一种保证NFV可靠性的最优备份拓扑生成方法

网络功能虚拟化（NFV）将服务功能链（SFC）映射到底层网络时,与传统的虚拟网络一样,会存在可靠性问题。本文针对NFV环境中的单链路故障,在考虑SFC拓扑设计和映射的基础上添加备份拓扑提高可靠性,再进一步简化备份拓扑,减少资源消耗。按照服务路径是否可分离,提出了两种最优备份拓扑的生成算法。仿真结果表明,最优备份拓扑在提高可靠性的基础上能够有效的减少备份带宽资源的消耗,提高资源利用率。     

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。     

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。     

一种基于动态规划的vEPC服务功能链部署方法

5G移动通信网虚拟化场景下,如何高效部署核心网服务功能链是实现虚拟化演进分组核心网业务高效部署的关键问题。针对现有部署方法难以满足移动通信低时延业务需求的问题,本文提出了一种基于动态规划的服务功能链部署方法。该方法通过解决相互依赖的每个虚拟网络功能部署这一子问题,然后递归的解决整个服务功能链的部署问题,找到网络服务时延开销最小的部署方案。仿真实验表明,该方法在网络服务的处理时间、请求接受率、收益和算法执行时间等方面具有良好的性能。     

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...     

基于在线实例配置的服务功能链部署方法

为应对实际环境中网络流量的动态变化,同时降低运营商的运营成本,提出基于在线服务功能扩展的服务功能链部署方法。将空置状态虚拟功能实例的生命周期管理问题建模为雪橇租赁模型,采用雪橇租赁问题的最优解配置空置服务功能实例的生命周期,并设计自适应扩展开销最小化的在线服务功能实例扩展算法。以服务功能实例自适应扩展的结果作为约束条件,将每一时刻的服务功能链部署问题建模为整数线性规划问题,利用遗传算法求解带宽开销最小化的服务功能路径,实现动态场景下的服务功能链部署。仿真结果表明,该方法能根据网络流量变化动态调整虚拟资源,降低服务功能实例自适应扩展成本,节省带宽资源。     

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。     

一种基于备份代价重要度的虚拟网络功能备份方法

为了保证网络服务的可靠性,降低备份资源成本开销,首先在初始映射视图中计算每个虚拟网络功能的备份代价重要度,每次迭代选择具有最大和次大备份代价重要度的虚拟网络功能进行联合备份,通过相应的选择和更新模型最终得到最优的备份策略。最后,将该方法与其他三种方法进行对比实验,所提算法在备份成本开销、占用的物理节点数量、服务请求接受数量和备份资源利用率上具有良好的性能。     

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。     

一种基于干扰估计的虚拟功能服务链创建及部署方法

针对网络功能虚拟化中服务链性能受到负载干扰的问题,提出一种考虑虚拟功能间干扰的虚拟功能服务链部署方法。首先,基于CPU利用率和I/O带宽对虚拟功能干扰度进行估计;然后,构建虚拟功能部署和链路创建模型,从链路速率、节点数量、延迟等角度提出了服务链部署优化目标;最后,以干扰度估计结果为依据,根据模拟退火思想提出一种服务链功能组合和选择方法,并利用部署模型将链路实例化。实验结果表明,和现有方法相比,本文方法能够有效提高服务链的执行性能并满足部署优化目标。     

基于资源效用最大化的虚拟网络功能备份方法

针对网络功能虚拟化环境下组成服务功能链的虚拟网络功能故障所引起的网络服务故障问题,提出一种最大化资源效用的虚拟服务功能备份方法来提高网络可靠性。首先,对虚拟服务功能备份问题进行详细分析并建立了可靠性评估模型,提出了改进的备份机制,并证明了该机制与其他机制相比的优势;其次,对全网络设计了全局备份算法和备份选择策略来对相应的虚拟网络功能选取备份直到满足可靠性需求。仿真实验结果表明,与GREP方法、联合备份机制加上随机选择策略（JP+random selection）及双重共享式备份机制加上随机选择策略（DSP+random selection）相比,该方法在可靠性和资源利用率上取得了优异的性能,特别是服务功能链请求接受率提高18.8%~25%,资源效用利用率提高15%~20%。实验结果表明该方法能较为有效地利用资源来提升网络可靠性。     

一种面向边缘环境的多实例服务链在线部署算法

边缘设备的资源有限性促使部署边缘服务需要深入理解网络功能的资源消耗情况.通过无线路由器上容器化网络功能部署实验得出,除了处理业务流的计算开销外,网络功能实例间的通信也会消耗大量CPU资源.基于该发现,考虑在近距离和相对低负载的对等边缘设备上分布式地部署网络功能实例,在满足时延约束的条件下均衡流量,从而最小化边缘设备负载...     

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.     

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。     

可信服务链安全架构研究

针对网络功能虚拟化中服务链的安全性问题,提出一种基于可信计算的安全服务链架构。首先,基于可信计算为网络功能虚拟化架构设置可信管理中心模块,为虚拟网络功能实例的生成、服务链的生成和调整提供可信认证;然后,针对服务链的生成和调整设计了相关安全协议;最后,将HOTP协议引入模型之中,实现了服务链各实例之间的安全认证与安全传输,并支持服务链节点的动态扩充和调整。经过架构仿真分析表明,本安全架构在保证服务链动态性的同时提高了安全性。     

面向网络安全资源池的智能服务链系统设计与分析

传统网络安全架构通过将流量引导经过硬件形式的网络安全功能设备来保障网络安全,该架构由形式固定的硬件组成,导致网络安全区域部署形式单一,可扩展性较差,在面对网络安全事件时无法灵活地做出调整,难以满足未来网络的安全需求。面向网络安全资源池的智能服务链系统基于软件定义网络与网络功能虚拟化技术,能够有效解决上述问题。基于网络功能虚拟化技术新增虚拟形式的网络安全功能网元,结合已有的硬件网元构建虚实结合的网络安全资源池,并基于软件定义网络技术实现对连接网元的交换设备的灵活控制,从而构建可动态调节的网络安全服务链;基于安全日志检测与安全规则专家库实现对网络安全事件的检测与生成对应的响应方案,从而能够在面对网络安全事件时通过集中式控制的方式实现服务链的动态智能调节;对服务链的部署过程进行数学建模并设计了一种启发式的服务链优化编排算法,实现服务链的优化部署。通过搭建原型系统并进行实验,结果表明,所设计系统能够在面对安全事件时在秒级时间内完成安全事件的检测,并能够在分钟级时间内完成对安全服务链的自动调整,所设计的服务链优化部署算法能够将服务链对虚拟安全资源池中资源的占用降低65%。所设计系统有望运用于园区...