一种基于COST模型的NFV业务链网络评估方法与流程

本发明属于NFV业务链网络技术领域，具体涉及一种基于COST模型的NFV业务链网络评估方法。

背景技术：

近几年来，随着互联网信息技术的高速发展，传统网络架构在可扩展性、可靠性、安全性以及可创新性方面的缺陷日益显著，以至于越来越难面对当今新需求和新创新的驱动。传统网络暴露出的诸多弊端使得网络构架的变革势在必行。而网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，NFV)架构的提出旨在不损失系统的高可靠性前提下改变传统封闭低效的网络。

NFV的基本概念是先把计算机集群虚拟化并在其上构建虚拟机，然后把相关网元运行在虚拟机内。NFV通过使用x86等通用型硬件如x86和虚拟化技术来承载更多功能的软件应用以便降低网络的设备成本。由于NFV中硬件和软件的分离以及其功能可抽象化，网络设备的功能不再依赖于专用的硬件，相关资源可灵活分配共享，实现新业务的快速开发及部署，并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。NFV基于其特性，为运营商未来网络结构的搭建和业务的部署提供了巨大的支撑能力，其中尤其是相关的NFV业务链(service function chaining)技术，可灵活地固定和移动网络中的网元及相关的网络功能，如防火墙、服务网关、深度分组检测、PDN网关等，并以虚拟化网络功能(Virtualization Network Function，VNF)的形式进行部署，可以快速形成各类强大的网络业务处理引擎。NFV业务链是一个有序的由VNF组成的集合，用户流量按指定的路由策略依次通过多个虚拟化VNF以实现不同网络业务的按需处理(如不同套餐的用户流量通过不同的VNF组成的集合)。NFV业务链中的VNF运行在通用服务器上的虚拟机环境中，各通用服务器之间的虚拟化网络功能又组成不同的虚拟化网络，这种高度可伸缩性电信业务处理架构保证了虚拟化网络功能的灵活加载能力和快速调整能力。

然而，在拥有许多NFV业务链的网络中，随着VNF布置策略的不同，网络成本(如VNF的部署成本，运营成本)以及服务性能(如总端到端时延，总带宽消耗)也将不同。布置策略包括在众多NFV节点中确定VNF具体布置位置以及分配各类型业务链中每个VNF之间的数据率(data rate)。为了验证所用布置策略是否合理(或者说评估该布置策略下的网络)，需要一种评估方法对布置VNF后的网络进行评估。由于服务性能的指标(如总端到端时延和总带宽消耗)往往属于不同量纲和数量级，很难使得在综合考虑多种性能指标的条件下去评估网络的服务性能。这就导致现有的评估方法有的只考虑了单一的服务性能指标(如仅仅考虑网络的总端到端时延等等)，有的则利用加权聚合的方式把不同指标整合成一个总指标去加以考虑。前者缺乏一般性，而后者在加权过程中的权重设定又带有一定的主观性。同时现有的评估方法多数只强调了网络的服务性能，而没有考虑网络的成本(如布置VNF成本，运营成本)。因此，现有的多数评估方法很难综合地、客观地去评估一个NFV业务链网络。

技术实现要素：

本发明从综合考虑的角度，基于一种通用的COST模型，提出了一种对NFV业务链网络的评估方法。该评估方法把服务性能中的各项指标转换成不同类型的开销并进行累加，使得能在综合考虑多种指标的情况下对网络进行评估。同时为了更贴近实际，该评估方法又考虑了网络成本，也就是说，该评估方法最终根据由各服务性能指标转换成的开销和网络成本开销累加所得的总开销来评估布置策略的优劣性。

本发明所述的一种基于COST模型的NFV业务链网络评估方法，该方法至少包括如下的步骤(考虑到一般性，以下是服务性能指标为网络的总端到端时延和总带宽消耗时的步骤，可根据实际情况和需要增添服务性能指标)：

步骤1、确定已知量，它们分别是：网络中需要实现的所有业务链类型、各类型业务链所需的数据率、网络中需要布置的所有VNF类型、布置单个各类型的VNF所需成本、单个各类型VNF占用单位数据率时的开销、占用单位带宽时的开销、单位时延所带来的惩罚开销以及各节点间链路时延；

步骤2、分析布置策略，提取组成各类型业务链的NFV节点，得到各种决策量如各类型业务链中相邻VNF之间的路径跳数以及相邻VNF间的链路时延。同时根据决策者分配的数据率可以得到各类型业务链中相邻VNF之间的数据率以及各类型VNF所占用的总数据率；

步骤3、根据步骤1中的布置单个各类型的VNF所需成本，计算总布置开销；

步骤4、根据步骤1中的单个各类型VNF占用单位数据率所需成本以及步骤2中的得到的各类型VNF所占用的总数据率，计算总运营开销；

步骤5、根据步骤1中的占用单位带宽时所需成本以及步骤2中的各类型业务链中相邻VNF之间的路径跳数、各类型业务链中相邻VNF之间的数据率，计算总带宽消耗开销；

步骤6、根据步骤1中的单位时延所带来的惩罚成本、各类型业务链中相邻VNF间的链路时延以及步骤2中的各类型业务链中相邻VNF之间的数据率，计算总时延惩罚开销；

步骤7、根据步骤3、4、5、6中得到的总布置开销、总运营开销、总带宽消耗开销、总时延惩罚开销，计算最终总开销；

步骤8、根据步骤7得到最终总开销，评估该布置策略下的NFV业务链网络。

作为优选，步骤3中的总布置开销的计算，其步骤为：

步骤3(1)：设网络中需要实现的所有业务链集合为C＝{c_k|k＝1,2,...,K}、网络中需要布置的所有不同类型的VNF集合为Q＝{q_x|x＝1,2,...,X}、业务链c_k中同一类型VNF的个数为布置单个q_x所需的成本为

步骤3(2)：根据公式计算总布置开销S_capex。

作为优选，步骤4中的总运营开销计算，其步骤为：

步骤4(1)：设网络中需要实现的所有业务链集合为C＝{c_k|k＝1,2,...,K}、网络中需要布置的所有不同类型的VNF集合为Q＝{q_x|x＝1,2,...,X}、单个q_x占用单位数据率时的开销为各类型q_x所占用的总数据率为

步骤4(2)：根据公式计算总运营开销S_opex。

作为优选，步骤5中的总带宽消耗开销的计算，其步骤为：

步骤5(1)：设网络中需要实现的所有业务链集合为C＝{c_k|k＝1,2,...,K}、网络中需要布置的所有不同类型的VNF集合为Q＝{q_x|x＝1,2,...,X}、占用单位带宽时的开销为α、各类型业务链中相邻VNF和之间的路径跳跃数为各类型业务链中相邻VNF和之间的数据率为业务链c_k中同一类型VNF的个数为

步骤5(2)：根据公式计算总带宽消耗开销S_bandwidth。

作为优选，步骤6中的总时延惩罚开销的计算，其步骤为：

步骤6(1)：设网络中需要实现的所有业务链集合为C＝{c_k|k＝1,2,...,K}、网络中需要布置的所有不同类型的VNF集合为Q＝{q_x|x＝1,2,...,X}、单位时延所带来的惩罚开销为β、各类型业务链中相邻VNF和之间的链路时延为各类型业务链中相邻VNF和之间的数据率为业务链c_k中同一类型VNF的个数为

步骤6(2)：根据公式计算总时延惩罚开销S_delay。

作为优选，步骤7最终总开销的计算，其步骤为：

步骤7：根据公式S_total＝S_capex+S_opex+S_bandwidth+S_delay计算最终总开销S_total；

本发明的基于COST模型的NFV业务链网络评估方法，首先利用所给的NFV业务链网络确定已知量，然后分析其布置策略，提取组成各类型业务链的NFV节点并得到各种决策量再分别计算总布置开销、总运营开销、总带宽消耗开销以及总时延惩罚开销。最后将四种开销进行求和得到最终总开销并根据最终总开销来评估该布置策略下的NFV业务链网络。本发明提出的基于COST模型的NFV业务链网络评估方法把服务性能中的各项指标转换成不同类型的开销并进行累加，使得能在综合考虑多种指标的情况下对网络进行评估。同时，评估方法又考虑了网络成本，使其更符合实际。

附图说明

图1为本评估方法的总体流程框图。

图2为NFV节点网络及NFV业务链的示意图；

图3a为在图2网络的上的布置策略的示意图；

图3b为图3a布置策略中提取组成各类型业务链的节点的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于COST模型的NFV业务链网络评估方法，包括以下步骤：

步骤1：根据所给的NFV节点网络以及NFV业务链，如图2所示，确定已知量，具体有：网络中需要实现的所有业务链集合C＝{c_k|k＝1,2,...,K}、网络中需要布置的所有不同类型的VNF集合Q＝{q_x|x＝1,2,...,X}、所有NFV节点集合V＝{v_n|n＝1,2,...,N}、布置单个q_x所需的成本单个q_x占用单位数据率时的开销占用单位带宽时的开销α、单位时延所带来的惩罚开销β以及各节点间链路时延每个业务链可表示为同时用表示的第i次布置。

步骤2：分析布置策略，如图3a所示，提取组成各类型业务链的节点，如图3b所示，得到各种决策量如各类型业务链中相邻VNF和之间的路径跳跃数以及各类型业务链中相邻VNF和之间的链路时延同时根据决策者分配的数据率得到各类型业务链中相邻VNF和之间的数据率以及各类型q_x所占用的总数据率

步骤3：根据步骤1中的以及下面的公式，计算总布置开销S_capex。

其中，表示业务链c_k中同一类型VNF的个数。

步骤4：根据步骤1中的步骤2中的以及下面的公式，计算总运营开销S_opex。

步骤5：根据步骤1中α、步骤2中和以及下面的公式，计算总带宽消耗开销S_bandwidth。

步骤6：过高的时延会导致服务质量的降低，而低服务质量会减少网络的服务收入，这可以变相地认为网络成本的增加。因此，把时延看作一种惩罚开销。根据步骤1中β、步骤2中和以及下面的公式，计算总时延惩罚开销S_delay。

步骤7：根据步骤3、4、5、6中S_capex、S_opex、S_bandwidth、S_delay以及下面公式，计算最终总开销S_total。

S_total＝S_capex+S_opex+S_bandwidth+S_delay

步骤8：根据步骤7中S_total，并结合实际情况评估该布置策略下的NFV业务链网络。

本发明的基于COST模型的NFV业务链网络评估方法的优点在于：本评估方法使用一种通用的COST模型把不同量纲和数量级的服务性能指标转换成不同类型的开销，使得能在同时考虑多种服务性能指标的情况下去评估NFV业务链网络。同时，该评估方法把网络成本也纳入到评估指标中，使得评估方法更为综合、符合实际。

以上实施例仅为发明的示例性实施例，不用于限制发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。