一种动态NFV应用资源优化调度方法

技术领域

本发明属于网络通信和计算领域，具体地说是提出了在网络功能虚拟化(NFV)系统中既能保证动态NFV应用的QoS，也能使NFV系统具有高性价比的资源优化调度方法。

背景技术

NFV技术已经成功地应用于电信运营商网络、数据中心、移动网络和企业网等场景中，然而保证这些基于NFV的服务或应用具有必要的服务质量(QoS)并使系统具有较高的性能价格比是NFV技术健康发展的关键所在。当某虚拟网络功能(VNF)软件放置在虚拟机或容器中形成提供特定网络功能的实体后，再将这些实体形成具有特定顺序的服务功能链，该服务功能链就能提供特定的NFV应用。NFV应用与基于专用硬件与软件构成的传统网络应用相比，它们具有相同的网络架构，运行相同的协议，提供类似的网络功能，不同之处在于前者是由运行在通用服务器集群之上的软件模块集合构成，而后者是由专用硬件与软件构成。显然，随着NFV应用规模增大、数量变多，相关软件将消耗大量的服务器资源。若服务器不能供给充足资源的话，就无法保证NFV应用的QoS，用户也无法得到稳定可靠的网络服务。因此，根据NFV应用的需求合理地调度分配服务器集群资源，既能保证NFV应用的QoS，也能降低服务器集群的成本，这是优化设计NFV系统的关键。所谓动态NFV应用是指某NFV应用的资源需求在应用运行过程是可变的，实现满足资源动态需求的NFV应用的系统在技术上更加困难。

目前国际上有关NFV体系结构的规范没有包括保证NFV应用的QoS的规范，并且国内外对于如何优化分配与调度NVF应用资源，如何管理运行NVF应用系统以维持必要的QoS，还缺乏切实可行的解决方案，这种现状严重制约了NFV技术的发展与应用。对于动态NFV应用而言，保证其服务质量更为重要。本发明的意义和重要性在于，提出了对动态NFV应用进行资源分配与调度的系统与方法，使得既能保证NFV应用QoS也能使系统具有较高性价比。

发明内容

[发明目的]：

针对目前NFV系统无法保证动态NFV应用服务质量并且使系统具有较高性价比的问题，本发明提出了一种对动态NFV应用进行资源优化调度的系统与方法，使得相关NFV应用具有良好的运行性能并使系统具有较高的性价比。

[技术方案]：

本发明的技术方案是：

1、一种支持动态NFV应用进行资源分配与调度的系统，其特征在于它包括：

A.该系统遵从如图1所示的NFV体系结构，自下而上是包括服务器硬件和虚拟化资源的网络功能虚拟化基础设施层、包括虚拟机或容器的虚拟网络功能层以及包括各种NFV应用的运营支撑系统层；在这些层次右侧是NFV管理与编排功能，本专利提出的方法就包括在NFV管理与编排部分的范畴。

B.为了满足多个动态NFV应用A

C.该系统具有资源分配机制，当A

2、一种实时监测动态NFV应用的资源的机制，其特征在于它包括：

A.能够定期获取集群服务器以及各个动态NFV应用A

B.系统为每台服务器设置了两种阈值：中位阈值和高位阈值，其中的中位阈值θ

3、一种具有较小开销的迁移NFV应用的机制，其特征在于它包括：

A.当包括大型NFV应用A

B.对A

C.算法2描述了当A

D.运行监测程序查找负载超过了高位阈值的服务器，检测哪些A

[有益效果]：本发明的意义在于提出一种用于NFV系统中为动态NFV应用分配调度资源的优化方法，该方法既能保证NFV应用的服务质量，也能使系统具有较高性价比。

[附图说明]：

图1 NFV体系结构

图2原型系统的组成

图3动态资源调度的服务器资源使用情况

[具体实施方式]：

以下结合附图和具体实例具体介绍本发明的应用。

1、构建原型系统

原型系统的物理构成如图2所示。其中，原型系统共使用了3台服务器(使用的次序为Server1、Server2、Server3)，服务器的型号为Lenovo ThinkServer RD550，其CPU为Intel Xeon E5-2620 v3@2.40GHz(24cores)，内存为32G，存储器共4T。服务器上运行的操作系统版本Ubuntu Server 18.04，具有网络功能的VNF运行在使用容器LXD 2.0中并形成NFV，通过链接而形成NFV应用。在服务器上，使用Golang编程语言基于动态NFV应用的资源调度方法设计实现了资源调度编排器。

2、动态资源调度试验

设小型NFV应用共有8个，资源耗费从50U到150U分布。这些应用的到达率满足λ＝8的泊松分布，而运行持续时间(秒)满足λ＝8100的泊松分布，每次试验的持续时间为10800秒。当Server1的资源被分配的小型NFV应用使用达到高位阈值后，就向Server2分配新到达的应用了。假定被接受的所有NFV应用都有20％概率使其资源消耗量向上浮动10％，以表示实际的NFV应用使用的资源量具有一定的波动性。

图3显示了动态资源调度的服务器资源使用情况。图3(a)、(b)分别显示了Server1、Server2运行应用的数量，图3(c)、(d)显示了Server1、Server2的资源使用量。在时刻5902秒时，Server1的CPU利用率超过了高位阈值。这立即触发系统将超标的或合适的NFV应用(小型NFV应用1)迁移至Server2。图3也显示了该迁移事件导致Server1、Server2上的NFV应用数量和CPU利用率发生了变化。在稍后的6012秒时刻，Server1的NFV应用数量减少了1个而Server2增加了1；与此同时，两台服务器的资源也出现了此消彼长的现象。该试验过程重复10次试验，用每次试验得到的CPU利用率和内存使用的平均值作为资源消耗的结果。

图3之所以出现上述结果，是因为本资源调度系统中设置了对系统资源和所有NFV应用资源的监测功能，一旦该服务器已超过其高位阈值，监测功能将立即分析是哪个应用的资源消耗超过其初始的申报值，调度程序将将该小型NFV应用优先迁移到其他轻载的服务器上，直至使该服务器资源消耗低于其高位阈值。事实上，大型NFV应用的分块即使上浮20％，我们可以通过迁移合适的小型NFV应用，来保证服务器资源耗费不会超过高值阈值。因此，根据应用迁移定理只要保证大型NFV应用的分块不被迁移，只须迁移那些资源超标的小型NFV应用，既能可保证所有应用的QoS，又使迁移成本较小。

综上，本发明提出了对动态NFV应用进行资源优化调度的系统与方法，使得相关NFV应用具有良好的运行性能，并使系统具有较高的性价比。