一种基于物理网络节点资源适配的网络组件动态部署方法与流程

1.本发明涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种基于物理网络节点资源适配的网络组件动态部署方法。


背景技术：

2.近年来，由于移动设备的爆炸式增长以及诸如物联网(iot)和大数据网络之类的新网络技术的出现，用户对新的多样化、高质量和敏捷服务的需求呈指数级增长。在电信行业中，当前的基础网络是静态的，没有任何自动配置功能，在这种严格的网络环境中，服务供应是通过为每个网络服务功能部署专用且昂贵的专用网络硬件的有序链接来实现。硬件设施一旦部署即很难改动，当网络环境发生变化需要实现新的网络服务功能时，往往需要通过添加新的硬件设施来实现。这种解决方案硬件成本高昂，同时无法应付复杂多变的网络环境。
3.网络功能虚拟化(network function virtualization,nfv)通过将网络服务功能抽象成逻辑上的网络组件，动过在大容量服务器或交换机上动态部署网络组件的实例实现硬件资源复用，以解决上述挑战。网络功能虚拟化将网络功能与硬件资源相分离，其好处是网络组件的实例可以从一台服务器动态迁移到另一台服务器；如果需要在其他位置重复使用相同功能的网络组件，仅需在新的位置部署一个该网络组件的实例即可，无需重新购买专用设备。网络功能虚拟化的出现为网络优化和降低成本提供了便利。
4.基于资源适配的网络组件动态部署过程，是指当一个网络业务请求发起时，在物理网络中寻找有满足资源量需求的节点，临时部署为该网络业务请服务的网络组件实例提供相应网络服务的过程。因此，资源适配方案至关重要，不同部署方案不仅会影响底层硬件资源的使用情况，也会影响整个物理网络的网络性能。
5.现有的研究主要基于物理网络资源利用率、网络组件实例部署数目、网络资源使用成本和带宽占用等实现网络组件部署，但并没有综合考虑物理网络的链路资源和物理网络节点的服务器资源，因此难以有效地利用硬件资源。本发明针对现有技术将物理网络节点服务器资源适配和物理网络链路资源适配分开处理从而难以有效地利用硬件资源的问题，提出一种综合考虑物理网络节点服务器资源和物理网络链路资源的适配方案，以提高网络资源利用率，并降低网络服务的成本。本发明针对资源容量受限的场景，以优化物理网络硬件资源总开销为最终目标，提出了一种基于物理网络节点资源适配的网络组件动态部署方法。


技术实现要素：

6.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于物理网络节点资源适配的网络组件动态部署方法，用于现有技术将物理网络节点服务器资源适配和物理网络链路资源适配分开处理从而难以有效地利用硬件资源的问题。
7.技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
8.一种基于物理网络节点资源适配的网络组件动态部署方法,包括以下步骤：
9.步骤1、复用已部署组件实例：如果存在与待部署网络组件类型相同的已部署组件实例，则依据已部署组件实例所在物理网络节点到发出网络业务请求的源节点的相对位置、以及该物理网络节点未使用的资源量计算复用值，选择复用值最小的物理网络节点复用已部署网络组件实例；具体包括以下步骤：
10.步骤1.1、检测当前网络业务请求，根据网络组件调用策略得到与当前网络业务请求相适配的网络组件类型，生成需部署的组件实例，得到该组件实例所需的资源量。
11.步骤1.2、设置k初始值。
12.步骤1.3、提取从发出当前网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的前k条最短路径上所有的节点。
13.步骤1.4、检测各节点是否已部署该网络组件类型的组件实例。若没有则跳转到步骤1.8。
14.步骤1.5、若检测到存在与该网络组件类型相同的已部署组件实例，则计算已部署组件实例所在的物理网络节点未使用的资源量与已部署的该网络组件类型的组件实例所占用的资源量之和。
15.步骤1.6、检测步骤1.5计算的资源量之和是否大于待部署的同类型组件实例所需的资源量，若大于表示该节点满足复用条件，若小于则表示该节点不满足复用条件。
16.步骤1.7、对于满足复用条件的物理网络节点，计算该物理网络节点的复用值wv
reuse
(ni)，选择该值最小的物理网络节点作为部署节点，按照已部署组件实例所需资源量和待部署组件实例所需资源量两者之间的最大值重新分配节点资源，实现网络组件实例的复用。
17.步骤1.8、若不存在满足复用条件的物理网络节点，检测k是否小于从发出当前网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的路径总数。若没有则跳转至步骤2.1。
18.步骤1.9、若小于则令k＝k+1，跳转至步骤1.3。
19.步骤2、部署新组件实例：如果已部署的网络组件实例中不存在与待部署网络组件同类型的实例，则依据各物理网络节点到发出业务请求的源节点的相对位置、以及该物理网络节点的k介数中心度计算部署值，选择部署值最大且该物理网络节点未使用的资源量满足待部署网络组件资源适配需求的节点部署该类型网络组件的新组件实例。具体包括以下步骤：
20.步骤2.1、设置k初始值。
21.步骤2.2、遍历从发出当前网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的前k条最短路径上所有的物理网络节点，计算节点的剩余资源量，
22.步骤2.3、检查是否满足待部署网络组件实例所需的资源量。
23.步骤2.4、若满足，将该节点放入待选节点集合内。对待选节点集合内的节点计算部署值wv
deploy
(ni)，按部署值由高到低进行排序。
24.步骤2.5、选取部署值最大的物理网络节点部署该网络组件实例，同时从该节点的剩余资源量中扣除分配给该网络组件实例的资源量。
25.步骤2.6、若没有节点剩余资源量满足待部署网络组件实例所需的资源量，则检测
k是否小于从发出当前网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的路径总数。
26.步骤2.7、若小于则令k＝k+1，跳转至步骤2.2重复执行。
27.步骤2.8、若不小于则表明没有节点剩余资源量满足待部署网络组件实例所需的资源量，则阻塞当前业务请求。
28.进一步，在本方明中，所述的资源量包括cpu、内存和存储资源容量，以及带宽资源容量。
29.进一步，在本方明中，步骤1.4中，复用值wv
reuse
(ni)计算方法如下：
30.wv
reuse
(ni)＝θ1·
position(ni)+θ2·
resource(ni)
31.其中wv
reuse
(ni)表示物理网络节点ni的复用值，θ1、θ2分别为权重系数，在应用中取经验值，θ1≥0，θ2≥0且θ1+θ2＝1。wv
reuse
(ni)的值用于表示已部署在物理网络节点ni的网络组件实例适合复用的程度，值越小表明越适合复用该节点上已部署的网络组件实例。
32.position(ni)为所在物理网络节点到发出网络业务请求的源节点的相对位置，其计算方法如下：
[0033][0034]
其中ni表示物理网络中编号为i的节点，s表示发出网络业务请求的源节点，d表示接收网络业务请求的目的节点，表示物理网络节点ni到发出网络业务请求的源节点之间s最短路径的跳数，表示从发出网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的途径物理网络节点ni的最短路径对应的跳数。所在物理网络节点到发出网络业务请求的源节点的相对位置position(ni)的值用于表示物理网络节点ni在该网络业务请求的源节点和目的节点间靠近源节点的程度，值越小表明越靠近源节点。
[0035]
resource(ni)为物理网络节点资源利用值，其计算方法如下：
[0036][0037]
其中c表示cpu，m表示内存，s表示存储，wc(ni)、wm(ni)和ws(ni)分别为物理网络节点ni上的cpu、内存和存储使用的资源量，wc(ni)、wm(ni)和ws(ni)分别为物理网络节点ni上的cpu、内存和存储资源总量。resource(ni)的值表示物理网络节点ni的资源利用情况，值越小说明该节点资源利用率越高。
[0038]
进一步，在本方明中，步骤2.2中，部署值wv
deploy
(ni)计算方法如下：
[0039][0040]
其中wv
deploy
(ni)表示物理网络节点ni的部署值，分别为权重系数，在应用中取经验值，且wv
deploy
(ni)的值用于表示已部署在物理网络节点ni的网络组件实例适合部署的程度，值越大表明越适合在该节点部署该类型网络组件的新组件实例。
[0041]
bck(ni)为物理网络节点ni的k介数中心度，其计算方法如下：
[0042][0043]
其中k表示物理网络中任意两节点间的前k条最短路径。bck(ni)表示物理网络节点ni的k介数中心度，表示从发出网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的前k条最短路径的跳数总和。bck(ni)的值反应了物理网络节点ni在整个物理网络中的重要程度，值越大表明此节点在网络中越重要。
[0044]
有益效果：
[0045]
本发明提供的一种基于物理网络节点资源适配的网络组件动态部署方法，将物理网络节点资源量看成是服务器资源和链路资源的集合：服务器资源包括节点服务器上的cpu数量、内存容量和存储空间；链路资源包括带宽容量。其资源适配过程包括复用和添加两个步骤：首先检测在发出当前网络业务请求的源节点到接收网络业务请求的目的节点的前k条最短路径上所有的节点，检测是否有节点已部署与待部署网络组件实例相同类型的网络组件实例，如有则计算各节点的复用值选取合适物理网络节点复用该网络组件实例；如果没有节点部署与待部署网络组件相同类型的网络组件实例，则计算各节点的部署值选取合适物理网络节点部署该网络组件实例。本发明综合考虑物理网络节点服务器资源适配和物理网络链路资源情况，有效提高网络资源利用率，并降低网络服务的成本。
附图说明
[0046]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]
图1为本发明的基于物理网络节点资源适配的网络组件动态部署流程图。
[0048]
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
[0049]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
图1所示为本发明的基于物理网络节点资源适配的网络组件动态部署流程图，在网络功能虚拟化场景下为逻辑上的网络组件通过资源适配方式在物理网络中找到合适的节点进行部署，该方法将物理网络节点资源量看成是服务器资源和链路资源的集合，该方法包括以下步骤：
[0051]
100、复用已部署组件实例：如果存在与待部署网络组件类型相同的已部署组件实例，则依据l部署组件实例所在物理网络节点到发出网络业务请求的源节点的相对位置、以及该物理网络节点未使用的资源量计算复用值，选择复用值最小的物理网络节点复用已部
署网络组件实例；具体包括以下步骤：
[0052]
101、检测当前网络业务请求，根据网络组件调用策略得到与当前网络业务请求相适配的网络组件类型，生成需部署的组件实例，得到该组件实例所需的资源量。
[0053]
102、设置k初始值，令k＝2。
[0054]
103、提取从发出当前网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的前k条最短路径上所有的节点。
[0055]
104、检测各节点是否已部署该网络组件类型的组件实例。若没有则跳转到步骤108。
[0056]
105、若检测到存在与该网络组件类型相同的已部署组件实例，则计算已部署组件实例所在的物理网络节点未使用的资源量与已部署的该网络组件类型的组件实例所占用的资源量之和。
[0057]
106、检测步骤105计算的资源量之和是否大于待部署的同类型组件实例所需的资源量，若大于表示该节点满足复用条件，若小于则表示该节点不满足复用条件。
[0058]
107、对于满足复用条件的物理网络节点，计算该物理网络节点的复用值wv
reuse
(ni)，选择该值最小的物理网络节点作为部署节点，按照已部署组件实例所需资源量和待部署组件实例所需资源量两者之间的最大值重新分配节点资源，实现网络组件实例的复用。
[0059]
108、若不存在满足复用条件的物理网络节点，检测k是否小于从发出当前网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的路径总数。若没有则跳转至步骤201。
[0060]
109、若小于则令k＝k+1，跳转至步骤103。
[0061]
200、部署新组件实例：如果已部署的网络组件实例中不存在与待部署网络组件同类型的实例，则依据各物理网络节点到发出业务请求的源节点的相对位置、以及该物理网络节点的k介数中心度计算部署值，选择部署值最大且该物理网络节点未使用的资源量满足待部署网络组件资源适配需求的节点部署该类型网络组件的新组件实例。具体包括以下步骤：
[0062]
201、设置k初始值，令k＝2；
[0063]
202、遍历从发出当前网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的前k条最短路径上所有的物理网络节点，计算节点的剩余资源量，
[0064]
203、检查是否满足待部署网络组件实例所需的资源量。
[0065]
204、若满足，将该节点放入待选节点集合内。对待选节点集合内的节点计算部署值wv
deploy
(ni)，按部署值由高到低进行排序。
[0066]
205、选取部署值最大的物理网络节点部署该网络组件实例，同时从该节点的剩余资源量中扣除分配给该网络组件实例的资源量。
[0067]
206、若没有节点剩余资源量满足待部署网络组件实例所需的资源量，则检测k是否小于从发出当前网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的路径总数。
[0068]
207、若小于则令k＝k+1，跳转至步骤202重复执行。
[0069]
208、若不小于则表明没有节点剩余资源量满足待部署网络组件实例所需的资源量，则阻塞当前业务请求。
[0070]
上述流程中，所述的物理网络节点资源量是指cpu、内存和存储资源容量，以及带
宽资源容量。
[0071]
上述流程中，步骤107中的复用值wv
reuse
(ni)计算方法如下：
[0072]
wv
reuse
(ni)＝θ1·
position(ni)+θ2·
resource(ni)
[0073]
其中wv
reuse
(ni)表示物理网络节点ni的复用值，θ1、θ2分别为权重系数，在应用中取经验值，θ1≥0，θ2≥0且θ1+θ2＝1。wv
reuse
(ni)的值用于表示已部署在物理网络节点ni的网络组件实例适合复用的程度，值越小表明越适合复用该节点上已部署的网络组件实例。
[0074]
position(ni)为所在物理网络节点到发出网络业务请求的源节点的相对位置，其计算方法如下：
[0075][0076]
其中ni表示物理网络中编号为i的节点，s表示发出网络业务请求的源节点，d表示接收网络业务请求的目的节点，表示物理网络节点ni到发出网络业务请求的源节点之间s最短路径的跳数，表示从发出网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的途径物理网络节点ni的最短路径对应的跳数。所在物理网络节点到发出网络业务请求的源节点的相对位置position(ni)的值用于表示物理网络节点ni在该网络业务请求的源节点和目的节点间靠近源节点的程度，值越小表明越靠近源节点。
[0077]
resource(ni)为物理网络节点资源利用值，其计算方法如下：
[0078][0079]
其中c表示cpu，m表示内存，s表示存储，wc(ni)、wm(ni)和ws(ni)分别为物理网络节点ni上的cpu、内存和存储使用的资源量，wc(ni)、wm(ni)和ws(ni)分别为物理网络节点ni上的cpu、内存和存储资源总量。resource(ni)的值表示物理网络节点ni的资源利用情况，值越小说明该节点资源利用率越高。
[0080]
上述流程中，步骤204中的部署值wv
deploy
(ni)计算方法如下：
[0081][0082]
其中wv
deploy
(ni)表示物理网络节点ni的部署值，分别为权重系数，在应用中取经验值，且wv
deploy
(ni)的值用于表示已部署在物理网络节点ni的网络组件实例适合部署的程度，值越大表明越适合在该节点部署该类型网络组件的新组件实例。
[0083]
bck(ni)为物理网络节点ni的k介数中心度，其计算方法如下：
[0084][0085]
其中k表示物理网络中任意两节点间的前k条最短路径。bck(ni)表示物理网络节点ni的k介数中心度，表示从发出网络业务请求的源节点s到接收网络业务请求的目的节点d的前k条最短路径的跳数总和。bck(ni)的值反应了物理网络节点ni在整个物理网络
中的重要程度，值越大表明此节点在网络中越重要。
[0086]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。