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.     

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。     

网络功能虚拟化下服务功能链的资源管理研究综述

伴随着云计算,软件定义网络和网络功能虚拟化等网络新技术的出现,未来网络运维向着虚拟化、智能化的方向不断迈进.网络功能虚拟化提供了一种服务节点虚拟化的方法,它采用通用服务器替代传统网络中的专用中间件,可以大大降低网络运营商的建设和运营成本,提升网络管理的灵活性和可扩展性.由于网络端到端服务通常需要不同的服务功能,采用虚拟化技术构建网络服务功能链,进行资源的合理分配和调度成为一个重要的研究课题,引起了学术界和工业界的广泛关注.从网络功能虚拟化的技术背景出发,介绍了网络功能虚拟化下服务功能链资源管理的基础架构、技术基础和应用场景.而后基于服务功能链编排的不同阶段,将现有理论研究划分为4个部分：组链、部署、调度和按需缩放分别展开论述,从问题出发介绍和分析了研究现状.最后,针对现有存在问题,提出了一些拟解决方案,并对未来的研究方向进行了展望.     

基于网络功能虚拟化的网络试验平台的设计与实现

21世纪已进入了信息时代,网络平台的使用越来越广泛,新型的网络设备在投入使用之前要经过严格的测试把关,但是这种测试在越真实的网络环境下进行效果才会越明显,所以要通过购置大量的网络设备来搭建虚拟的网络环境,越接近真实的网络环境会越成功。然而,对于很多较为复杂的网络系统来说,这样做会面临很多现实问题,比如,成本巨大、技术要求过高、耗时过长等。虚拟化技术是将现实的资源转化成虚拟的资源,并且使其更为抽象,使用虚拟技术,用软件来实现网络的功能,以此来代替传统的硬件加软件方式实现各种网络功能。可以通过网络试验平台来实现对资源的管理以及远程访问,同时还能描述服务器端性能监控以及绘制和存储网络拓扑等,基本上可以满足网络试验的常规要求。     

网络虚拟化:可感知虚拟机的网络

虚拟化网络作为数据中心虚拟化的核心之一,其在数据中心虚拟化的过程中具有不可或缺的作用,对虚拟化数据中心的运营管理影响重大。网络虚拟化是虚拟化技术的重要组成部分,其虚拟机感知能力是新数据中心的必备能力。对软件虚拟交换机和支持虚拟化功能的物理交换机这两种虚拟化网络技术进行详细分析和比较。     

网络功能虚拟化现实吗

在此文中,我们将讨论一下网络功能虚拟的历史和起源,还要讨论网络从以硬件为中心的方法演变到软件驱动模式的前景。最后还要看看未来的市场影响,并讨论在几乎所有网络功能都可被虚拟化时,网络功能虚拟化如何可以帮助企业实现其目标。     

网络虚拟化技术中的虚拟网映射问题及其研究现状

目前,随着网络需求与规模的不断增大以及网络流量的快速增加,传统网络的运营模式很难满足日益增长的网络需求,这给未来互联网技术的发展与革新造成了一定的障碍。近年来,网络虚拟化作为一种有效解决互联网僵化问题的技术方式,目前已经受到了国内外相关领域的广泛关注。网络虚拟化以其自身的优势给互联网技术带来了一定的积极影响外,也在一定程度上给网络资源的管理提出了较大的挑战。该文就网络虚拟化技术中的虚拟网映射问题及其研究现状对网络虚拟化及分层服务提供模型进行了阐述,分析了当前虚拟网映射算法存在的不足及研究现状,并提出了一种基于路径集多商品流问题模型的虚拟网映射算法。     

油田企业数据中心虚拟化技术综述

介绍了油田企业数据中心的运行现状,阐述了虚拟化的一般概念,分析了数据中心虚拟化技术的优势并指出其不足。针对油田企业数据中心存在的一些问题,提出应用虚拟化技术,把物理的数据中心打造成虚拟的数据中心是缓解这些问题的一个可行方案,并给出其应用思路。简要论述了数据中心虚拟化技术的发展趋势和前景。     

虚拟化技术下的安全

随着作为云底层的虚拟化技术的蓬勃发展,在很多机构中,虚拟化技术已经成为其基础IT架构中的重要组成部分,许多虚拟化技术的优势也在各个部门中体现,如：服务器整合、更快更强大的硬件、简单的使用方法、灵活的快照技术,强大的故障迁移能力以及灾备能力等.在虚拟化技术应用越来越广泛的今天,虚拟化的安全问题也成为了这种繁荣背后的隐患.虚拟化技术的安全缺陷主要包括：宿主系统的安全、虚拟网络的安全、虚拟系统的安全以及主机系统和虚拟系统之间的控制安全等.     

基于深度强化学习的能源高效VNF放置和链接方法

网络功能虚拟化(NFV)技术的出现使得网络功能由虚拟网络功能(VNF)提供, 从而提高网络的灵活性, 可扩展性和成本效益. 然而, NFV面临一个重要挑战是, 如何有效地将VNF放置不同的网络位置并链接起来引导流量, 同时最大限度减少能源消耗. 此外, 面对网络服务质量要求, 提高服务接受率对于网络性能也是至关重要的. 为了解决这些问题, 本文研究了NFV中的VNF放置和链接(VNFPC), 以最大化服务接受率同时权衡优化能源消耗. 因此, 在NFV中设计了一种基于Actor-Critic深度强化学习(DRL)的能源高效的VNFPC方法, 称为ACDRL-VNFPC. 该方法应用了适应性共享方案, 通过在多服务之间共享同类型VNF和多VNF共享同一个服务器来实现节能. 实验结果表明, 提出的算法有效权衡了能耗和服务接受率, 并且, 在执行时间方面也得到了优化. 与基准算法相比, ACDRL-VNFPC在服务接受率, 能耗和执行时间方面性能分别提高了2.39%, 14.93%和16.16%.     

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。     

CloudSimSDN-NFV: Modeling and simulation of network function virtualization and service function chaining in edge computing environments

Software-defined networking (SDN) has evolved and brought an innovative paradigm shift in computer networks by utilizing a programmable software controller with open protocols. Network functions, previously served on dedicated hardware, have shifted to network function virtualization (NFV) that enabled functions to be virtualized and provisioned dynamically upon generic hardware. In addition to NFV, edge computing utilizes the edge resources close to end-users, which can reduce the end-to-end service delay and the network traffic volume. Although these innovative technologies gained significant attention from both academia and industry, there are limited tools and simulation frameworks for the effectiveness evaluation in a repeatable and controllable manner. Furthermore, large-scale experimental infrastructures are expensive to setup and difficult to maintain. Even if they are created, they are not available or accessible for the majority of researchers throughout the world. In this paper, we propose a framework for simulating NFV functionalities in both edge and cloud computing environments. In addition to the basic network functionalities supported by SDN in CloudSimSDN, we added new NFV features, such as virtualized network functions allocation, migration, and autoscaling with the support of corresponding network functionalities, such as flow load balancing, rerouting, and service function chaining (SFC) maintenance. We evaluated our simulation framework with autoscaling and placement policies for SFC in the integrated edge and cloud computing environments. The results demonstrate its effectiveness in measuring and evaluating the end-to-end delay, response time, resource utilization, network traffic, and power consumption with different algorithms in each scenario.     

基于本地虚拟化技术的隐藏进程检测

自隐藏恶意代码已成为PC平台下急需解决的安全问题,进程隐藏则是这类恶意代码最常用和最基本的规避检测的自隐藏技术。针对这个问题,提出了一种新的基于本地虚拟化技术的隐藏进程检测技术——Gemini。基于该本地虚拟化技术,Gemini在本地化启动的虚拟机中（Local-Booted Virtual Machine)完整重现了宿主操作系统的运行环境,结合隐式的真实进程列表（TVPL)获取技术,Gemini实现了在虚拟机监视器（VMM)内检测宿主操作系统内隐藏进程的能力。测试结果证明了宿主计算环境重现的有效性与隐藏进程检测的完整性。     

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...     

网络功能虚拟化环境中大规模资源状态监测策略

在网络功能虚拟化（NFV）环境中,为了提高网络中基础设施资源利用率,高效动态部署服务功能链,编排管理域需要对网络中底层资源及虚拟网络功能状态进行实时监测,但实时监测会产生大量通信开销。提出了网络通信开销最小化的智能分布式监测策略,通过改进的标签传播算法智能划分子网并选择代理监测节点,实现了对资源和虚拟功能状态的高效监测,并使监测信息通信开销最小。仿真结果表明,所提监测策略使网络中监测信息通信开销降低约13%。图4 不同算法下子网节点数量方差图     

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%。     

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。     

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。