当前虚拟节点的父虚拟节点所映射的物理节点为父物理节点，以当前虚拟与当前虚拟节点的父虚拟节点间的虚拟链路为目标虚拟链路，从最终候选物理节点集合中选择与父物理节点间的路径满足所述目标虚拟链路的资源需求的候选物理节点作为当前虚拟节点的映射节点。

15、进一步地，对搜索树中的每个虚拟节点，基于当前虚拟节点的自治域类型和资源需求构建当前虚拟节点的最终候选物理节点集合，包括：

16、基于当前虚拟节点的自治域类型确定当前虚拟节点的初始候选物理节点集合；

17、若当前虚拟节点为搜索树的根节点，则初始候选物理节点集合中满足当前虚拟节点资源需求的物理节点构成当前虚拟节点的最终候选物理节点集合；

18、若当前虚拟节点为搜索树的非根节点，则以当前虚拟节点的父虚拟节点所映射的物理节点为父物理节点，初始候选物理节点集合中满足当前虚拟节点的资源需求并且是父物理节点的邻居节点的物理节点构成当前虚拟节点的最终候选物理节点集合。

19、进一步地，采用以下方式从最终候选物理节点集合中选择与父物理节点间的路径满足所述目标虚拟链路的资源需求的候选物理节点作为当前虚拟节点的映射节点：

20、s141、按照节点负载从小到大的顺序对最终候选物理节点集合中的候选物理节点进行排序；以排序后的最终候选物理节点集合中的第一个候选物理节点为当前候选物理节点；

21、s142、判断从父物理节点到当前候选物理节点的物理路径中是否存在满足所述目标虚拟链路的资源需求的路径，若存在，则将当前虚拟节点映射到当前候选物理节点，将所述目标虚拟链路映射到满足所述目标虚拟链路的资源需求的最短路径上；否则，以最终候选物理节点集合中的下一个候选物理节点为当前候选物理节点；返回步骤s142；

22、s143、若从父物理节点到最终候选物理节点集合中的每个候选物理节点均不存在满足所述目标虚拟链路的资源需求的物理路径，则最终候选物理节点集合中不存在与父物理节点间的路径满足所述目标虚拟链路的资源需求的候选物理节点。

23、进一步地，采用以下方式判断从父物理节点到当前候选物理节点的物理路径中是否存在满足所述目标虚拟链路的资源需求的路径：

24、基于dijkstra算法搜索得到从父物理节点到当前候选物理节点的k条最短路径；

25、按照路径成本由小到大的顺序依次遍历k条最短路径中的每一条最短路径，若当前最短路径满足sla约束，则当前最短路径为满足所述目标虚拟链路的资源需求的最短路径，遍历结束；否则，继续遍历下一条最短路径；

26、若k条最短路径均不满足sla约束，则从父物理节点到当前候选物理节点的物理路径中不存在满足所述目标虚拟链路的资源需求的路径。

27、进一步地，所述sla约束为：

28、

29、其中，表示物理链路的链路时延，表示目标虚拟链路的最大允许时延，表示物理链路当前的剩余资源，表示虚拟链路的资源需求，表示当前最短路径，ep表示物理节点间连接关系的邻接矩阵，表示第v个网络切片中虚拟节点和之间的虚拟链路，nv表示第v个网络切片中虚拟节点的集合，表示链路映射变量，如果当前最短路径包括物理链路则否则，

30、进一步地，采用以下函数计算最短路径的路径成本

31、

32、其中，表示父物理节点和当前候选物理节点之间的最短路径，是的路径跳数，是物理链路的当前工作负载，是基础物理网络中途径的物理链路集合；表示映射参数，表示物理链路的当前剩余资源，表示物理链路的初始总资源。

33、进一步地，所述多属性包括节点资源重要性、节点度中心性、介数中心性、接近性中心性和特征向量中心性；采用以下方式基于多属性决策方法分别计算物理网络中每个物理节点和该网络切片中每个虚拟节点的重要度：

34、基于物理网络中每个物理节点和网络切片中每个虚拟节点的节点资源重要性、节点度中心性、介数中心性、接近性中心性和特征向量中心性，分别构建物理网络的决策矩阵和网络切片的决策矩阵；

35、分别对物理网络的决策矩阵和网络切片的决策矩阵进行归一化，基于归一化后的网络切片的决策矩阵计算每个虚拟节点的群体效益值和个体遗憾值；基于归一化后的物理网络的决策矩阵计算每个物理节点的群体效益值和个体遗憾值；

36、基于每个虚拟节点的群体效益值和个体遗憾值计算每个虚拟节点的折衷决策指标值；基于每个物理节点的群体效益值和个体遗憾值计算每个物理节点的折衷决策指标值；所述折衷决策指标值越小，节点的重要度越大。

37、进一步地，采用以下公式计算每个虚拟节点的节点资源重要性

38、

39、其中，表示与虚拟节点相连虚拟链路的集合，表示虚拟节点的资源需求，表示虚拟链路的资源需求，表示虚拟链路的最大允许时延。

40、与现有技术相比，本发明通过智能优化策略动态调度网络资源完成切片映射，可以提升切片的接受率和资源效率上述方法提出了一种节点映射与链路映射联合优化策略，同时在节点映射和链路映射过程中建立了可动态调度的资源模型，进一步通过智能优化实现资源的高效调度和配置，实现资源效率的提升，以最大限度支持更多的切片需求。

41、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。