CN112994937A - 智融标识网络中虚拟cdn的部署与迁移系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智融标识网络中虚拟CDN的部署与迁移系统。包括CDN容器虚拟化模块、服务管理模块、节点信息收集模块、虚拟CDN决策模块、部署与迁移下发模块和路由重定向模块；服务管理模块用于解析得到与用户的请求资源相匹配的与用户最近的虚拟CDN服务器；虚拟CDN决策模块根据节点信息、用户的源IP地址和虚拟CDN服务器做出最优的决策，将虚拟CDN编排决策信息下发到部署迁移下发模块；部署与迁移下发模块用于将虚拟CDN的新部署和迁移的IP地址传输给路由重定向模块；路由重定向模块实现路由重定向的功能。本发明提出了虚拟CDN部署与迁移结合的启发式算法，根据全网资源和用户请求进行部署和迁移，能够保证内容分发服务质量的同时，避免服务器负载过荷。

Description

智融标识网络中虚拟CDN的部署与迁移系统

技术领域

本发明涉及互联网服务质量技术领域，尤其涉及一种智融标识网络中虚拟CDN的部署与迁移系统。

背景技术

随着互联网用户的增长及应用领域的扩张，现有的互联网所暴露出来的弊端越来越多，比如整个网络服务质量难以满足用户的需求、传输效率低下、资源利用率低等诸多问题。同时从用户的角度出发，网络内容的服务质量一直是互联网提供商最关注的问题，由于各种新型应用和智能终端的出现，种类繁多的业务形态访问异质异构结构时，服务质量要求差异大，传统的内容传递方法时延过高，难以满足用户的需求。再者，由于当今网络流量视频化的趋势，需要通过新的网络体系架构解决海量数据的应用问题。因此，信息领域迫切需要设计全新的网络架构来改善互联网原始设计不足的诸多问题，该问题也引起了学术界和工业界的重视，各国均开展了下一代互联网的设计与研究。北京交通大学提出了智融标识网络，该网络是通过全网多空间、多维度资源的智慧融合，实现个性化服务的按需供给与灵活组网的有效支撑。

在智融标识网络中，利用虚拟化技术将传统网络功能迁移成为虚拟服务，同时通过NFV(Network Functions Virtualization，网络功能虚拟化)控制器进行虚拟功能的编排操作，实现动态且灵活的服务供给，从而提高用户服务质量和服务器资源利用率。因此，同样可以通过NFV技术将CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)迁移成为网络虚拟功能，这种网络较传统的CDN可以在一定程度上解决前述的内容传递问题，这种新型网络为虚拟内容分发网络(vCDN，virtual Content Delivery Network)，虚拟内容分发网络是指在NFV环境中运行的CDN网络，利用NFV技术，将CDN部件进行虚拟化以实现CDN软件与硬件的解耦合，克服了传统CDN网络功能被约束在物理服务器上的问题，从而实现虚拟化的CDN以软件的形式在硬件服务器中灵活部署或者迁移的功能，并提高了内容分发网络的部署、迁移、升级更新的效率。然而，由于如今关于vCDN研究中都没有为vCDN引入部署/迁移协议，很少有研究使用精确的算法解决CDN中的虚拟化网络功能(VNF，Virtual NetworkFunction)放置及迁移问题，缺乏考虑满足交付要求的实际系统和网络参数的优化。。

CDN是因特网间各元素互相协作的集合，其中内容是在多台副本Web服务器上进行缓存，再通过路由重定向将用户的请求重定向到最优的副本Web服务器，该服务器响应请求并提供内容。在访问内容的时候，就用户的角度而言，CDN已经克服传统因特网的固有限制，提高了服务质量。也同时通过内容分发网络，可以使得服务提供商最大程度地提高带宽，通过内容的缓存来保证传输的正确性以提高网络性能。CDN的典型功能包括：请求路由重定向和内容分发功能，使用避免拥塞的机制将请求定向到最合适的CDN缓存服务器中，从而避免了蜂拥而至的突发访问；内容外包和分发服务，用以将内容从原始服务器复制或缓存到分布式Web服务器中；内容协商服务，用以满足每个用户或者用户组的特定需求；管理服务，用于管理所有的网络组件，监控并报告网络中内容的使用情况等。在智融标识网络中加入CDN可以降低内容获取时延，提高用户服务质量。

CDN将内容分发到分布在全球的一组CDN缓存服务器中，从而可以实现可靠，高速的传输方式，让最终用户享受到更好的服务质量，同时也可以通过将内容以推送的方式发给各地的缓存节点进行预先缓存。用户请求时，通过请求路由服务器进行重定向到最优的边缘CDN缓存服务器中。这样，用户在无感知的情况下与附近CDN服务器进行通信，并从该服务器获取内容。然而，由于现有CDN的特性，在现有内容分发网络中，由于边缘缓存服务器是通过专门硬件设备实现，所以其部署、迁移和升级成本高，整个网络僵化不灵活。其次，获取边缘缓存服务器的资源信息需要根据硬件设备的对应接口开发程序，成本高且缺乏灵活性。再次，在传统内容分发网络的编排方案中通常为了应对突发流量，在各边缘节点服务器进行冗余部署，无法迅速扩容。

在2013年ETSI出版的NFV标准体系架构白皮书中，CDN的虚拟化被提出，通过虚拟化技术来解决传统CDN的部署、迁移和升级操作复杂等问题。然而在目前虚拟CDN的编排方案中，研究团队将目标锁定在vCDN部署或者迁移问题上，主流的方案是最优化部署或者迁移，这样势必会带来服务器过载和服务质量下降的问题。如果面对新的流量只进行虚拟CDN最优部署，那么服务器过载易造成过荷，而若只考虑迁移，则在迁移过程中会造成一定程度的服务质量的下降。如何在避免服务器负载过荷的同时，保证用户的服务质量，是内容分发网络编排需要充分考虑的。继次，目前虚拟CDN研究中，缺乏实际系统支持虚拟化CDN的迁移和部署，无法在内容分发网络中对虚拟CDN服务器进行灵活调度。而且且网络转发数据包的过程中，以往的内容分发网络是基于传统交换机和路由器进行传输，没有在网络中集成SDN(Software Defined Network，软件定义网络)技术以实现网络的控制和转发的分离，集中控制和监控网络资源。

而在vCDN部署及迁移的目前研究中，面对困难的组合优化问题的算法复杂度的理论，主要有两种解决方案的虚拟机/虚拟网络功能放置问题(PP):1)具体方法(最优算法)和2)启发式方法(例如，最佳拟合递减、首次拟合递减、遗传和元启发式)。虽然可以找到一些使用启发式方法解决VM布局的相关解决方案，但是很少有研究使用精确的算法解决上述问题。

现有技术中的一种在vCDN节点控制不同运营商资源和管理内存空间的方法包括：获取至少一个节点的VCDN资源能力信息，其中，该VCDN资源能力信息包括至少一个节点上的不同提供商的VCDN空间使用情况，根据上述VCDN资源能力信息对至少一个节点上的不同提供商的VCDN资源进行分别控制。具体的控制操作包括：响应内容分发请求，根据所述至少一个节点上的不同提供商的VCDN空间使用情况确定分发节点，并将相应的内容分发到所述分发节点。解决了相关技术中VCDN资源管理不清楚、不受控制的问题，具有可以依据不同提供商的VCDN空间使用情况对VCDN资源进行精细化控制的有益效果。

上述现有技术中的在vCDN节点控制不同运营商资源和管理内存空间的方法的缺点为：该方案虽然给出了一种vCDN资源的管理方法，但是仅仅局限于虚拟vCDN节点的选择和使用，并没有给出能够保证和提高用户服务质量的方案，vCDN节点无法实现灵活地迁移和部署。并且关于虚拟vCDN节点的管控信息收集不够详细，仅仅局限于运营商提供的存储空间和带宽等资源，由于缺乏集中的管控无法实现全局的调度和控制。

现有技术中的另一种虚拟化内容分发网络的资源配置方法包括：应用于虚拟化内容分发网络vCDN的运营管理系统OMS，其中，资源配置方法包括：向电信云TIC节点的虚拟网络功能管理器VNFM发送资源配置调整请求；其中所述资源配置调整请求为扩容请求或者新建配置请求。其中，该方法还包括：向电信云TIC节点的VNFM发送资源申请查询请求；接收所述VNFM根据所述资源申请查询请求向网络功能虚拟化编排器NFVO进行资源查询后发送的资源申请反馈信息；根据所述资源申请反馈信息，向相应的TIC节点的VNFM发送所述资源配置调整请求。获取未来特定时间段内CDN所有签约内容提供商CP客户的边缘服务节点SNS的容量需求；根据所述容量需求，向TIC节点的VNFM发送所述资源申请查询请求。根据所述资源申请反馈信息，向相应的所述TIC节点的VNFM发送所述资源配置调整请求的步骤。

上述现有技术中的另一种提供一种虚拟化内容分发网络的资源配置方法的缺点为：该方法给出的部署和管理方法，虽然也结合了NFV，但是没有将部署和迁移结合起来，统计信息所用的方法比较耗费资源。

发明内容

本发明的实施例提供了一种智融标识网络中虚拟CDN的部署与迁移系统，以解决了传统CDN需要冗余部署，不能根据全网资源信息快速响应用户请求并灵活部署和迁移服务器的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种智融标识网络中虚拟CDN的部署与迁移系统，包括：CDN容器虚拟化模块、服务管理模块、节点信息收集模块、虚拟CDN决策模块、部署与迁移下发模块和路由重定向模块；

所述的CDN容器虚拟化模块，用于按照各个CDN组件的需求，对容器进行可执行文件、配置文件、依赖类库和文件系统的构建，利用容器虚拟化技术实现CDN服务器的网络功能虚拟化NFV，将虚拟CDN服务器的标准镜像存入镜像仓库，为每个虚拟CDN服务器设置容器标签；

所述的服务管理模块，用于接收边缘计算节点传输过来的用户请求信息，对所述用户请求信息进行解析，得到与用户的请求资源相匹配的与用户最近的虚拟CDN服务器，将解析得到的用户的源IP地址和虚拟CDN服务器传输给虚拟CDN决策模块，并且触发节点信息收集模块；

所述的节点信息收集模块，用于在服务管理模块的触发下，收集节点信息，将收集的节点信息传输给虚拟CDN决策模块；

所述的虚拟CDN决策模块，用于根据节点信息收集模块传输过来的节点信息和所述服务管理模块传输过来的用户的源IP地址和虚拟CDN服务器做出最优的决策，将虚拟CDN编排决策信息下发到部署迁移下发模块；

所述的部署与迁移下发模块，用于根据接收到的虚拟CDN编排决策信息下发部署或者迁移命令到对应的边缘计算节点中，对虚拟CDN的硬件资源进行初始化，开启对应的虚拟网络功能，响应用户的内容请求，在部署和操作虚拟CDN完成之后，将虚拟CDN的新部署和迁移的IP地址传输给路由重定向模块；

所述的路由重定向模块，用于根据接收到的虚拟CDN的新部署和迁移的IP地址，通过控制节点与DNS服务器进行交互，将访问该虚拟CDN的流量导向到新部署或者迁移的虚拟CDN服务器。

优选地，所述的系统还包括：

网络集成模块，用于利用SDN控制器来控制虚拟CDN服务器的数据转发，通过CNI插件对新部署的虚拟CDN节点的网络插件进行配置，将IP地址分配给虚拟CDN，指定网关为Linux网桥，将虚拟CDN连接到Linux网桥上。

优选地，所述的节点信息收集模块收集的节点信息包括可分配内存、可分配CPU、可分配存储空间、可分配Pods数量、带宽大小、网络拓扑和流量统计信息。

优选地，所述的虚拟CDN决策模块，具体用于通过虚拟交换机OVS的数据流量统计进行贪心法部署初始的虚拟CDN服务器，根据接收到的用户的源IP地址匹配与用户最近的边缘计算节点，将该边缘计算节点作为最优部署节点，判断所述最优部署节点的资源能够部署用户需求的所述服务管理模块传输过来的虚拟CDN服务器，如果是，则在最优部署节点执行部署操作；否则，根据网络拓扑信息，通过贪心的方法匹配邻接节点，按照容量限制、迁移成本和CDN就近获取内容因素计算迁移节点的优先级，将虚拟CDN服务器从过载的最优部署节点迁移到优先级最高的边缘计算节点，将虚拟CDN部署和迁移的策略下发到部署迁移下发模块。

优选地，所述的部署与迁移下发模块，具体用于根据决策编排信息调用NFV控制器在指定边缘计算节点进行部署和迁移操作，对虚拟CDN的硬件资源进行初始化，开启对应的虚拟网络功能，响应用户的内容请求，在部署和迁移操作之后，通过调用NFV控制器获取所有虚拟CDN节点的IP地址，将部署/迁移操作之前的IP地址集与部署/迁移操作之后的IP地址集求交集，得到新部署或者迁移的虚拟CDN服务器的源IP地址和修改后的IP地址，将虚拟CDN服务器的源IP地址和部署迁移之后的IP地址作为输入数据传输给路由重定向模块。

优选地，所述的路由重定向模块，具体用于当接收到虚拟CDN的新部署的IP地址后，则根据匹配到所述IP地址对应的视图文件，由函数rRForDeploying()对该文件进行处理，该函数的操作是自动化添加一条A记录；当接收到虚拟CDN的迁移的IP地址后，则调用rRForMigrating()函数，根据用户的源IP地址匹配到对应的DNS视图文件，对该NS视图文件的字段进行遍历，找到迁移之前的虚拟CDN服务器的解析A记录，对这个A记录解析的IP地址进行修改，改为迁移之后的虚拟CDN的IP地址；在执行完部署或迁移的DNS配置文件修改函数之后，通过函数reloadDNS()对DNS进行重新配置。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提出了虚拟CDN部署与迁移结合的启发式算法，根据全网资源和用户请求进行部署和迁移，能够保证内容分发服务质量的同时，避免服务器负载过荷。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种智融标识网络中虚拟CDN的部署与迁移系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种CDN容器虚拟化模块的实现原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种服务管理模块的实现原理示意图；

图4为本发明实施例提供的一种节点信息收集模块的实现原理示意图；

图5为本发明实施例提供的一种虚拟CDN决策模块的实现原理示意图；

图6为本发明实施例提供的一种部署迁移下发模块的实现原理示意图；

图7为本发明实施例提供的一种网络集成模块的实现原理示意图；

图8为本发明实施例提供的一种路由重定向模块的实现原理示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

智融标识网络中的虚拟CDN部署和迁移机制系统设计必须充分考虑现有内容分发网络的不足。在避免服务器负载过荷的同时，保证用户的服务质量，是内容分发网络编排需要充分考虑的。其次，在网络中集成SDN技术以实现网络的控制和转发的分离，集中控制和监控网络资源。最后，考虑到虚拟CDN部署节点迁移之后IP地址的改变，如何获取迁移或者部署后的虚拟CDN的IP地址，同时自动化的路由重定向，也是系统设计的需求之一。

结合上述的分析，智融标识网络中虚拟CDN部署和迁移有如下功能需求：

(1)CDN虚拟化功能：该系统需要通过软件实现边缘缓存服务器，利用容器虚拟化技术将传统的CDN服务器迁移到NFV中，实现硬件和软件的解耦合。

(2)服务管理功能：该系统需要能够解析用户请求的信息，匹配与用户最近的虚拟CDN服务器，并作为输入传入决策制定模块。

(3)信息收集功能：该系统需要能够通过NFV控制器和SDN控制器获取节点实时的硬件及网络信息。其中硬件信息包括各个节点可分配的CPU，内存、存储空间和Pods。而网络信息包括拓扑信息，带宽，保证传入决策模块的全网资源信息的有效性。

(4)决策制定功能：此系统应能根据用户请求信息以及全网资源信息，进行部署和迁移结合的决策，实现服务器负载和服务质量的折中。

(5)部署和迁移功能：此系统应能根据决策制定结果，调用NFV控制器进行虚拟CDN部署和迁移的操作。

(6)网络集成功能：此系统应能在网络部分集成SDN，通过SDN控制器监控整个系统网络资源，并实现系统网络控制与转发的分离，使系统网络灵活可编程。

(7)路由重定向功能：此系统需要在虚拟CDN部署和迁移操作完成之后，获取新的虚拟CDN对应的IP地址，自动化实现路由重定向。

本发明实施例提供的一种智融标识网络中虚拟CDN的部署与迁移系统的结构图如图1所示，在智融标识网络的虚拟CDN环境中，该系统可以根据用户的请求信息以及全网资源，进行虚拟CDN缓存服务器的部署和迁移决策，并自动化路由重定向。整个系统设计主要包括七个功能模块，分别是CDN容器虚拟化模块、服务管理模块、节点信息收集模块、虚拟CDN决策模块、部署与迁移下发模块、网络集成模块和路由重定向模块。下面分别介绍各个模块的功能。

1：CDN容器虚拟化模块

在CDN容器虚拟化模块中，CDN的组件全部迁移到网络功能虚拟化中，通过容器实现并被集中存储到镜像仓库。该模块是虚拟CDN部署和迁移的基础。需要进行容器虚拟化的CDN组件包括边缘缓存服务器、路由重定向服务器和内容源站。容器虚拟化模块可以将CDN组件以软件的方式运行，从而实现硬件和软件的解耦；可以将组件打包成为标准镜像并传入镜像仓库，保存每个组件所需的可执行文件、环境依赖和配置，在需要部署或者迁移组件时，直接从镜像仓库拉取组件的镜像，可直接运行虚拟服务，从而实现CDN组件的“一次构建，到处运行”的效果，且基于容器虚拟化基于秒级进行部署和迁移，能够更快的响应用户请求，提高服务质量。

本发明实施例提供的一种CDN容器虚拟化模块的实现原理示意图如图2所示，首先拉取标准的centos操作镜像作为初始容器；其次，按照各个组件的需求，对容器进行可执行文件、配置文件、依赖类库和文件系统的构建，确认容器能够实现组件所需功能；然后将制作好的标准镜像打包传入Docker Hub镜像仓库，并为每个组件设置好容器标签；最后由Kubernetes容器编排工具在各个边缘计算节点部署或者迁移虚拟CDN组件，直接从镜像仓库根据标签拉取CDN组件的镜像并运行对应的虚拟服务。

2：服务管理模块

服务管理模块的主要功能是解析用户请求信息，实时触发节点信息收集模块。在用户请求内容时，各个边缘计算节点收集用户请求的信息并传入服务管理模块，服务管理模块解析用户请求信息并将结果输入决策模块，同时触发节点信息收集模块，以完成虚拟CDN决策模块实时输入信息的收集。服务管理模块可以解析获得用户的源IP地址，传入决策模块用于匹配与该用户最近的边缘计算节点；可以解析用户的请求内容大小，得出需要占用虚拟CDN节点的资源，以供决策模块判断边缘计算节点是否有足够的负载提供服务。

图3为本发明实施例提供的一种服务管理模块的实现原理示意图，当用户请求内容时，服务管理模块首先将触发节点信息模块收集用户信息，然后解析用户请求的源ip、请求内容以及需要占用的资源，作为输入传给控制节点的部署与迁移模块。在用户请求后触发信息收集，可以保证网络管理者收集到的节点物理资源信息和网络信息的准确性和实时性，然后将这些信息传入虚拟CDN决策模块，根据用户请求以及全网资源信息进行虚拟CDN的部署和迁移。

3：节点信息收集模块

节点信息收集模块同样也是整个系统的基础模块，虚拟CDN决策模块需要节点信息模块来提供全网资源信息，若无该模块的信息输入，虚拟CDN决策模块便无法进行决策制定。节点信息模块可以提供各个节点的硬件信息(CPU、内存、存储空间和可分配Pods)，从而对节点硬件负载进行判断；可以为虚拟决策模块提供网络资源信息(网络拓扑、带宽和流量统计)，其中网络拓扑信息可以方便决策模块匹配与用户最近的边缘计算节点，从而进行部署和迁移节点的选择。

因此，节点信息收集模块共需要收集以下信息：

可分配内存：在边缘计算节点中部署虚拟CDN需要指定内存分配，若节点的内存不足以满足用户需求，则会影响内容分发的性能和服务质量。因此在进行部署和迁移之前，需要知道每个边缘计算节点的可分配内存，从而避免服务器内存负载过荷。

可分配CPU：CPU是每个计算节点的处理核心，在本系统中部署和迁移虚拟CDN服务器时都需要指定CPU个数进行分配，决策模块在决策之前需要知道每个边缘计算节点的可分配CPU，若CPU满载则会影响虚拟CDN的处理速度。

可分配存储空间：虚拟CDN作为代理缓存服务器，需要存储空间对用户请求的内容进行缓存，若可分配存储空间小于用户请求的内容，那么便无法实现代理缓存的功能。因此需要知道边缘计算节点的可分配存储资源，从而确定是否能够部署虚拟CDN并提供正常服务。

可分配Pods数量：该数据时Kubernetes控制器对每个边缘计算节点的容器部署数量限制，收集该数据用于判断各个边缘计算节点是否还能够部署新的虚拟CDN服务器。

带宽大小：收集各个节点带宽的大小主要是判断其网络流量情况，若节点带宽超过其上限或接近满载，则该节点对其他的数据包回复RST报文，用户也不能正常访问到虚拟CDN服务器。

网络拓扑：边缘计算节点的网络拓扑可用于匹配与用户最近的边缘计算节点，该信息主要是提供给虚拟CDN决策模块，通过拓扑信息进行待部署和待迁移节点的决策制定。

流量统计：在虚拟CDN进行初次部署时，需要根据每个边缘计算节点的流量统计进行贪心部署，此数据是通过SDN控制器调用每个边缘计算节点的OVS交换机得到的。

本发明实施例提供的一种节点信息收集模块的实现原理示意图如图4所示，服务管理模块触发节点信息收集模块收集全网资源信息，可调用NFV控制器获取各个节点的可分配的内存、CPU、存储空间和Pods数量信息，调用SDN控制器获取整个网络的拓扑信息以及各个节点的带宽大小和流量统计信息。将每个节点的信息生成一个对象，给对象对应的属性赋值之后传入虚拟CDN决策模块，保证了输入信息的实时性和准确性。

4：虚拟CDN决策模块

虚拟CDN决策模块是根据节点信息收集模块的信息以及服务管理模块输入的信息做出最优的决策，下发迁移或部署命令。在决策算法部分，主要考虑部署与迁移结合的启发式算法。但是，虚拟CDN的迁移会带来额外的转发延时，同时可能会造成之前的服务出现中断或者服务质量下降。控制平面需要保证服务器不过载的情况下在最优部署节点部署虚拟CDN服务器。其中最优部署节点是指与用户IP地址匹配的最近边缘计算节点。若最优部署节点服务器出现或者即将过载，则需要将该节点的服务器进行迁移。而此时迁移到哪个服务器，能够保证CDN内容分发的服务质量和“就近获取”的原则并最小化迁移成本显得十分重要。此外，不同的控制情况下有不同的控制目标，在迁移的时候，应当考虑各种因素，包括网络功能的负载，流量大小，不同的流量的迁移延时，请求的内容大小以及所需要分配的资源，从而确定迁移和部署流程。因此为了进行准确的部署和迁移结合的决策制定，需要充分考虑到这两点：(1)迁移操作的触发条件(2)有效的迁移/部署流程选择。

图5为本发明实施例提供的一种虚拟CDN决策模块的实现原理示意图。首先，用户内容请求之前，决策模块会进行虚拟CDN的初次部署，通过OVS(虚拟交换机)的数据流量统计进行贪心法部署虚拟CDN，然后用户请求信息时，该模块根据服务管理模块输入的用户IP地址，匹配与用户最近的边缘计算节点，也就是最优部署节点。其次，根据节点信息模块收集的资源信息并计算最优部署节点的资源限制情况，如果最优部署节点无虚拟CDN服务器且有足够的硬件资源和网络资源部署虚拟CDN服务器，则在最优部署节点执行部署操作，若最优部署节点的资源不足以部署用户需求的虚拟CDN服务器，则需要根据网络拓扑信息，通过贪心的方法匹配邻接节点，按照容量限制、迁移成本和CDN就近获取内容三大因素计算迁移节点的优先级，将虚拟CDN服务器从过载的最优部署节点迁移到优先级最高的边缘计算节点，最后将虚拟CDN部署和迁移的策略下发到部署迁移下发模块，进行虚拟CDN的部署或迁移操作，并完成路由重定向的工作，为用户提供服务。

用于制定策略的启发式算法的伪代码如下所示：

5：部署迁移下发模块

本发明实施例提供的一种部署迁移下发模块的实现原理示意图如图6所示，其功能首先是根据虚拟CDN决策模块的虚拟CDN编排决策信息，及时的下发部署或者迁移命令到对应的边缘计算节点中，并对虚拟CDN的硬件资源进行初始化，同时开启对应的虚拟网络功能，响应用户的内容请求。其次，部署迁移下发模块需要在部署和操作虚拟CDN完成之后，获取新部署和迁移的IP地址传入路由重定向模块，进行路由重定向操作。

部署迁移下发模块的工作流程为：虚拟CDN决策模块下发虚拟CDN的编排决策到部署迁移下发模块，部署迁移下发模块根据决策编排信息调用NFV控制器在指定边缘计算节点进行部署和迁移操作。其次，在部署和迁移操作之后，通过调用NFV控制器获取所有虚拟CDN节点的IP地址，将部署/迁移操作之前的IP地址集与部署/迁移操作之后的IP地址集求交集，然后得到新部署或者迁移的虚拟CDN服务器的源IP地址和修改后的IP地址，最后，将源IP地址和部署迁移之后的IP地址作为输入数据传入路由重定向模块，以供自动化路由重定向。

6：网络集成模块

网络集成模块主要功能是在虚拟CDN系统中融入SDN网络，利用SDN控制器来控制虚拟CDN服务器的数据转发。通过调用NFV控制器，部署迁移下发模块可以根据决策模块进行虚拟CDN的部署和迁移。然后，新部署的虚拟CDN节点需要各个节点的网络插件进行配置，本系统在底层数据平面内置OVS交换机，网络插件负责将虚拟CDN连接到OVS交换机上，通过SDN控制器对网络资源集中管理，使得整个系统的网络更加的灵活，控制转发分离。

本发明实施例提供的一种网络集成模块的实现原理示意图如图7所示，该模型的处理过程包括：计算节点初始化时，需要通过将OVS网桥连接物理网口和Linux网桥的端口，当部署迁移下发模块在控制节点下发虚拟CDN的部署或者迁移操作时，在计算节点的Kubelet调用CNI(Container Network Interface，容器网络的API接口)插件分配虚拟CDN的网络，这里CNI插件需要负责的功能为：

1)将IP地址分配给虚拟CDN。

2)指定网关为Linux网桥。

3)将虚拟CDN连接到Linux网桥上。

通过网络集成模块，能够自动化的分配虚拟CDN服务器网络，且系统中所有跨节点的数据包都经过OVS网桥，这样跨节点数据包需要按照SDN控制器下发的流表规则进行转发。从而实现了SDN控制器对全网资源与数据转发的集中管理和SDN和NFV的系统集成。

7：路由重定向模块

路由重定向模块主要是负责在部署/迁移操作完成之后，将之前访问该虚拟CDN的流量全部导向新部署或者迁移的虚拟CDN服务器，从而实现路由重定向的功能。路由重定向通过控制节点与DNS服务器进行交互，通过控制节点调用程序自动化修改对应的DNS解析文件，并在不重启DNS服务器的情况下，重新加载配置以实现DNS解析的实时更新。

在系统实现中，采用BIND(Berkeley Internet Name Domain Service)服务器作为DNS服务器，承担路由重定向工作。BIND是一款DNS实现的开源软件，该服务器能够提供域名解析，转发，子域授权，view等功能，是目前世界上使用最为广泛的DNS服务器软件，互联网高于半数的DNS服务器都是用BIND来构建实现的。该服务器的视图view功能，能够为不同源IP的地址提供不同的DNS解析视图，也就是同一域名根据源IP得到不同的解析结果，这样便可以将访问源站的内容请求重定向到边缘虚拟CDN节点，从而实现给不同的用户选择最佳服务器，通过减少地理上的链路距离来减少访问服务的延时。

图8为本发明实施例提供的一种路由重定向模块的实现原理示意图，具体处理过程包括：首先，部署和迁移下发模块完成部署和迁移操作后，将部署和迁移的IP传到路由重定向模块中。当路由重定向模块收到路由重定向的请求后，会对执行过的操作做一个判断，若是部署操作，那么需要进行的是根据用户的IP地址，匹配到这个IP地址对应的视图文件，由函数rRForDeploying()对该文件进行处理，该函数的操作是自动化添加一条A记录。而如果匹配的操作为迁移，则需要调用rRForMigrating()函数，该函数负责根据用户的源IP地址匹配到对应的DNS视图文件，然后对该文件的字段进行遍历，找到迁移之前的虚拟CDN服务器的解析A记录，对这个A记录解析的IP地址进行修改，改为迁移之后的虚拟CDN的IP地址。在执行完部署或迁移的DNS配置文件修改函数之后，需要通过函数reloadDNS()对DNS进行重新配置，该函数使用的命令为rndc reload，即可实时的将配置导入DNS的解析模块中，从而实现了部署虚拟CDN之后的路由重定向工作。

通过上述流程可以得出，在部署好虚拟CDN节点之后，路由重定向模块的操作是对虚拟CDN的对应视图文件进行添加A记录的操作，之所以使用添加而不是替换，是因为添加好之后，DNS服务器会对多条A记录进行轮询解析，也从而实现了一个节点内的虚拟CDN的负载均衡的效果，且可以避免单点故障。而在执行迁移操作时，是直接替换A记录，从而可以将该节点中虚拟CDN的流量重定向到迁移后的节点中的虚拟CDN服务器，有效避免了源节点的负载过荷情况，同时也完成了路由重定向的操作。路由重定向模块涉及的函数如表4-5所示。

表2-1路由重定向模块主要函数及说明

虚拟CDN决策模块是本发明的核心，若是首次部署，会根据OVS的数据统计信息进行贪心法部署虚拟CDN，若不是首次部署，当服务管理模块收到用户的请求，服务管理模块和节点信息收集模块将收集信息传入虚拟CDN决策模块，由该模块根据全网资源信息和用户请求进行虚拟CDN编排决策的制定。在编排决策中，主要提出虚拟CDN部署和迁移结合考虑的启发式算法。

首先，虚拟CDN决策模块接收到节点信息模块的全网资源信息，需要计算用户临近的虚拟CDN的节点信息是否过载。若该节点服务器过载，那么执行的函数为vCDNMigrateStrategy()，该函数负责基于用户请求信息，计算源节点到迁移节点的迁移成本，然后按照降序对待选节点依次进行负载情况判断。如果优先级最高的迁移节点负载能够承载迁移的节点，则该节点为迁移的节点。其次，如果最优节点服务器未过载，则进行虚拟CDN实例的部署，并指定资源即可，调用的函数为vCDNDeployStrategy()。

综上所述，本发明实施例基于智融标识网络，提出了虚拟CDN部署及迁移机制。通过SDN控制器收集网络资源，NFV控制器收集节点硬件资源，服务管理模块收集用户请求信息，从而进行虚拟CDN部署或者迁移的决策以及操作，之后进行自动化路由重定向，将新的用户请求导向新部署或者迁移的虚拟CDN节点。其中各个模块都是通过程序编写实现，并通过测试环境验证了其有效性。对虚拟CDN部署和迁移进行了研究，提出了虚拟CDN部署与迁移结合的启发式算法，根据全网资源和用户请求来进行部署和迁移，从而能够保证内容分发服务质量的同时，避免服务器负载过荷。

本发明的系统解决了传统CDN需要冗余部署，不能根据全网资源信息快速响应用户请求并灵活部署和迁移服务器的问题。本发明的系统设计了一种虚拟CDN系统框架，结合容器虚拟化技术利用Docker作为vCDN节点组件的载体，实现了vCDN节点的高度虚拟化和vCDN节点的灵活部署，能够支持在智融标识网络中实现迁移。

本发明实施例设计了一种vCDN和智融标识网络集成的方法，即将vCDN作为一项网络功能集成到智融标识网络里。通过网络集成模块实现网络虚拟功能vCDN和底层网络的耦合。在智融标识网络里利用NFV控制器实现vCDN节点迁移和部署结合的方法，即通过利用pod打包vCDN节点实现集中控制的迁移和部署。

本发明实施例设计了一种可以应用于智融标识网络中vCDN系统中用于制定策略的启发式算法，该算法综合考虑了迁移和部署问题,提出利用部署代替迁移，用于集中控制vCDN节点的NFV控制器制定系统的迁移部署策略

本发明实施例设计了一种收集制定vCDN部署迁移策略信息的机制，即利用SDN控制器收集网络拓扑信息，利用NFV控制器收集节点信息包括内存，计算资源等的机制。使制定策略时能够更加综合的考虑各方面资源。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种智融标识网络中虚拟CDN的部署与迁移系统，其特征在于，包括：CDN容器虚拟化模块、服务管理模块、节点信息收集模块、虚拟CDN决策模块、部署与迁移下发模块和路由重定向模块；

所述的CDN容器虚拟化模块，用于按照各个CDN组件的需求，对容器进行可执行文件、配置文件、依赖类库和文件系统的构建，利用容器虚拟化技术实现CDN服务器的网络功能虚拟化NFV，将虚拟CDN服务器的标准镜像存入镜像仓库，为每个虚拟CDN服务器设置容器标签；

所述的服务管理模块，用于接收边缘计算节点传输过来的用户请求信息，对所述用户请求信息进行解析，得到与用户的请求资源相匹配的与用户最近的虚拟CDN服务器，将解析得到的用户的源IP地址和虚拟CDN服务器传输给虚拟CDN决策模块，并且触发节点信息收集模块；

所述的节点信息收集模块，用于在服务管理模块的触发下，收集节点信息，将收集的节点信息传输给虚拟CDN决策模块；

所述的虚拟CDN决策模块，用于根据节点信息收集模块传输过来的节点信息和所述服务管理模块传输过来的用户的源IP地址和虚拟CDN服务器做出最优的决策，将虚拟CDN编排决策信息下发到部署迁移下发模块；

所述的部署与迁移下发模块，用于根据接收到的虚拟CDN编排决策信息下发部署或者迁移命令到对应的边缘计算节点中，对虚拟CDN的硬件资源进行初始化，开启对应的虚拟网络功能，响应用户的内容请求，在部署和操作虚拟CDN完成之后，将虚拟CDN的新部署和迁移的IP地址传输给路由重定向模块；

所述的路由重定向模块，用于根据接收到的虚拟CDN的新部署和迁移的IP地址，通过控制节点与DNS服务器进行交互，将访问该虚拟CDN的流量导向到新部署或者迁移的虚拟CDN服务器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括：

网络集成模块，用于利用SDN控制器来控制虚拟CDN服务器的数据转发，通过CNI插件对新部署的虚拟CDN节点的网络插件进行配置，将IP地址分配给虚拟CDN，指定网关为Linux网桥，将虚拟CDN连接到Linux网桥上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的节点信息收集模块收集的节点信息包括可分配内存、可分配CPU、可分配存储空间、可分配Pods数量、带宽大小、网络拓扑和流量统计信息。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的虚拟CDN决策模块，具体用于通过虚拟交换机OVS的数据流量统计进行贪心法部署初始的虚拟CDN服务器，根据接收到的用户的源IP地址匹配与用户最近的边缘计算节点，将该边缘计算节点作为最优部署节点，判断所述最优部署节点的资源能够部署用户需求的所述服务管理模块传输过来的虚拟CDN服务器，如果是，则在最优部署节点执行部署操作；否则，根据网络拓扑信息，通过贪心的方法匹配邻接节点，按照容量限制、迁移成本和CDN就近获取内容因素计算迁移节点的优先级，将虚拟CDN服务器从过载的最优部署节点迁移到优先级最高的边缘计算节点，将虚拟CDN部署和迁移的策略下发到部署迁移下发模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的部署与迁移下发模块，具体用于根据决策编排信息调用NFV控制器在指定边缘计算节点进行部署和迁移操作，对虚拟CDN的硬件资源进行初始化，开启对应的虚拟网络功能，响应用户的内容请求，在部署和迁移操作之后，通过调用NFV控制器获取所有虚拟CDN节点的IP地址，将部署/迁移操作之前的IP地址集与部署/迁移操作之后的IP地址集求交集，得到新部署或者迁移的虚拟CDN服务器的源IP地址和修改后的IP地址，将虚拟CDN服务器的源IP地址和部署迁移之后的IP地址作为输入数据传输给路由重定向模块。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的路由重定向模块，具体用于当接收到虚拟CDN的新部署的IP地址后，则根据匹配到所述IP地址对应的视图文件，由函数rRForDeploying()对该文件进行处理，该函数的操作是自动化添加一条A记录；当接收到虚拟CDN的迁移的IP地址后，则调用rRForMigrating()函数，根据用户的源IP地址匹配到对应的DNS视图文件，对该NS视图文件的字段进行遍历，找到迁移之前的虚拟CDN服务器的解析A记录，对这个A记录解析的IP地址进行修改，改为迁移之后的虚拟CDN的IP地址；在执行完部署或迁移的DNS配置文件修改函数之后，通过函数reloadDNS()对DNS进行重新配置。

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