申请/专利权人：西安理工大学

申请日：2021-07-06

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN113573320B

主分类号：H04W16/18

分类号：H04W16/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2021.11.16#实质审查的生效;2021.10.29#公开

摘要：本发明公开了提供一种边缘网络中基于改进的演员‑评论家的SFC部署方法，首先系统初始化，包括对移动边缘网络的选择、服务请求特征的定义和对服务功能链的定义；建立无线信道的约束，保证总体的端到端的服务；推断服务器和链路上的约束条件，使得服务功能链能在服务器和链路允许的范围内得到最好的部署方案；然后对问题进行分析得到所需解决的问题公式；构建马尔使用基于自然梯度的Actor‑Critic方法，消除数据的相关性。本发明使用基于自然梯度的Actor‑Critic框架最小化服务延迟。并结合经验回放和固定目标网络的技术提高DNN训练的稳定性，使得本发明能够在时变性较强的真实网络中更好的完成服务功能链的部署任务。

主权项：1.一种边缘网络中基于改进的演员-评论家的SFC部署方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、系统初始化，包括对移动边缘网络的选择、服务请求特征的定义和对服务功能链的定义；所述步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1、移动边缘网络由若干个相互连接的基站组成，每个基站均配有一个服务器，用表示边缘网络中基站的集合，其中n表示该移动边缘网络中第n个基站，N表示基站的总数量；用表示边缘网络中服务器的集合，其中j表示该网络中的第j个服务器，J表示服务器的总数量，N＝J，每台服务器都有各种不同的虚拟网络功能，用表示已经部署到边缘网络中的所有VNF实例集合，其中F表示已经部署的VNF实例的总数；步骤1.2、假设每个服务都支持具有特定特征的特定类型，并且在此边缘网络中存在多种不同类型的服务，用Υ＝{Υ1,Υ2,…,ΥM}表示所有服务类型的集合，其中ΥM代表第M种服务类型，M为该边缘网络中服务类型总数，假设每个服务请求与唯一的服务类型相关联，也就是说，在此边缘网络中服务请求总数和服务类型总数相同，网络中存在三个不同的请求，每个请求连接到一个特定的服务功能链SFC，每个不同的请求分别包括5个、6个和4个服务功能，用Th表示第h个服务请求的特征，即：其中m的取值范围为：1≤m≤M，表示与第h个服务请求相连的第m个SFC，表示第m个SFC中的第l个功能flm所需的第i种资源的数量，Rm,th表示第m个SFC对数据速率的要求，表示网络中的第j个服务器对第m个SFC中的第l个功能flm的处理延迟；步骤1.3、SFC的描述由一组顺序的端到端的服务流表示，即第m个SFC表示为：其中，代表第m个SFC上的第1个服务功能，表示第m个SFC上的最后一个服务功能，e表示第m个SFC中服务功能的总数，flm表示第m个SFC上的第l个服务功能，l的取值范围从1到e，具体来讲，就是该服务功能链要求来自的包顺序遍历中的所有函数，并且在处截止；步骤2、建立无线信道的约束，保证总体的端到端的服务；所述步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1、设第m个SFC上的最后一个服务功能被定义为信号处理组件是合理的，也就是说，“最后一跳”必须是无线的，假设所有基站被分配到同一频谱，并且附属在同一基站的用户独立正交子信道，假设第m个SFC连接的是第s个服务请求，且该请求是第v个用户提出的，那么，在时隙t中，第v个用户和边缘网络中第n个基站之间的信干噪比SINR，更新为：其中，表示在时隙t内，第v个用户和第n个基站之间的信道增益；表示在时隙t内，从第n个基站到第v个用户的专用功率；表示在时隙t内，第v个用户和第k个基站之间的信道增益，表示第k个基站在时隙t内的总传输功率，表示时隙t内第v个用户上的噪声功率；步骤2.2、用二进制变量表示第m个SFC的最后一个服务功能是否由基站n提供服务，当时，第m个SFC的最后一个服务功能由基站n提供服务，当时，第m个SFC的最后一个服务功能不是由基站n提供服务，并且要求服务功能仅由一个基站提供服务，即必须满足公式： 所以，在时隙t中第m个SFC所对应的用户v接收的数据速率可表示为其中B表示子信道带宽,表示在时隙t内第m个SFC的最后一个服务功能是否由基站n提供，表示时隙t内第v个用户和边缘网络中第n个基站之间的信干噪比；步骤2.3、用户v在时隙t内所接收的数据速率被要求不小于用户v所对应的SFCm在每个时隙数据速率的要求Rm,th，以确保数据传输和解码的成功，即：步骤3、推断服务器和链路上的约束条件，使得服务功能链能在服务器和链路允许的范围内得到最好的部署方案；所述步骤3具体按照以下步骤实施：步骤3.1、首先通过NFV技术可以将边缘网络进行虚拟化，假设每个虚拟机都只能提供一个VNF实例，那么为确保中的每个功能都只由一个服务器提供，不产生冲突，需满足：其中表示服务flm在时隙t内由服务器j提供服务；否则，步骤3.2、用表示已经部署在服务器j中的VNF实例集，同时假设服务一个单位的服务流消耗一个单位的处理能力，那么对于每个实例其正在处理的服务流不得超过其处理能力μf,j，即：其中xf,jm,t表示在时隙t内实例f由服务器j提供服务，Rvt表示SFCm所对应的用户v在时隙t内所接收的数据速率；步骤3.3、对于服务器j和服务器s之间的链路容量μj,s也要满足：其中二进制变量表示功能flm及其后续功能分别由服务器j和服务器s提供，反之，还有一个特殊情况：当功能flm及其后续功能由同一个服务器提供，即j＝s，则满足不等式：其中表示服务flm在时隙t内由服务器j提供服务，表示服务flm的下一个服务在时隙t内由服务器s提供服务，这就表示只有当且同时成立时，才能取1；步骤3.4、还需满足不等式：其中表示在时隙t内服务器j上的第i种资源的剩余量，表示第m个SFC中的第l个功能flm所需的第i种资源的数量；步骤4、对问题进行分析，从而得到所需解决的问题公式；所述步骤4具体按照以下步骤实施：步骤4.1、将端到端的服务延迟定义为： 其中，表示服务器j服务器s间的传播延迟，二进制变量表示功能flm及其后续功能分别由服务器j和服务器s提供，表示网络中的第j个服务器对第m个SFC中的第l个功能flm的处理延迟，表示数据包的大小，服务延迟被积分为从的第一个比特被发送的时刻到最后一个比特被接收的时刻的持续时间；步骤4.2、最大限度地减小所有请求的平均总服务延迟，即：其中T表示该部署工作的总时长；步骤5、构建马尔可夫决策过程模型MDP，捕捉边缘网络中服务器和无线电资源的动态；所述步骤5具体按照以下步骤实施：步骤5.1、定义状态空间：其中代表每个服务请求中最后一跳选择的VNF服务器，表示每个服务器在每个时隙内的空闲资源情况；步骤5.2、如果直接将动作空间定义为：那么它的时间复杂度就是维度太高，将动作空间定义为：时间复杂度将为但必须在之前的目标公式上多加两个约束：和其中，和表示服务器j是否服务于SFCm所对应的请求h，以及服务器j是否在时隙t内处于活动状态；步骤5.3、Actor-Critic算法中状态上的状态转移概率为： 其中，第一项表示由环境的动态性导致的空闲服务器资源的转移概率，即从初态到中间状态第二项表示从中间状态到终态的转移概率；步骤5.4、引入-1代表第flm个VNF取消部署在第j个服务器上，0代表第flm个VNF部署在第j个服务器上的状态不发生改变，1代表第flm个VNF部署到第j个服务器上，即：和 λΔt1和μΔt1分别表示在Δt1时间段内加1和减1的概率，Δt1比Δt还短，即Δt＝kΔt1,k1，因此，详细的推导过程遵循排队论和k步转移概率矩阵，此外，第二项整理为： 步骤5.6、将奖励函数设为：rt＝rst,at，表示在状态下采取行动的预期奖励，通常奖励都是最大化，所以用总的服务延迟的导数表示实时奖励，并且，在所有不可行的方案中将实时奖励直接设为0；步骤6、使用基于自然梯度的Actor-Critic方法，消除数据的相关性。

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百度查询： 西安理工大学 边缘网络中基于改进的演员-评论家算法的SFC部署方法

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