基于成本的服务链组成与部署联合优化策略

网络功能虚拟化（NFV）通过将虚拟网络功能（VNF）部署在虚拟设备中,提高了网络管理的灵活性,但随着服务需求的扩大,网络供应商消耗的运营支出（OPEX）也不断增加。由于VNF改变流大小的特性、VNF间的依赖性以及组成和部署方式的复杂性,面向OPEX的VNF组成和部署问题充满挑战。提出一种面向成本的虚拟网络链组成和部署联合优化策略,将节点映射成本、链路映射成本、激活成本和能耗成本公式化为OPEX,构建混合整数非线性规划模型。为分析影响成本的不同因素,同时提高特殊依赖情况下的处理效率,根据不同依赖关系将VNF请求集分为完全无序、部分有序和完全有序VNF集合进行分析,并设计3种相应优化算法。实验结果表明,在完全无序、部分有序情况下,算法性能优于首次适应算法、随机拟合算法等同类算法,对于完全有序算法,当节点资源配比在50%以上时,可获得小规模网络下近似线性规划模型精确解的方案。     

基于VNF实例共享的服务功能链部署算法

针对服务功能链(SFC)部署过程中存在虚拟网络功能(VNF)实例部署成本和转发路径成本难以权衡的问题,提出了基于VNF实例共享的SFC部署算法。首先针对多链SFC建立VNF和虚拟链路映射模型,并预估路径部署长度上限,保证SFC时延需求;其次,在路径部署长度限制范围内,尽可能使VNF实例共享最大化,以平衡链路转发成本和VNF部署成本,最终得到SFC部署策略。与已有的SPH(shortest path heuristic)和GUS(greedy on used server)部署算法相比,所提算法所得的总运营成本分别降低6.6%和12.15%,且当SFC数量增多时,该算法的服务接受率可达89.33%。仿真实验结果表明,提出算法可以在保证用户服务质量的同时有效降低SFC部署成本。     

多源多播服务功能链优化部署算法

在软件定义网络和网络功能虚拟化环境下,针对多播中的服务功能链（SFC）部署,探究了多源多播中的联合虚拟网络功能（VNF）部署和流量路由问题,目的是最小化节点资源消耗和链路资源消耗总成本。同时考虑到节点、链路及带宽延迟限制,建立了整数线性规划模型,并提出一种名为多源多播树优化的启发式算法。该算法旨在为所有用户找到最近的源节点,获得多个源、目节点组,为每个组构造一棵多播服务功能树,然后优化多播服务功能树。实验仿真结果表明,与其他启发式算法相比,该算法有效地降低了总成本、链路利用率及时延。     

基于节点综合重要度排序的服务功能链部署优化方法

为满足5G网络环境下高可靠性、低时延的要求，同时降低网络带宽资源消耗，面向流量与可靠性优化提出一种基于节点综合重要度排序的服务功能链（SFC）部署方法。首先，基于流量改变率聚合虚拟网络功能（VNF），从而减少部署的物理节点，提高链路可靠性；其次，通过节点的度、可靠性、综合时延与链路跳数定义节点综合重要度，并依据该重要度对物理节点排序；然后，将VNF依次映射到底层物理节点上，同时通过约束链路条数以减少“乒乓效应”并优化流量；最后，通过k-最短路径算法映射虚拟链路，从而完成整个SFC的部署。相较于原有聚合方法，所提方法的SFC平均可靠性提升2%,SFC端到端平均时延降低22%，平均带宽开销降低29%，长期平均收益开销比提高16%。实验结果表明，所提方法能有效提高链路的可靠性，降低端到端的时延与带宽资源消耗，起到了良好的优化效果。     

基于VNF组合的服务功能链设计及映射算法

为优化网络功能虚拟化中服务功能链的设计和映射过程,提高物理资源利用率,提出一种基于虚拟网络功能(VNF)组合的服务功能链设计及映射算法A-VNFC.使用整数线性规划(ILP)模型,在小规模物理网络中求出目标函数总带宽消耗(TBC)的最优解,寻找可组合的VNF,并利用VNF决策树检查所有组合策略,通过迭代和优化降低TBC.仿真结果表明,A-VNFC算法可在不同场景下有效降低带宽消耗,其TBC数值接近ILP模型获得的最小带宽消耗值.     

基于改进麻雀搜索算法的服务功能链优化映射算法

为了实现5G网络场景下服务功能链的低成本高效率部署,提出了一种基于改进麻雀搜索算法的服务功能链优化映射算法。在服务功能链映射过程中,采用双层编码方式,将服务请求的组链方案和映射方案进行混合编码,然后使用改进离散麻雀搜索算法进行求解,得到该请求的服务功能链部署方案,并计算其映射权重。当同一时间片内存在多个请求类型时,按照映射权重对所有服务功能链进行排序,优先映射权重高的请求,以此减少延迟开销,提高节点计算资源利用率和链路资源利用率。仿真结果表明,该算法可以有效减少部署开销,提高资源利用率。     

一种时延约束下可靠性保证的服务功能链部署方法

针对网络功能虚拟化环境中底层网络物理节点随机失效导致网络服务中断问题,提出了一种兼顾网络服务可靠性和时延约束的服务功能链部署方法以保证网络服务的可靠性。首先提出一种相邻虚拟网络功能备份实例资源共享的备份机制和单路径与多路径混合的路由策略,然后对时延约束下服务功能链可靠性部署问题建立混合整数线性规划模型,并设计了基于K最短路径扩展的服务功能链部署算法。仿真结果表明,与现有方法相比,该方法降低了节点和带宽资源开销,并提高了网络服务请求接受率。     

基于深度强化学习的服务功能链映射算法

针对服务功能链映射对网络时延和部署失败率的影响,提出了一种基于深度强化学习的服务功能链映射算法DQN-SFC。首先构建了一个多层次NFV管理编排架构,以满足算法对资源感知和设备配置的需求;然后基于马尔可夫决策过程建模,对SFC映射问题进行形式化描述;最后构建了一个深度强化学习网络,将网络平均时延和部署失败产生的运维开销作为奖惩反馈,经过训练后可根据网络状态决定虚拟网络功能的部署位置。通过仿真实验,对该算法的正确性和性能优势进行了验证。实验表明：与传统算法相比,该算法能有效降低网络平均时延和部署失败率,同时算法运行时间具有一定优势。     

面向并发业务的卫星网络服务功能链优化算法

在空间信息网络中,卫星硬件在线升级难度大且并发业务数量多,导致现有服务功能链（SFC）映射算法的服务请求接收率降低且资源开销过大。利用流量缩放因子与虚拟网络功能间的依附关系构建SFC,以最小化处理请求时延与总资源消耗为目标,提出一种空间信息网络SFC映射算法。通过调整预测函数的权值来控制搜索范围,从而获得全局最优的快速映射方案,有效解决节点随机失效问题。仿真结果表明,与OMD算法相比,该算法在较高的并发服务请求下可使处理请求时延和总资源消耗平均降低19%和6%。     

绿色移动边缘网络中可靠的虚拟网络功能部署技术研究

绿色移动边缘网络(GMEN)是一个新兴的分布式网络，它将可再生的绿色能量作为边缘节点运行的主要能源，从而减少从电网中获取的能量。在GMEN中，网络服务供应商可以将多个虚拟网络功能(VNF)按照特定的顺序组成服务功能链(SFC)来处理用户的请求，这些VNF可以以软件实例的形式被灵活地部署在边缘节点上来高效地利用绿色能量。为了保证服务的时延和可靠性要求，需要把多个备份VNF(BVNF)部署在距VNF k跳范围内的节点上，以便在VNF发生故障时能代替它继续提供满足时延要求的服务。然而，每个地理分散的边缘节点收集到的绿色能量是动态变化的，如果VNF周围的节点所收集的能量减少并小于运行BVNF所需的能耗，则需要从电网中获取额外的能量来保证它的运行。因此，根据节点收集的绿色能量和使用计算、通信等资源所消耗的能量速率，制定在线的VNF和BVNF联合部署方案，使得边缘节点从电网中获取的能量被最小化，同时保证服务的时延和可靠性要求，是一个NP-hard问题。目前，已有许多工作对这一问题进行了研究，并取得了一定的成果，但在实际的应用中仍面临着一些问题。为了更深入地推进该领域的研究，对近几年的最新研究成果进...     

SPIDER: An availability-aware framework for the service function chain placement in distributed scenarios

The network function virtualization (NFV) paradigm replaces hardware-dependent network functions by virtual network functions (VNFs) that can be deployed in commodity hardware, including legacy servers. Consequently, the use of NFV is expected to reduce operating and capital expenses, as well as improve service deployment operation and management flexibility. For many use cases, the VNFs must be visited and invoked following a specific order of execution in order to compose a complete network service, named service function chain (SFC). Nonetheless, despite the benefits from NFV and SFC virtualization technologies, their introduction must not harm network performance and service availability. On the one hand, redundancy is seen by network service planners as a mechanism well established to combat availability issues. At same time, there is a goal to optimize resource utilization in order to reduce operational expenditure. In this article, we share our experience in the design use of a framework, named SPIDER, focused on SFC placement that considers the network infrastructure condition and the required SFC availability to define the placement strategy. The SPIDER monitors the status of infrastructure nodes and links and defines which servers the VNFs should be placed on and the number of redundant replicas needed. We present a proof-of-concept of SPIDER using Kubernetes to launch the VNFs as containers. We also use Kubernetes to forward the traffic between the VNFs, composing the service chain. We perform experiments to evaluate the runtime of SPIDER and the SFC delay under different network conditions.     

网络服务功能链技术研究与建模

伴随着数据业务量的急剧增长,传统的静态网络服务模型日渐不能满足应用的需求,其构架中网络服务与专用硬件设备之间一一对应的紧耦合关系造成了网络资源不能共享、新业务难以融合等弊端。当网络规模扩大时,传统的管理和部署方式需要投入更多的成本来部署新业务。随着网络虚拟化的兴起与软件定义网络研究的推进,网络服务功能链这一概念应运而生。网络服务功能链由一个或多个虚拟网络功能组成,旨在降低网络建设与运维成本、提高网络资源利用率、提升网络与业务部署速度。针对当前服务功能链体系的研究及建模和应用进行了阐述,并对业内主流的服务功能链优化模型进行抽象建模。同时针对时延优化问题进行仿真,以启发式贪婪算法为代表,通过不同的启发值,从算法时间复杂度与优化效果的角度将服务功能链中启发式算法与穷举法进行对比。在网格状网络的环境下,启发式算法能取得更快的响应速度,并且能取得和穷举法相当的优化效果。因此,得出在大规模工业互联网中部署服务功能链过程中启发式算法能有更快的响应速度,且能达到或者接近最优解的结论。最后,就当前建模与部署存在的问题以及服务功能链未来的研究方向进行论述。     

一种基于软件定义网络的服务功能链优化部署机制

针对软件定义网络环境下现有服务链部署方法未能充分考虑全网资源利用率的问题,提出了一种基于高效启发式算法的服务链优化部署机制。首先,给出了服务链部署的总体结构,并引入了整数线性规划模型对其进行数学建模;其次,提出了一种高效启发式的模型求解算法,该算法以先排序后贪心的方式,能够在满足资源和时延约束下有效利用网络资源和均衡负载。仿真结果表明,与其他部署算法相比,该算法在降低负载均衡度和时间复杂度的同时提高了请求接受率。     

面向NUMA架构的虚拟网络功能部署技术研究

针对非一致内存访问架构的集群系统,探讨了虚拟网络功能链的时延问题,以及重用已部署的虚拟网络功能提升资源利用率机制。形式化定义了面向最小化时延的虚拟网络功能部署问题,证明其为NP难问题,提出了基于马尔可夫链概率迭代的部署算法MarVNFP。实验证明,与典型的虚拟网络功能部署算法MRP相比,MarVNFP算法能减少虚拟网络功能链近40%的跨域数据传输,有效降低了时延。