[发明专利]卫星地面网络中VNF高效布署方法

说明书

卫星地面网络中VNF高效布署方法，涉及卫星通信及网络功能虚拟化技术领域，是为了解决在地面卫星网络中时延敏感的虚拟网络功能(VNF)布署问题，本发明将VNF的布署和SFC流调度定义为整数线性规划(ILP)问题，进一步提出了一种新颖的启发式算法有效解决此问题。该方法首先在系统资源充足时尽可能的减少端到端传输时延，使用最短路径进行数据传输。当资源不足时感知系统资源实现网络的负载均衡，减少链路和节点瓶颈，更好的权衡时延和资源利用率，提高运营商的总利润。本发明适用于卫星地面网络中VNF的布署。

技术领域

本发明涉及卫星通信及网络功能虚拟化技术领域。

背景技术

随着全球商用第五代(5G)系统的推广，研究重点逐渐转移到第六代(6G)通信系统。6G通信系统旨在实现全覆盖，并将无线网络渗透到更广泛的应用领域。这项革命性的工作在于整合卫星和地面系统。与地球同步轨道(GEO)和中地球轨道(MEO)卫星相比，低地球轨道(LEO)卫星具有更低的运行成本、开发成本和传输延迟。随着星间链路的发展，大规模的LEO网络将在6G通信系统中发挥至关重要的作用，不仅仅是作为接入网，而是作为数据传输的骨干网。

针对上述异构网络架构和异构资源，将软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)技术引入星地网络将成为未来发展趋势，形成软件定义星地网络。如何按需向用户提供端到端服务并有效布署虚拟网络功能(VNF)是未来星地网络的一个关键研究问题。

近年来，高需求服务的数量逐渐增加。随着SDN/NFV技术的发展，大量工作都集中在通过VNF的有效布署为用户提供端到端的个性化服务。但大多数研究人员集中在地面网络，而不是卫星网络，没有同时考虑延迟和资源利用。

关于地面网络有一些成熟的研究。在F.Bari等人研究了中间盒布署，其中作者提供了一个整数线性规划(ILP)公式，并在CPLEX中实现，以解决VNF编排问题。然而，精确求解方法并不适用于大规模网络。G.Sun等等人针对业务功能链的布署，提出了一种基于广度优先搜索(BFS)的SFC布署优化(SFCDO)算法。该算法旨在有效利用资源，最小化端到端时延。还有一些研究他们分别基于模拟退火算法和禁忌搜索算法提出了解决VNF布署问题的两种元启发式算法。W.Qiao等人提出了一种量子遗传算法(QGA)和模糊逻辑相结合的算法来解决SFC动态嵌入问题。但是，由于VNF在星地集成网络中存在较大的时延和成本，需要一种简单的算法来解决VNF的布署问题。

在星地网络中VNF布署问题的研究较少。鉴于大规模LEO通信的挑战，必须解决两个问题，第一如何更好地将大规模LEO与地面通信融合，为用户提供更好的通信质量，第二如何有效地在卫星-地面网络中布署VNF。

发明内容

本发明是为了解决在地面卫星网络中时延敏感的虚拟网络功能(VNF)布署问题，从而提供一种卫星地面网络中VNF高效布署方法。

本发明采用的技术方案：

卫星地面网络中VNF高效布署方法，它包括以下步骤：

步骤一、根据用户发送请求数据流的源节点和目的节点计算获得用户请求数据流源节点和目的节点之间的K条最短路径和VNF的数量，K为正整数；

步骤二、令k∈K且令k＝1，对比步骤一获得的所述用户请求数据流源节点和目的节点之间的第k条最短路径和VNF的数量，并判断所述第k条最短路径的长度是否小于所述VNF的数量，如果判断结果为否，则执行步骤二一；如果判断结果为是，则执行步骤三；

步骤二一、选择处理时延短的节点进行VNF的布署；

步骤三、对于当前所选中的第k条最短路径上的节点，找到其同路由层的N个节点，N为正整数；并将找到的按照时延由短至长的原则的扩展最短路径使其等于VNF的个数，再按照与步骤二一相同的方式进行VNF布署和路径选择；