本发明属于网络，涉及一种基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法。
背景技术：
1、网络切片作为一种革命性的架构解决方案，旨在将底层基础设施逻辑划分为定制且相互隔离的网络切片，以实现异构服务的提供、无数带宽消费者的服务以及无数垂直行业的托管。目前5g技术已经广泛使用，对于5g服务，存在一种超可靠低时延通信(ultra-reliable low-latency communication,urllc)网络切片。随着第六代(6g)中更多种类的不同应用的采用，未来6g网络可能将由5g时代的urllc网络切片扩展为极可靠低时延通信(erllc或eurllc)网络切片，在这两种切片中，可靠性和时延始终是最为重要的关注点。通过优化网络切片的部署方案，有望进一步提升网络切片的可靠性以及降低端到端时延。此外，对于网络切片提供商来说，网络切片的部署成本也是他们极为关注的。所以如何在部署网络切片的过程中，提升网络切片可靠性和降低端到端时延，并最大化降低网络切片部署成本成为极具挑战性的问题。现有研究通过考虑vnf冗余备份或迁移，设计相应的算法和策略，以提升网络切片可靠性；通过减少网络切片中vnf传输跳数以降低端到端时延。然而，目前工作较少全面考虑可靠性与端到端时延的综合优化问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，将网络切片部署到物理网络中，优化网络切片的可靠性以及端到端时延性能，实现网络切片部署成本最小化。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，包括以下步骤：
4、s1：构建物理网络拓扑模型、urllc端到端网络切片模型和网络切片预部署模型；
5、s2：通过网络切片实际可靠性计算模型计算vnf部署到物理节点后的实际可靠性；
6、s3：通过可靠性分配方法将网络切片的可靠性分解为每个vnf的期望可靠性；
7、s4：通过优先级vnf备份共享方法对网络切片中的vnf进行备份共享；
8、s5：建模网络切片端到端时延、网络切片资源消耗成本模型、网络切片部署及备份共享限制条件。
9、进一步，所述物理网络拓扑模型构建如下：令无向加权图gs＝(n,e)表示物理网络拓扑，其中n表示物理网络中物理节点的集合，有m,n∈n；e表示物理网络中物理链路的集合，有(m,n)∈e；令表示物理节点的cpu资源容量，令表示物理节点的存储资源容量，令rn表示物理节点的可靠性，令表示物理链路(m,n)的带宽资源容量。
10、进一步，存在如下假设：
11、每个网络切片中的vnf必须分别部署到不同的物理节点上；
12、每个物理节点的可靠性是已知常数；
13、vnf的可靠性取决于承载它的物理节点的可靠性与vnf本身的可靠性，vnf的故障是独立的，不受其他物理节点和vnf的影响；
14、每个网络切片中的链路带宽资源需求与vnf的cpu资源需求和存储资源需求是独立的随机变量并呈指数分布；
15、vnf备份实例的可靠性与主实例的可靠性一致；
16、网络切片请求是按照顺序依次到达网络的。
17、进一步，所述urllc端到端网络切片模型构建如下：
18、令s＝{si|i＝1,2,...,i}表示网络切片的集合，令表示网络切片si的期望可靠性，令表示网络切片的端到端时延要求；令无向加权图gv＝(v,l)表示urllc端到端网络切片，其中v表示网络切片中的vnf集合，有u,v∈v，l表示虚拟链路集合，有(u,v)∈l；令表示v∈v的cpu资源需求，令表示v∈v的存储资源需求，令tyv表示v∈v的vnf类别，令rv表示v∈v的自身可靠性；令表示虚拟链路(u,v)∈l的带宽资源需求。
19、进一步，将网络切片部署构建为虚拟网络嵌入，分为虚拟链路嵌入和虚拟节点嵌入，首先在物理网络中寻找满足网络切片虚拟链路资源需求的最短物理路径，然后对于确定的最短路径中的所有物理节点，按照物理节点可靠性排序，选择可靠性高的物理节点部署主vnf实例。
20、进一步，步骤s2所述网络切片实际可靠性计算模型具体包括：令pv表示vnfv∈v预部署后的实际可靠性，建模为：
21、
22、其中，表示承载vnfv∈v的物理节点的可靠性；
23、vnf有串联和并联两种基本的组合方式，一个复杂网络切片的可靠性建模为：
24、
25、其中表示网络切片的实际可靠性，表示网络切片si中所有串联连接的vnf可靠性，表示网络切片si中所有并联连接的vnf可靠性；
26、令表示vnfv∈v的备份实例集合，令表示vnfv∈v包含主实例和备份实例总集合，其中表示主实例，建模为：
27、
28、其中，vseries表示串联连接的vnf集合，建模为：
29、
30、其中，vparalled表示并联连接的vnf集合。
31、进一步，步骤s3所述可靠性分配方法如下：
32、令表示在切片期望可靠性要求下的vnfv∈v的期望可靠性，建模为：
33、
34、可靠性分配方法将网络切片的可靠性要求分配给每个vnf。
35、进一步，步骤s4所述优先级vnf备份共享方法包括：
36、建模物理节点的介数中心性bn：
37、
38、其中，σst表示从物理节点s到节点t的最短路径数量，σst(n)表示物理节点n位于节点s到节点t的最短路径上的数量；
39、根据建模的物理节点的介数中心性，将物理网络中的所有物理节点划分优先级，当备份vnf实例被创建，并需要部署时，根据物理节点优先级，选择优先级高的节点部署备份vnf实例。
40、进一步，所述网络切片端到端时延具体包括：
41、vnf在工作产生节点延迟，包括处理延迟和排队延迟，限制网络切片的业务流到达率小于vnf计算能力，建模为：
42、λ≤compv
43、其中λ表示网络切片的业务流到达率，compv表示vnf节点计算能力，令表示网络切片si的处理时延，建模为：
44、
45、其中dtv表示传输数据量，compv表示vnfv∈v的计算能力；
46、令表示网络切片si的传输时延，建模为：
47、
48、端到端时延建模为：
49、
50、进一步，所述网络切片资源消耗成本模型，具体包括：令二元变量表示vnfv∈v的主实例或备份实例是否映射到物理节点n∈n上，令二元变量表示虚拟链路是否映射到物理链路(m,n)∈e上，总节点资源消耗建模为：
51、
52、总链路带宽资源消耗建模为：
53、
54、其中，表示虚拟链路是否映射到物理链路(m,n)∈e上，表示虚拟链路的带宽资源需求；
55、故网络切片si的总资源消耗retotal建模为：
56、retotal＝μ1ccom+μ2bcom
57、其中，μ1和μ2分别是两种资源消耗的权重系数。
58、进一步，所述网络切片部署及备份共享限制条件，具体包括：令二元变量表示v∈v是否与u∈v共享备份实例，令二元变量s(u,v)表示u∈v和v∈v是否是同一类型的vnf；
59、(1)建模vnf备份实例共享限制条件：
60、
61、(2)建模共享备份实例资源限制条件：
62、
63、(3)建模共享数量限制条件：
64、
65、(4)建模vnf部署限制条件：
66、
67、(5)建模cpu资源限制条件：
68、
69、(6)建模存储资源限制条件：
70、
71、(7)建模带宽资源限制条件：
72、
73、(8)建模流量守恒限制条件：
74、
75、(9)建模端到端时延限制条件：
76、
77、(10)建模约束完整性限制条件：
78、
79、
80、本发明的有益效果在于：本发明能够有效提升网络切片中可靠性不足的vnf的可靠性，使其满足网络切片期望可靠性；能够有效降低网络切片端到端时延，使其满足端到端时延要求；在满足上述两个要求的同时，能够节省网络切片部署成本。
81、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
1.一种基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，其特征在于：所述物理网络拓扑模型构建如下：令无向加权图gs＝(n,e)表示物理网络拓扑，其中n表示物理网络中物理节点的集合，有m,n∈n；e表示物理网络中物理链路的集合，有(m,n)∈e；令表示物理节点的cpu资源容量，令表示物理节点的存储资源容量，令rn表示物理节点的可靠性，令表示物理链路(m,n)的带宽资源容量。
3.根据权利要求1所述的基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，其特征在于：存在如下假设：
4.根据权利要求3所述的基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，其特征在于：将网络切片部署构建为虚拟网络嵌入，分为虚拟链路嵌入和虚拟节点嵌入，首先在物理网络中寻找满足网络切片虚拟链路资源需求的最短物理路径，然后对于确定的最短路径中的所有物理节点，按照物理节点可靠性排序，选择可靠性高的物理节点部署主vnf实例。
5.根据权利要求3所述的基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，其特征在于：步骤s2所述网络切片实际可靠性计算模型具体包括：令pv表示vnf v∈v预部署后的实际可靠性，建模为：
6.根据权利要求3所述的基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，其特征在于：步骤s3所述可靠性分配方法如下：
7.根据权利要求3所述的基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，其特征在于：步骤s4所述优先级vnf备份共享方法包括：
8.根据权利要求3所述的基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，其特征在于：所述网络切片端到端时延具体包括：
9.根据权利要求3所述的基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，其特征在于：所述网络切片资源消耗成本模型，具体包括：令二元变量表示vnfv∈v的主实例或备份实例是否映射到物理节点n∈n上，令二元变量表示虚拟链路(u,v)∈l是否映射到物理链路(m,n)∈e上，总节点资源消耗建模为：
10.根据权利要求3所述的基于优先级vnf备份共享的网络切片部署方法，其特征在于：所述网络切片部署及备份共享限制条件，具体包括：令二元变量表示v∈v是否与u∈v共享备份实例，令二元变量s(u,v)表示u∈v和v∈v是否是同一类型的vnf；
