网络功能虚拟化技术研究综述

网络功能虚拟化(network function virtualization, NFV)基于虚拟化技术和标准的商业服务器、交换机、存储器来实现网络功能,用于替代网络中原本采用专用设备的中间盒,为运营商减少了搭建和运营网络的开销,提高了网络服务的灵活性、可扩展性,促进了新兴网络功能的开发和部署.目前NFV仍然处于发展阶段,在系统性能、管理编排、可靠性、可用性、安全性、可编程性等方面仍然存在很多问题,研究人员围绕这些问题展开了大量的研究.对NFV体系结构和基础技术进行了总结,提出了需要解决的关键问题.在此基础上,对已有的NFV研究成果提出了“四象限”的分类方法,并详细分析和比较了典型的解决方案,总结了各方案的优势和开销,对未来的研究趋势进行了展望.     

服务功能链的优化映射策略

服务功能链(Service Function Chains,SFC)是通过虚拟链路互联的一组有特定顺序的虚拟网络功能,服务功能链的优化映射是一重要的研究热点.随着网络业务需求量的增加,网络功能节点周围的链路资源可能无法得到充分利用.针对延迟代价与链路资源利用率,设计了一种服务功能链优化映射策略,并在网络拓扑中进行了仿真...     

移动边缘计算网络下的服务功能链部署优化设计

为解决移动边缘计算网络中面向用户的服务功能链部署算法系统成本支出过大、响应时间长的难题,提出了针对服务功能链成本与时延联合优化设计的方法。首先,在服务功能链构建阶段,根据节点位置和资源状况,选择当前最佳节点减少虚拟网络功能(virtualized network function, VNF)间的时延以提高服务功能链的响应时间。其次,在服务功能链部署阶段,由于映射资源有限,在服务映射节点时应用节点选取算法确定最佳节点映射排列顺序,并从中选取最短加权路径作为各VNF间的通信链路。实验仿真结果表明,相比于已有方案,该方法能有效降低时延和部署成本,并能显著提高服务功能链部署的成功率。     

网络功能虚拟化资源配置及优化研究综述

网络功能虚拟化(network functions virtualization,NFV)利用虚拟化技术将网络功能从专用硬件中分离形成虚拟网络功能,然后把虚拟网络功能映射到通用服务器、交换机或者存储器中,能有效地降低网络投资成本和运营成本,并提高网络服务部署的灵活性。网络功能虚拟化资源配置是实施NFV需要解决的一个关键问题。为深入剖析网络功能虚拟化资源配置,介绍了NFV的体系结构,重点阐述了资源配置的三个阶段及资源配置的优化,最后对高效资源配置面临的挑战和有价值的研究方向进行了思考,为NFV的研究提供参考。     

基于资源需求预测的动态服务功能链迁移方法

针对网络功能虚拟化环境下服务功能链资源需求变化引起的底层网络过载问题,提出一种基于资源需求预测的动态服务功能链迁移方法.首先,综合考虑迁移开销和迁移后底层网络的资源占用情况,建立底层网络开销模型.其次,利用经验模态分解将资源需求序列分解成本征模函数分量与残差分量,再通过径向基函数神经网络实现对各分量的预测,神经网络的训练过程采用粒子群算法进行参数优化.最后,对下一时隙即将过载的物理节点或链路,选择对过载资源占用最多的虚拟网络功能或虚拟链路进行迁出,并基于流量优化的原则,通过对全局拓扑的感知选择能最小化底层网络开销的物理节点迁入.仿真实验表明,所提的资源需求预测模型在提高预测精度的同时能缩短预测时间,所提的服务功能链迁移方法在降低底层网络开销、减少端到端时延和提高服务功能链可靠性等方面有较好性能.     

网络功能虚拟化技术综述

无论是企业网还是数据中心,为实现相关应用功能、提升网络性能和加强网络安全等部署了大量的网络功能设备,但这些网络功能设备大多基于硬件,存在功能固化、扩展能力差、统一管理困难等问题。为解决上述问题,学术界和工业界不约而同将目光投向了网络功能虚拟化NFV技术。通过解耦网络功能和物理设备,使网络功能不受物理设备的约束,便于网络设备服务的升级更新,同时,NFV为新的体系结构、系统和应用的产生提供了可能。首先介绍了NFV技术,并与云计算和SDN进行对比,然后从VNF的系统结构、数据平面、控制平面、部署方式、实现语言和应用6个维度详细阐述了当前的研究成果,最后总结并展望了NFV未来的研究发展方向。     

基于资源感知的多域服务功能链编排成本优化

网络功能虚拟化技术的兴起使得实例化为服务功能链(SFC)的网络服务能够共享基底网络,缓解了传统网络体系结构僵化的问题.然而,网络中大量服务请求给多域SFC编排带来了新的挑战.首先由于域内网络资源信息及内部策略的保密性,使得多域SFC的编排更为复杂.其次多域SFC编排要确定最佳候选编排域集,先前的研究较少考虑域间负载的均衡性,对服务接受率造成了消极影响.此外跨网络域编排服务请求对服务的成本和响应时间提出了更严格的要求.为解决上述挑战,在本文中,我们首先针对多域网络隐私性需求,提出了域级图的构造方法;然后基于域间负载均衡提出了域权重的计算方法进行SFC编排域的选择;最后,针对多域网络成本和响应时间需求,提出编排算法.实验结果表明,提出的算法有效地权衡了平均服务成本和接受率,并且在服务平均响应时间方面也得到了优化.     

用户QoS与网络资源感知的服务功能链部署方法

软件定义网络与网络功能虚拟化的发展,使得运营商可以更加灵活的根据用户请求部署服务功能链(Service Function Chains,SFC)为用户提供服务.当前对SFC部署方法的研究大多考虑了运营商的利益,不考虑用户体验到的服务质量(Quality of Service,QoS)或是考虑的维度单一.鉴于此,提出了一...     

网络功能虚拟化中延时感知的资源调度优化方法

网络功能虚拟化(network function virtualization, NFV)旨在以软件的方式实现网络功能从而替代传统网络中的专有硬件设备.为了应对日益增长的资源密集型需求,面向软件的网络功能虚拟化带来了如虚拟网络功能的管理、低延迟的调度和虚拟网络资源分配等问题.虚拟网络功能调度问题本身为NP-hard,在虚拟网络功能资源调度延迟的特定问题上,为保证良好的用户体验,需要确保网络资源被合理地分配和协调以防止资源的过度供应和保持端到端低延迟.针对网络资源调度的延时问题建立了以最小化资源调度总体服务延迟为目标的整数线性规划模型.此外,为了满足网络动态性较高的特性,设计了一种基于贪婪的启发式算法,此算法首先构建辅助图,然后根据考虑到网络传播时延影响的不同业务链之间的时延影响分析来选择资源调度方案,并且对很多点处理功能采用了多路传输的方式.最终的实验结果表明：所提算法可以有效地指导模型的求解,在降低网络总体服务延时方面比之前相关研究有5%~15%的性能提升.     

网络功能虚拟化环境下安全服务链故障的备份恢复机制

针对网络功能虚拟化(network function virtualization, NFV)环境下安全服务链(security service chain, SSC)故障问题,提出一种基于比例资源预留的备份恢复机制.该方法采用前摄性处理思想,预先在物理网络中按比例划分主备用资源并构造节点/链路候选集合;当发生节点故障时,从候选集合中选取重映射目标并为其分配预留的备用资源,利用改进的离散粒子群(discrete particle swarm optimization, DPSO)算法及时地解决节点故障重映射问题,在降低资源占用的同时提高故障修复率;当发生链路故障时,通过改变底层物理路径流量分割比例,将受影响流量迁移到候选集合的可用链路中,设计动态路径分割算法有效解决了链路故障重定向问题,实现底层物理网络资源剩余价值最大化.仿真实验验证了算法在不同物理网络环境下的适应性和不同故障模型下的有效性,此外,还初步探索了主用比例的取值对所提备份恢复机制的影响.     

基于资源拆分的虚拟网络功能服务链映射算法

针对网络虚拟化环境下虚拟网络功能服务链的资源分配以及部署问题,提出了基于资源拆分的虚拟网络功能服务链部署策略。通过对租户的资源需求进行主动拆分,利用更小的资源分配粒度达到提高物理资源利用率的目的。利用最优化理论将虚拟网络功能服务链的资源分配问题建模成具有链式拓扑结构的虚拟网络映射问题,并通过设计高效的启发式算法以有效地解决这一问题。实验结果表明,该算法与其它虚拟网络映射算法相比,能有效提高物理资源的利用率以及租户请求的接收率。     

基于SDN/NFV的安全服务链自动编排部署框架

针对云计算等虚拟化环境的安全防护问题,提出了一种基于SDN/NFV技术思想的安全服务链自动编排部署框架.论文通过扩展ABAC策略模型以描述用户的安全需求,采用优先级解决策略冲突以编排虚拟安全设备,依据网络中虚拟安全设备实例负载与实时链路传输时延来调度网络流,最终由SDN控制器生成流表下发到网络中完成流量重定向,实现了根据安全需求自动构建安全服务链的过程.整个框架在基于开源控制器FloodLight和虚拟安全设备的实验环境中实现了自动编排部署,取得了预期效果.     

基于深度强化学习的服务功能链多维资源优化

在网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)环境下,保证用户服务功能链(Service Function Chain,SFC)服务质量的同时节约资源消耗,降低运营成本,对运营商来说至关重要.联合考虑SFC部署和无线接入网资源分配,提出一种基于深度强化学习的SFC多维资源联合...     

基于软件定义安全的服务功能链设计

随着云计算的高速发展和广泛应用,云环境下安全防护成为亟待解决的问题.针对如何灵活、动态的调度虚拟化的安全设备问题,论文提出基于软件定义安全的服务功能链,根据用户需求构建安全服务功能链,调度安全资源池中的虚拟安全设备,实验证明本文方法的有效性.     

基于机器学习的数据流突变型服务功能链构建策略

在SDN/NFV协同的未来网络架构下,针对增强移动宽带场景中因数据流突变造成的服务功能链低可用问题进行了研究,并提出了一种基于启发式闭环反馈算法的服务功能链动态构建策略。该算法分服务功能链的部署模块和反馈调整模块两部分。首先,基于资源优化模型实现服务功能链的初始化部署,其中对资源优化模型的求解选择利用遗传算法;然后,通过引入机器学习算法随机森林回归对当前服务功能链可承载的数据流量大小进行实时预测,以实现相应的反馈调整。整个服务功能链的构建策略是一种基于遗传和随机森林回归预测的启发式闭环反馈算法设计。仿真结果表明,在应对突变数据流时与现有的遗传和禁忌搜索算法相比,所提算法的用户接受率提高了12%,对底层资源的占用降低了19%。