NFV网络多播服务功能链嵌入方法及系统

本发明涉及通信，具体涉及一种nfv网络多播服务功能链嵌入方法及系统。

背景技术：

1、与单播相比，多播可以更高效地传输数据，避免了在独立单播路径之间重复传输，从而减少了带宽消耗和源服务器的负载。因此多播技术在网络流量工程中具有很大的应用价值。软件定义网络(software defined network，sdn)通过将网络的数据平面和控制平面分离，控制平面可以集中计算寻找网络中的最佳多播树，从而可以更加有效地实现多播技术。

2、随着网络功能虚拟化(network function virtual，nfv)技术的发展，相应的研究也开始关注基于nfv网络的流量工程。在nfv网络中，传统的由专用硬件实现的各种网络功能(networkfunction，nf)被部署在通用服务器上运行的软件应用程序即虚拟网络功能(virtual network functions，vnfs)所替代，使得网络功能的部署、迁移成本和时间都可以大大降低。通常，从源节点到目地节点的网络流量，会按照特定顺序由多个vnf处理，形成所谓的服务功能链(service function chain，sfc)。例如，在支持nfv的电子邮件服务中，数据流将通过一个包括病毒检测、垃圾邮件识别和网络钓鱼检测的sfc。

3、在nfv网络的多播场景中，sfc部署问题相对单播更为复杂。例如，视频流媒体服务中的网络功能部署是基于连接源服务器到不同位置的目的用户，这需要在网络中嵌入由多条sfc组成的多播服务功能树(service function tree，sft)。目前，大部分工作都以节点计算资源和链路带宽资源最小化为目标，研究nfv网络中的多播传输，而忽略了多播传输的可靠性，即没有考虑数据包丢失后，如何确保目的节点还能可靠的接收到所需要的数据包。因此，我们需制定一种优化策略，以在具有多播请求的nfv网络环境中构建服务功能树，以满足具有服务功能树要求的多播请求流要求，从而最小化多播请求流的成本，提高nfv网络的可靠性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是现有的多播传输方法可靠度低，没有考虑nfv网络中具有可靠性的多播服务功能链嵌入的缺陷，在于提供一种nfv网络多播服务功能链嵌入方法及系统，通过构建多播路由可靠传播模型，确定丢包情况下的恢复成本，构建多播路由树，结合多播路由树和可靠传播模型，在满足可靠性约束的同时最小化多播路由成本，减少了多播流重传造成的节点和带宽资源消耗，提高了nfv网络中多播路由的可靠性。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明第一方面提供一种nfv网络多播服务功能链嵌入方法，包括以下具体步骤：

4、构建多播路由可靠传播模型，确定丢包情况下的恢复成本；

5、构建多层有向网络，基于多层有向网络构造多播路由树；

6、结合多播路由树和可靠性传播模型，构建可靠性约束多播路由树；

7、将可靠性约束多播路由树对应的虚拟链路映射到物理网络的路由链路中。

8、本发明通过构建多播路由可靠传播模型，确定丢包情况下的恢复成本，构建多播路由树，结合多播路由树和可靠传播模型，在满足可靠性约束的同时最小化多播路由成本，减少了多播流重传造成的节点和带宽资源消耗，提高了nfv网络中多播路由的可靠性。

9、进一步的，所述确定丢包情况下的恢复成本具体包括：

10、获取源节点到目的节点之间的路径数据，确定源节点到目的节点之间的链路发生丢包的概率；

11、获取链路资源消耗，结合源节点到目的节点之间的链路发生丢包的概率，分别确定源节点到目的节点和恢复节点到目的节点的恢复成本。

12、进一步的，所述构建多层有向网络前还包括：以节点和带宽资源消耗、以及对所有未接受到数据包的目的节点的恢复成本之和最小为优化目标构建优化函数；

13、所述建立优化函数具体包括：

14、获取源节点集、虚拟节点集和目的节点集，构建节点网络拓扑；

15、基于节点网络拓扑获取网络节点的资源消耗、链路的带宽资源消耗和目的节点的恢复成本，构建目标函数；

16、获取约束条件，对目标函数进行优化，得到优化函数。

17、进一步的，所述约束条件包括：

18、获取节点的资源容量和部署vnf所需的容量，进行节点资源约束；

19、获取邻节点信息进行网络路由约束；

20、基于节点属性进行恢复约束。

21、进一步的，所述多层有向网络的构建步骤具体包括：

22、根据服务功能链中vnf的种类数，将网络中的每个虚拟节点进行复制，得到二维矩阵；

23、将二维矩阵的每一列进行复制，将得到的复制列与原始列对应并列排放；

24、基于两个节点之间的最短路径的链路消耗成本，确定前一列的复制节点与后一列的原节点的链路权值。

25、进一步的，所述多播路由树的构建具体包括：

26、将网络中的源节点加入到扩展后的多层有向网络中，将源节点与第一列的所有节点相连，并将链路权值设置为原网络中对应的最短路径成本；

27、使用最短加权路径搜索算法确定嵌入sfc的路径；

28、获取部署最后一个vnf的节点，找到将最后一个vnf的节点连接到所有目的节点的斯坦纳树。

29、进一步的，所述构建可靠性约束多播路由树具体步骤包括：

30、将可靠传输模型加入已构建的多播树中；

31、计算恢复成本和构建成本；

32、选择恢复成本和构建成本之和最小的多播树作为最优多播树。

33、本发明第二方面提供一种nfv网络多播服务功能链嵌入系统，应用于一种nfv网络多播服务功能链嵌入方法，包括：

34、多层有向网络图构造模块，用于对nfv网络中的虚拟节点进行复制，构建多层有向网络图；

35、多播路由树路径获取模块，用于使用多层有向网络图生成对应多播网络的最短路径树，从最短路径树中找出覆盖所有目的节点的最短路径作为主干路径；

36、节点部署vnf优化模块，用于检查vnf是否部署在负载过重的节点上，若是，则搜寻节点嵌入和链路成本最小的新节点，根据部署后的结果更新多播路由树；

37、可靠性约束模块，用于基于节点部署vnf优化模块获得的多播网络的最佳可靠性约束多播路由树；

38、路由模块，用于将多播网络中的最佳可靠性约束多播路由树对应的虚拟链路映射到多播网络的路由链路中，进行vnf动态部署。

39、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

40、通过构建多播路由可靠传播模型，确定丢包情况下的恢复成本，构建多播路由树，结合多播路由树和可靠传播模型，在满足可靠性约束的同时最小化多播路由成本，减少了多播流重传造成的节点和带宽资源消耗，提高了nfv网络中多播路由的可靠性。

技术特征：

1.一种nfv网络多播服务功能链嵌入方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的nfv网络多播服务功能链嵌入方法，其特征在于，所述确定丢包情况下的恢复成本具体包括：

3.根据权利要求1所述的nfv网络多播服务功能链嵌入方法，其特征在于，所述构建多层有向网络前还包括：以节点和带宽资源消耗、以及对所有未接收到数据包的目的节点恢复成本之和最小为优化目标构建优化函数；

4.根据权利要求3所述的nfv网络多播服务功能链嵌入方法，其特征在于，所述约束条件包括：

5.根据权利要求1所述的nfv网络多播服务功能链嵌入方法，其特征在于，所述多层有向网络的构建步骤具体包括：

6.根据权利要求1所述的nfv网络多播服务功能链嵌入方法，其特征在于，所述多播路由树的构建具体包括：

7.根据权利要求1所述的nfv网络多播服务功能链嵌入方法，其特征在于，所述构建可靠性约束多播路由树具体步骤包括：

8.一种nfv网络多播服务功能链嵌入系统，应用于权利要求1-7任一所述的nfv网络多播服务功能链嵌入方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种NFV网络多播服务功能链嵌入方法及系统，包括以下具体步骤：构建多播路由可靠传播模型，确定丢包情况下的恢复成本；构建多层有向网络，基于多层有向网络构造多播路由树；结合多播路由树和可靠性传播模型，构建可靠性约束多播路由树；将可靠性约束多播路由树对应的虚拟链路映射到多播物理网络的路由链路中。通过构建多播路由可靠传播模型，确定丢包情况下的恢复成本，构建多播路由树，结合多播路由树和可靠传播模型，在满足可靠性约束的同时最小化多播路由成本，减少了多播流重传造成的节点和带宽资源消耗，提高了NFV网络中多播路由的可靠性。

技术研发人员：刘亮,谭思源,陈翔,荆腾祥
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25