电力系统保护与控制 第 49 卷 第 22 期 2021 年 11 月 16 日 Power System Protection and Control Vol.49 No.22 Nov. 16, 2021 DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.210218 面向电力-通信网融合与时延优化的服务功能链部署方法 陆 旭 1，陈 影 1，许中平 2，王 伟 1，刘文龙 1，陈明昊 3 (1.国网内蒙古东部电力有限公司，内蒙古 呼和浩特 010010；2.北京国网信通埃森哲信息技术有限公司， 北京 100080；3.华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206) 摘要：为深化电力网与通信网融合建设，针对网络融合场景下网络连接处选择的动态性和服务功能链(SFC)分段部 署方案的差异性导致的 SFC 业务时延恶化问题，提出了一种面向网络融合场景的时延优化服务功能链部署方法。 首先，通过构建电力网与通信网融合模型，将服务功能链部署问题描述为以时延优化为目标的二进制整数规划(BIP) 问题。其次，基于最小生成树算法搜索求解融合网络下的最优网络连接处及服务功能链分段方案，将服务功能链 部署问题拆解为两个同构的服务功能子链部署问题。最后，提出了基于最小生成树的嵌套式服务功能子链部署方 法，分别在电力通信专网与公共通信网中求解时延优化的服务功能子链部署方案。仿真结果表明，与现有 SFC 部 署方法相比，所提服务功能链部署方法在时延上平均提升 29.34%，在服务功能链请求接受率上平均提升 12.08%。 关键词：虚拟网络功能；服务功能链；网络融合；电力通信网；时延优化 A delay-optimized placement method for a service function chain considering the integration of grids and public communication networks LU Xu1, CHEN Ying1, XU Zhongping2, WANG Wei1, LIU Wenlong1, CHEN Minghao3 (1. East Inner Mongolia Electric Power Company Limited, Hohhot 010010, China; 2. Beijing Sgitg-Accenture Information Technology Co., Ltd., Beijing 100080, China; 3. School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China) Abstract: To improve the integration of power grids and public communication networks, this paper proposes a novel delay-optimized placement method for the Service Function Chain (SFC). This is intended to solve the problem of delay deterioration caused by the dynamics of network connection selection and the difference in segmentation schemes of SFC in a network convergence scenario. First, by proposing an integration model of power grids and public communication networks, this method describes the SFC placement problem as a Binary Integer Programming (BIP) problem whose objective function is the minimum of SFC’ delay. Then, it searches the optimal network connection and SFC segmentation scheme using the minimum spanning tree algorithm, and that splits the SFC placement problem into two homogeneous problems of sub-chain placement. Finally, a nested sub-chain placement method based on minimum spanning tree is proposed to obtain the delay-optimized placement scheme for two sub-chains placed on a power communication network and public communication network respectively. Simulation results show that, compared with existing SFC placement methods, the proposed method improves the total delay by 29.34% and the acceptance rate of SFC service request by 12.08% on average. This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51777068) and the Science and Technology Project of State Grid Corporation of China (No. SGTYHT/19-JS-215). Key words: virtual network function; service function chain; networks integration; power communication network; delay optimization 0 引言 近年来，为解决电力通信专网长期存在的覆盖 基金项目：国家自然科学基金项目资助(51777068)；国家电 网公司科技项目资助(SGTYHT/19-JS-215) 范围小、传输能力弱、经济效益差等缺陷[1-2]，电网 公司一直在探索实现电力通信专网(简称为电力专 网)与网络运营商管理的公共通信网络(简称为公网) 融合互通、共建共享的方法(简称为两网融合)[3]。利 用公网广覆盖、大带宽、集约化建设等优势来服务 日趋多元化的电力通信业务需求[4-5]。作为通信网络 - 44 - 电力系统保护与控制 演 进 关 键 技 术 ， 网 络 功 能 虚 拟 化 技 术 (Network Functions Virtualization, NFV)通过将传统的专用网 络功能解耦为统一的硬件单元及多样化的虚拟化网 络功能(Virtualized Network Function,VNF)[6-8]，助力 电网公司与网络运营商通过动态部署 VNF 来灵活 快速地构建服务特定电力通信业务请求的服务功能 链(Service Function Chain, SFC)[9]。在 NFV 场景下， 业务数据只需按序流过一系列部署在网络节点上的 VNF 即可得到传输与处理，而网络运营商如何选择 VNF 所部署节点称为 SFC 部署问题。由于每条 SFC 的数据流只由其 VNF 转发处理，因此 NFV 技术能够 在两网融合场景下有效保障电力通信业务数据安全。 为更加高效地利用网络资源来承载 SFC，目前 已有不少相关工作尝试在时延、带宽、可靠性、SFC 接受率等指标上对 SFC 部署问题开展研究[10-16]。其 中，文献[14]以 SFC 部署的时延开销与可靠性需求 为指标，建立一个多目标规划问题并提出一种启发 式算法(DROSD)来求解该多目标规划问题，从而得 到两项指标均衡优化的 SFC 部署方案；由于在求解 SFC 部署问题时需要求解出每个 VNF 所部署的网络 节点， 且每个 VNF 部署过程近似为一个广义背包问 题，因此文献[11]将 SFC 部署问题简化为数个多对一 匹配问题以求解； 由于 SFC 部署问题通常是 NP-hard 的问题，文献[12]利用改进遗传算法(NSGA-II)来降 低 SFC 部署资源开销并获得更优的 SFC 接收率； 为满足 SFC 可靠性需求，文献[15]利用最短路径算 法设计了一种启发式 SFC 部署方法(NLRE)；文献 [16]则基于马尔可夫过程和动态抽样理论设计了 一种以能耗优化为目标的 SFC 部署方法(SAMA)。 然而，上述 SFC 部署方法均是针对单一网络运 营商及底层网络进行研究的，因此它们并不适合在 两网融合场景下研究 SFC 部署问题。因为在两网融 合场景下，SFC 数据需要经过两个网络的连接处以 进入另一个网络。这使得每条 SFC 所选择的网络连 接处、两个网络中分别部署的 VNF 数量、两个网络 中的 SFC 子链部署方案都会对该 SFC 的时延开销 产生影响。由于上述方法在设计时仅考虑单一网络 场景而没有考虑到两网融合场景下出现的这些因 素，因此上述部署方法在两网融合场景下会出现网络 连接处选择不当、VNF 分配不合理等情况，从而导 致网络拥塞、SFC 时延增加和 SFC 接受率下降等严 重后果。为此，本文设计了一种面向电力通信两网融 合场景的时延优化 SFC 部署方法(Hybrid-networks and Delay-optimized SFC Placement method, HDSP)。 HDSP 部署方法通过搜索最优的网络连接处及分段方 案，优化两网融合场景下的 SFC 时延与接受率性能。 1 系统模型 面向两网融合场景，本文将系统模型构建为包 含两个底层通信网络、且两个网络之间由数个连接 处相连接的融合网络，并在此融合网络中以时延优 化为目标部署 SFC。 1.1 电力通信网与公共通信网融合模型 如图 1 所示，本文分别用无向图 G  (V , E ) 和 G*  (V