SDN/NFV下的5G网络资源切片管理机制

网络切片是伴随着第五代移动通信网络而产生的新型网络组织形式,以低成本、高效率的方式实现对未来多样化的5G使用场景的支持,而如何高效分配底层网络资源以实现5G网络切片已成为当前研究热点.为了优化5G网络切片的资源调度,本文为网络切片的不同阶段设计了相应的资源管理策略,包括切片创建、调整和回收机制.切片创建机制采用粒子群算...     

基于软件定义网络的可靠性虚拟网络映射保障机制

在软件定义网络（SDN）虚拟网络映射中,现有研究者主要考虑请求接受率方面,而忽视了SDN中底层资源失效的问题。为此,针对SDN中可靠性虚拟网络映射（SVNE）问题,提出了一种联合先验式保护和后验式恢复的虚拟网络映射保障机制。首先,在虚拟请求接受之前,对SDN物理网络区域性资源进行感知;然后,采用先验式保护机制为映射域内相对剩余资源变小的虚拟网络元素预留备份物理资源,并将此扩展虚拟网络通过D-ViNE算法映射至物理网络中;最后,在未备份虚拟网络元素发生故障时,采用后验式恢复算法完成故障的恢复,对节点和链路分别采用重映射和重路由的方法完成恢复。实验结果表明,与基于SDN的生存性虚拟网络映射算法（SDN-SVNE）相比,在虚拟请求接受率方面提高了21.9%。另外,该保护机制在虚拟级别故障恢复率、物理级别故障恢复率等方面也具有优势。     

5G网络切片中基于离散粒子群和Kruskal算法的跨域虚拟网络映射

5G移动通信网将租用多个基础设施提供商的数据中心等资源共同合作构建网络切片,针对如何高效地进行跨域虚拟网络映射这一网络切片全生命周期管理中的关键问题,提出一种两阶段的跨域映射策略DPSO-K。首先基于资源竞价统筹考虑节点资源和域间带宽资源,然后提出基于优化离散粒子群算法的跨域虚拟网络映射,可以有效提高寻优能力;对于开销相对较小的域内映射来说,提出一种基于Kruskal最小生成树的快速算法,旨在缩短切片实例化时间,减小业务上线速度。相比于传统先进行虚拟网络映射划分请求再统一映射链路的方法,该策略在划分请求中考虑域间带宽开销,在映射链路中关注重点链路的映射,采用集中管理、分布控制的方式实现物理网络资源的有效利用。实验结果表明该算法能够以更小的额外开销、更短的划分时间实现更高的接受率。     

基于业务类型的网络切片可靠性映射算法

网络切片是5G网络的基础架构技术,为在多个切片共享同一底层网络资源的同时保证切片的可靠性,提出一种区分业务类型的网络切片可靠性映射算法,解决底层网络链路故障、网络切片可靠性与资源利用率相互矛盾的问题.通过区分切片承载业务类型,对高可靠低时延切片请求的链路提前构建备份路径,并采用基于最大生成树链路的备份资源共享保护方法,...     

基于加权图的链路映射算法

服务功能链(Service Function Chain, SFC)作为一种服务部署概念,为网络提供了更高的灵活性。文中研究服务功能部署中的映射问题,针对服务功能链的业务编排平面部署提出一种基于加权图的链路映射算法,来平衡功能服务节点部署到物理节点上的负载要求。给出了一种服务功能虚拟链路的映射算法,即先进行服务功能组合,随后针对实际的链路情况进行建模分析,利用效率矩阵求解初值,最后利用启发式算法对前者进行纠正。通过建模分析,并与降低链路带宽需求的图匹配策略的特征向量分解算法进行对比,该算法可以在链路节点负载和链路带宽均衡的情况下完成服务请求,并且在服务链长度不断增长和流量数增加的过程中,算法对于吞吐量的变化更加稳定,可以降低对于现有物理网络进行映射的代价。     

5G网络切片研究进展

作为5G及未来通信网络的关键使能技术,网络切片凭借其在垂直行业定制、服务质量保障、灵活性、可靠性等方面的潜在优势,获得了运营商和学术界的广泛关注和认可。目前,已有不少相关组织以专题报告的形式呈现了其对网络切片的理解及未来发展设想。但是,这些报告的侧重点各有不同且相关术语尚未规范统一,此类问题的存在给研究人员理解网络切片带来了诸多阻碍。为便于研究人员把握网络切片的发展脉络、技术架构,以及管理编排等具体内容,文中对相关研究进行了综述。首先介绍了网络切片的产生背景、具体含义以及功能特性。其次,针对端到端网络切片的实现,分别就接入网切片、承载网切片以及核心网切片这3方面的内容,对近年来的网络架构发展、技术突破以及标准化成果展开了论述。而后就网络切片管理与编排的具体内容进行了介绍与分析,并依据切片场景的不同对相关研究进行了分类梳理与比较。最后,结合网络切片的发展需求和现实困境,指出了目前研究所面临的一些开放性挑战。     

基于SDN的虚拟网络映射问题研究综述

传统IP网络架构越来越不适应日益增长的网络业务与应用,一种新型的网络架构应运而生,即软件定义网络。它实现数据面和控制面相分离,同时具有集中控制、开放接口、可编程等特性。研究了基于该网络架构的虚拟网络映射问题,即如何将带有约束条件的虚拟网络请求映射到由传统电信商提供的底层物理网络中。首先给出虚拟网络映射问题的定义及目标,然后对现有的多种经典映射算法进行分类,并同时对比与分析,最后在此基础上对未来虚拟网络映射算法提出一些建议与改进思路。     

基于节点可靠度的虚拟SDN网络映射算法

为应对网络故障,提升网络的可靠性,该文针对SDN网络环境设计了节点的可靠度指标,提出了基于节点可靠度的虚拟SDN映射算法。在初始可靠映射阶段,该算法根据节点可靠度指标进行vSDN映射,部署控制器时兼顾了控制器与交换机的时延,同时考虑控制网络的重要性,为控制网络构建相应的备份资源;在故障恢复阶段,针对物理SDN网络单节点或单链路故障,算法使用迁移方法应对控制节点失效的情况,使用重映射方法应对其他故障。仿真结果表明,算法在请求接受率、故障恢复率、有效承载率和平均控制时延等指标上取得了较好的结果。     

低轨星座网络拓扑的抗毁性研究进展

近年来随着人类太空探索的快速发展,大量低轨星座相继部署,以星链为代表的星座已掀起了各国的研究热潮。该综述旨在结合低轨星座网络拓扑特点,对抗毁性评估指标和优化模型进行总结剖析。以星链为例,阐述了新型低轨星座的建设现状,对常见的卫星网络拓扑构型进行了分类与优劣对比,分别从节点和链路两个角度梳理了近年来的建模方法。比较评价了典型的抗毁性评估测度与方法,总结了卫星网络拓扑优化算法的研究现状及存在问题,从应用层面提出展望。     

网络切片技术在矿山通信网络中的应用研究

针对目前矿山通信网络多源异构的系统架构具有资源共享率低、维护升级困难、垂直业务部署配置不够灵活高效等问题,将网络切片(NS)技术应用于矿山通信网络中。构建了基于NS的矿山通信网络架构,NS在矿山通信网络中的部署分为业务实例层、网络切片实例(NSI)层、资源层,分别与矿山通信网络的应用层、传输层、感知层对应:业务实例层负责具体井下业务创建及生命周期维护;NSI层通过将设备抽象为独立的NS,生成可定制、逻辑独立、业务隔离的NSI,以供不同需求的业务订购者定制使用;资源层负责对NSI层提供计算、存储、转发、无线接入等功能。通过动态修改NS模板内各网络主要性能指标参数,实现对NSI生命周期的管理,满足了业务对NS按需定制、灵活使用的需求;通过对NSI隔离属性进行动态配置和管理,以及对NSI隔离要求进行全局性操作,实现NS隔离,达到NS所承载业务之间互不干扰的目的。根据时延敏感类、带宽敏感类和连接数量敏感类井下业务对NS划分,给出了典型井下业务下NS工作状态,可满足矿山通信网络对差异化垂直业务的灵活配置需求。     

基于网络资源相关性的虚拟网络映射算法

针对网络虚拟化环境中资源利用率较低的问题,通过建立资源相关性度量模型,刻画虚拟节点和物理顶点之间的匹配程度,根据虚拟节点和物理顶点之间的资源相关性,将虚拟节点映射到资源相关性较强的物理顶点上;为了降低虚拟链路的映射路径长度,通过建立节点间邻接关系模型,将相邻的虚拟节点映射到邻接的物理顶点上。实验结果表明,提出的虚拟网络映射算法均衡了物理网络资源的分布状态,降低了虚拟网络映射的资源代价,提高了虚拟网络请求接受率。     

基于熵权法的虚拟网络映射算法

目前虚拟网络研究的一个热点是虚拟网络映射,但是传统两阶段算法中的节点映射算法着重于提高网络资源利用率,而忽略了网络的整体负载性能。为了避免现有映射算法中使用单一固有属性计算拓扑势值带来的片面性,在节点映射过程中增加了节点的另一个固有属性。但是,由于这两个固有属性之间的数量级相差较大,从而引入熵权,通过计算两个属性的熵权值来优化拓扑势值的计算,提出了一种基于熵权法的虚拟网映射算法。仿真实验结果表明,所提出的算法提高了映射接受率,并降低了网络的整体负载。     

基于改进BN模型的网络切片安全部署方法

为了满足5G垂直用户对于网络切片部署时细粒度安全隔离需求,同时兼顾用户的隔离需求和提高资源利用率,提出了一种基于改进BN模型的网络切片安全部署方法。首先提出了一种双层BN模型的网络切片部署架构,基于SBA（service based architecture）设计了虚拟机容器的双层虚拟化架构,将网络切片根据其所属用户的隔离需求分配利益冲突类标签,基于改进的BN模型部署规则确定网络切片的隔离部署策略;然后将该部署方法建立为整数线性规划模型,并将部署成本作为目标函数,通过最小化目标函数实现低成本部署网络切片;最后使用遗传算法对该问题仿真求解。实验结果表明,该安全部署方法在满足网络切片安全隔离需求的前提下降低了部署成本。     

基于强化学习的高可靠性多域虚拟网络映射算法

现有的虚拟网络映射算法大多是依赖于人工规则对节点进行排序,决定节点先后映射的顺序,来优化节点映射从而提高虚拟网络请求的成功率。而在链路映射阶段普遍采用广度优先搜索算法,忽略了节点资源和链路资源具有强相关性的特点,从而只能取得局部最优的映射结果。针对上述问题,基于5G多域异构网络环境,从网络的可生存性的保护角度出发,提出一种使用双层强化学习的虚拟网络映射算法。将强化学习同时应用于网络映射的节点和链路两阶段,使用梯度策略和反向传播的方法对该网络模型进行训练,并使用此训练模型完成映射。仿真结果表明,与对比算法相比,该算法在优化节点映射的同时优化了链路映射,且在映射成功率、长期收益率、节点和链路的利用率等方面均取得较好结果。     

Topology awareness algorithm for virtual network mapping

Network virtualization is recognized as an effective way to overcome the ossification of the Internet. However, the virtual network mapping problem (VNMP) is a critical challenge, focusing on how to map the virtual networks to the substrate network with efficient utilization of infrastructure resources. The problem can be divided into two phases: node mapping phase and link mapping phase. In the node mapping phase, the existing algorithms usually map those virtual nodes with a complete greedy strategy, without considering the topology among these virtual nodes, resulting in too long substrate paths (with multiple hops). Addressing this problem, we propose a topology awareness mapping algorithm, which considers the topology among these virtual nodes. In the link mapping phase, the new algorithm adopts the k-shortest path algorithm. Simulation results show that the new algorithm greatly increases the long-term average revenue, the acceptance ratio, and the long-term revenue-to-cost ratio (R/C).     

基于粒子群优化算法的5G网络切片功能迁移机制

在5G的多应用场景中,数据流量经常出现剧增的情况,网络切片中虚拟机资源可能无法满足用户正常需求。鉴于此,提出了一种以负载均衡为目标的网络切片功能迁移机制。该机制基于粒子群优化算法,将虚拟机模拟成粒子,每次迁移过程中,将所有的粒子分成若干个子群,在群内和群间同时应用粒子群优化算法,参照历史最优解和当前全局最优解更新粒子位置,通过选取标记因子较小的粒子实时比较合适度等参数确定最佳目标粒子,完成迁移过程,该机制既提高了收敛速度,又提高了算法精度。通过与其他迁移方法比较,结果表明,所提迁移机制具有精度高、收敛快的优点,并能提升资源的使用效率,降低了数据中心的能耗,具有较好的自适应性。     

面向SDN/NFV环境的网络功能策略验证

SDN与NFV技术带来了网络管理的灵活性与便捷性,但SDN的动态转发策略可能导致网络功能策略失效,同时不同网络功能的策略可能互相影响,引起冲突问题.为了在基于SDN/NFV的云网络中对网络功能的策略进行验证,分析了网络功能与SDN设备之间、跨网络功能之间的策略冲突,建立了统一策略表达进行策略解析,设计策略验证方案、框架...     

SELFNET 5G mobile edge computing infrastructure: Design and prototyping

This paper presents the design and prototype implementation of the SELFNET fifth-generation (5G) mobile edge infrastructure. In line with the current and emerging 5G architectural principles, visions, and standards, the proposed infrastructure is established primarily based on a mobile edge computing paradigm. It leverages cloud computing, software-defined networking, and network function virtualization as core enabling technologies. Several technical solutions and options have been analyzed. As a result, a novel portable 5G infrastructure testbed has been prototyped to enable the preliminary testing of the integrated key technologies and to provide a realistic execution platform for further investigating and evaluating software-defined networking– and network function virtualization–based application scenarios in 5G networks.     

A virtual network mapping algorithm based on integer programming

The virtual network （VN） embedding/mapping problem is recognized as an essential question of network virtualization. The VN embedding problem is a major challenge in this field. Its target is to efficiently map the virtual nodes and virtual links onto the substrate network resources. Previous research focused on designing heuristic-based algorithms or attempting two-stage solutions by solving node mapping in the first stage and link mapping in the second stage. In this study, we propose a new VN embedding algorithm based on integer programming. We build a model of an augmented substrate graph, and formulate the VN embedding problem as an integer program with an objective function and some constraints. A factor of topology-awareness is added to the objective function. The VN embedding problem is solved in one stage. Simulation results show that our algorithm greatly enhances the acceptance ratio, and increases the revenue/cost （R/C） ratio and the revenue while decreasing the cost of the VN embedding problem.