本发明属于网络功能虚拟化，具体涉及一种基于智慧内生设计模式的服务功能链部署方法。
背景技术：
1、在现有网络基础设施的革新过程中，6g智慧内生技术的融入不仅增强了网络功能虚拟化(nfv)的潜力，也催化了网络服务向智能化方向的发展。具体而言，6g的先进技术赋予了网络系统高度智能和自适应能力，这直接促进了虚拟网络功能(vnfs)的性能提升和效率优化。得益于智慧内生技术，服务功能链(sfc)的部署变得更为智能和灵活，它能够实时监测网络状况和用户的需求，自动调整vnfs的配置以实现资源的最优化分配和用户体验的最大化。
2、nfv是现代通信网络架构中的一项关键技术，其核心思想是将网络功能从专用硬件中解耦出来，将多种网络服务转变为可以在通用硬件平台上运行的软件实例，即vnfs。这些服务通常以sfc的形式提供给用户，要求在部署时兼顾效率和成本。因此，结合6g智慧内生技术和nfv，研究人员面临着优化sfc部署策略的挑战，旨在实现有限物理资源条件下的最优化配置，提升服务提供商的收益。
3、通过对现有sfc部署相关工作的调研和分析，可以将sfc的部署问题大致分为以下三个方面：
4、(1)在sfc部署过程中，许多研究仅考虑对单独流进行资源分配，而未考虑到对多个流进行联合资源分配可以进一步节省资源；
5、(2)在sfc部署过程中，许多现有的节能型vnf部署研究通过选择性放置vnf来降低能耗，却忽视了服务器闲置所导致的能源浪费问题；
6、(3)在sfc部署过程中，许多研究未考虑到部署均衡，从而造成资源分配不均，导致部署阻塞率的提高。
技术实现思路
1、为了克服上述问题，本发明提供本发明属于网络功能虚拟化技术领域，具体涉及一种基于智慧内生设计模式的服务功能链部署方法；首先给出了on节点平均资源占用率和能源消耗率的计算公式，在计算平均链路带宽资源占用率时引用了耦合带宽公式，对多个流进行联合资源分配从而节省带宽资源；考虑到部署均衡，建立了以最小化平均资源占用率(仅针对部署vnf的节点和链路)及能源消耗率的优化问题；结合智慧内生技术，实时观测网络情况，并提出dercs算法对优化问题进行求解，算法求解中考虑将更多的服务器闲置(即未承载任何的vnf)并关闭它们，以此达到更好的节能效果；本方法可以有效地节省网络资源和能耗，以更小的消耗达到相同的sfc承载量；本方法还降低了平均资源利用率，从而改善了部署阻塞的情况。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
3、一种基于智慧内生设计模式的服务功能链部署方法，包括以下步骤：
4、s1、对物理网络进行抽象，获取待部署的sfc，根据业务请求建立系统模型，具体为：
5、将物理网络拓扑抽象为一个有向图g＝(n,e)，其中n表示包括交换机和服务器在内的所有物理节点的集合，每个服务器能够承载多个vnf，交换机具有转发功能，e表示物理拓扑中所有物理节点间相连接的链路的集合；每个物理节点i∈n上均具有cpu资源，其cpu资源容量为当前剩余cpu资源为每条物理链路(i,j)∈e上均具有带宽资源，其带宽资源容量为当前剩余带宽资源为
6、所述待部署的sfc表示为：
7、sfc划分为两层模型，第一层：sfc表示为有向图gf＝(nf,ef)，其中nf表示sfc中的vnf节点集合，ef表示连接所有vnf节点的虚拟链路集合；vnf节点m∈nf所需的cpu资源大小表示为虚拟链路(m,n)∈ef所需的带宽资源大小表示为
8、第二层：每个服务功能链sfc都携带一个数据包流，每个sfc实例层对应一个数据包流，数据包在各时隙到达且每个时隙到达的数据包服从独立同分布；该数据包流表示为s＝{as(t),dmax,ε}，其中as(t)表示数据包流s在时隙t到达vnf节点的数据包数量，dmax和ε是描述数据包流时延要求的参量，在数据包流s中，时延ds(t)需要满足p{ds(t)≥dmax}≤ε，同质业务具有相同的qos要求；
9、s2、建立以节点和链路带宽总平均资源占用率与能量消耗率的乘积最小化为目标的目标函数并给出相应的约束条件，目标函数如下：
10、
11、其中：二进制变量表示时隙t时物理节点i的状态，若则表示时隙t时物理节点i处于on状态，若则表示时隙t时物理节点i处于off状态；二进制变量表示vnf节点m是否被部署到物理节点i上，若则为被部署，若则为未被部署；为在物理链路(i,j)上的第k个流即第k条虚拟链路的有效耦合带宽增量；表示虚拟链路(m,n)是否被部署到物理链路(i,j)上，等于1时为被部署，等于0时为未部署；wi表示on状态下物理节点空载时的能耗，wm表示on状态下物理节点满载时的能耗即最大能耗，wf表示off状态下的物理节点能耗；表示时隙t时节点i的资源占用率；|n|表示物理节点的数量；
12、相应的约束条件如下：
13、vnf部署约束，确保一个虚拟节点只能部署到一个物理节点上：
14、
15、vnf部署约束，确保同一条sfc请求中最多只能有一个vnf被部署到相同的物理节点上：
16、
17、物理节点数量约束，确保处于on状态的物理节点数不超过物理网络中的总节点数：
18、
19、流量一致性约束，除sfc请求部署后的起始节点和终止节点，在其他节点上必须确保流入流量和流出流量相等：
20、
21、节点资源约束，确保当前部署的虚拟节点所需的cpu资源不超过将要部署到的物理节点的剩余cpu资源容量：
22、
23、链路资源约束，确保当前物理链路上的带宽资源占用不超过该条链路的最大带宽容量：
24、
25、ecbi有效范围约束：
26、
27、s3、由结合智慧内生的双目标节能与资源节约算法dercs在s25的约束条件下，求解s2中的目标函数，得到最佳部署方案；具体过程如下：
28、初始化所有物理节点均处于off状态；
29、s301、遍历各时隙，判断当前时隙是否有sfc请求到达或离去；若当前时隙内有sfc请求到达，执行步骤s302；若当前时隙内有sfc请求离去，执行步骤s311；否则重复执行步骤s301；
30、s302、检测当前的物理网络状态，将处于on状态的物理节点加入到on集合中；将处于off状态的物理节点加入到off集合中；并根据当前物理网络的资源情况建立一个副本物理网络，以下步骤中若无明确说明均为在副本物理网络中进行；遍历sfc请求中的每个vnf，为vnf寻找候选节点，执行步骤s303；
31、s303、判断on集合是否为空，若集合为空，则执行步骤s306；若集合不为空，判断集合中满足vnf节点资源的节点数量是否超过设定的候选节点阈值数量，若超过，则执行步骤s304；否则，执行步骤s305；
32、s304、遍历on集合中的物理节点，将满足当前vnf节点资源且与前一个vnf的部署节点直接相连的物理节点加入到候选节点中；判断候选节点数量是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则执行步骤s307；否则遍历on集合中的物理节点，将满足当前vnf节点资源且不与前一个vnf的部署节点直接相连的物理节点加入到候选节点中；若达到设定阈值，则执行步骤s307；若仍未达到设定阈值，则执行步骤s306；
33、s305、遍历on集合中的物理节点，将满足vnf节点资源的物理节点加入到候选节点中，并判断候选节点数量是否达到阈值；若达到设定阈值，则执行步骤s307；否则执行步骤s306；
34、s306、遍历off集合中的物理节点，将满足当前vnf节点资源且与前一个vnf的部署节点直接相连的物理节点加入到候选节点中，判断候选节点是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则执行步骤s307；否则遍历off集合中的物理节点，将满足当前vnf节点资源且不与前一个vnf的部署节点直接相连的物理节点加入到候选节点中，判断候选节点是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则执行步骤s307；若遍历完off集合后的候选节点数量仍未达到设定阈值，仍执行步骤s307；若遍历完off集合后的候选节点为空，则返回sfc部署失败，清空部署方案，退出该条sfc的部署；
35、s307、遍历各候选节点，并计算若将当前候选节点作为部署节点时，步骤s2中的目标函数值，将由各候选节点作为部署节点计算出的目标函数值从小到大排序，执行步骤s308；
36、s308、按目标函数值由小到大的顺序依次选取对应的候选节点，判断当前候选节点的剩余资源值是否满足该vnf的资源需求，直至第一次出现满足vnf资源需求的候选节点，选定该候选节点为vnf的候选节点；然后根据当前候选节点和前一个部署节点，使用dijkstra算法找到待部署的物理链路；若当前vnf为该条sfc请求的最后一个vnf，则还需要使用dijkstra算法找到当前候选节点与sfc中指向物理网络的目的节点之间的部署链路，执行步骤s309；
37、s309、判断当前候选节点是否在on集合中，若不在，将该节点从off集合中删除并添加到on集合中；更新副本的物理网络资源并将该候选节点及待部署的物理链路作为部署结果加入到部署方案中，执行步骤s310；若所有候选节点均未满足要求，则返回sfc部署失败，清空部署方案，退出该条sfc的部署；
38、s310、输出部署方案文件，根据部署方案，更新当前非副本的物理网络资源，包括节点资源和链路上的带宽资源，更新处于on和off状态服务器的相关资源，执行步骤s301；
39、s311、读取该条sfc请求的部署文件，按照部署结果，释放所占用的物理节点和链路资源，更新处于on和off状态服务器的相关资源，执行步骤s301。
40、所述s302根据当前物理网络的资源情况建立一个副本物理网络过程如下：
41、根据当前时刻物理网络中的所有信息，复制出一个具有相同信息的副本物理网络，方便在部署sfc时及时更新资源信息。
42、所述s309中更新副本的物理网络资源内容如下：
43、根据部署情况，对于部署了虚拟节点的物理节点来说，减去所部署的虚拟节点所消耗的节点资源；对于部署了虚拟链路的物理链路来说，减去所部署的虚拟链路所消耗的链路带宽资源。
44、所述步骤s309未满足要求的候选节点是指选定该候选节点为部署节点时，所找到的候选链路上的剩余资源无法满足待部署的虚拟链路上的资源，这样的候选节点为不能满足要求的候选节点。
45、所述步骤s310中当前非副本的物理网络资源更新指的是根据所得到的部署方案，将部署了sfc中虚拟节点的物理节点减去该虚拟节点所消耗的节点资源，将部署了sfc中虚拟链路的物理链路减去该虚拟链路所消耗的链路资源。
46、所述步骤s310中更新on和off状态服务器的相关资源指的是：
47、首先根据部署结果将on状态中虚拟节点所消耗的资源从物理节点中减去，若存在虚拟节点相应的部署节点位于off状态中，则将off状态中的该节点从off状态服务器中删除，并将其添加到on状态服务器中，同时减去相应所消耗的资源。
48、所述步骤s311中更新on和off状态服务器的相关资源指的是：
49、首先根据部署结果将on状态中虚拟节点所占用的资源加回到物理节点中，然后在释放完所占用的物理节点资源后，若当前on状态服务器中存在节点剩余物理资源等于节点资源容量，即该物理节点并未承载任何的vnf，则将on状态中的该节点从on状态服务器中删除，并将其添加到off状态服务器中。
50、本发明的有益效果在于：
51、对物理网络进行抽象，获取待部署的sfc请求。引用耦合带宽公式，建立了sfc部署模型，该模型以最小化网络平均资源利用率(仅针对部署vnf的节点和链路)和能量消耗率为目标，结合智慧内生技术，实时感知和分析网络环境的变化，并提出dercs算法对优化问题进行求解，按照所得解进行部署能共同解决资源和能量节约的问题。在引用耦合带宽计算公式时，将每个请求的绝对带宽转化为相对带宽消耗，因此在考虑减少能耗使用的情况下有效的降低了业务的带宽消耗。算法求解过程中同时考虑了平均资源利用率的问题，从而改善了某些节点或链路上的资源使用过多导致部署阻塞的情况。
1.一种基于智慧内生设计模式的服务功能链部署方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于智慧内生设计模式的服务功能链部署方法，其特征在于，所述s302根据当前物理网络的资源情况建立一个副本物理网络过程如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于智慧内生设计模式的服务功能链部署方法，其特征在于，所述s309中更新副本的物理网络资源内容如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于智慧内生设计模式的服务功能链部署方法，其特征在于，所述步骤s309未满足要求的候选节点是指选定该候选节点为部署节点时，所找到的候选链路上的剩余资源无法满足待部署的虚拟链路上的资源，这样的候选节点为不能满足要求的候选节点。
5.根据权利要求1所述的一种基于智慧内生设计模式的服务功能链部署方法，其特征在于，所述步骤s310中当前非副本的物理网络资源更新指的是根据所得到的部署方案，将部署了sfc中虚拟节点的物理节点减去该虚拟节点所消耗的节点资源，将部署了sfc中虚拟链路的物理链路减去该虚拟链路所消耗的链路资源。
6.根据权利要求1所述的一种基于智慧内生设计模式的服务功能链部署方法，其特征在于，所述步骤s310中更新on和off状态服务器的相关资源指的是：
7.根据权利要求1所述的一种基于智慧内生设计模式的服务功能链部署方法，其特征在于，所述步骤s311中更新on和off状态服务器的相关资源指的是：
