特征关联的服务功能链可靠性优化算法

针对优化服务功能链(Service Function Chain,SFC)可靠性时资源利用率低的问题,提出了特征关联的服务功能链可靠性优化算法。首先,从底层节点的资源可用率、周边资源密集度、全网中心性评价其作为虚拟网络功能（Virtual Network Function,VNF）实例备选节点的优势,从VNF实例的节点度数与带宽流量评价其作为备选对象的优势。其次,逐个对优越性最高的VNF实例选择备份底层节点,直到所有SFC的可靠性满足客户要求。在为VNF实例选择备份底层节点时,提出了基于资源特征关联感知的备份节点选择算法,将当前VNF实例所映射的底层节点与其他待备份VNF实例的底层节点的邻接节点进行关联,为当前VNF实例选择最优备份底层节点的同时,减少为其他待备份VNF实例选择备份底层节点时链路的开销。仿真结果表明,相比于已有算法,该SFC可靠性优化算法下备份实例数降低了约29%,备份带宽资源消耗降低了约42%,SFC接受率提升了约12%。     

基于深度强化学习的服务功能链可靠部署算法

针对当前关于服务功能链(SFC)的部署问题都未考虑到虚拟网络功能(VNF)的失效重要度,该文提出了基于深度强化学习的SFC可靠部署算法。首先建立VNF和虚拟链路可靠映射模型,为重要的VNF设置高可靠性需求,并通过链路部署长度限制尽可能保证虚拟链路可靠性需求。其次,以负载均衡为资源协调原则,与VNF可靠性联合优化,最终使用深度强化学习得到服务功能链部署策略。另外,提出了基于重要度的节点备份和链路备份策略,用于应对部署过程中VNF/链路可靠性难以满足的情况。仿真结果表明,该文的可靠部署算法在保证可靠性需求的基础上能够有效减少SFC失效损失,同时使虚拟网络更加稳定可靠。     

基于改进灰狼优化算法的服务功能链映射算法

随着工业互联网、车联网、元宇宙等新型互联网应用的兴起，网络的低时延、可靠性、安全性、确定性等方面的需求正面临严峻挑战。采用网络功能虚拟化技术在虚拟网络部署过程中，存在服务功能链映射效率低与部署资源开销大等问题，联合考虑节点激活成本、实例化开销，以最小化平均部署网络成本为优化目标建立了整数线性规划模型，提出基于改进灰狼优化算法的服务功能链映射（improved grey wolf optimization based service function chain mapping，IMGWO-SFCM）算法。该算法在标准灰狼优化算法基础上添加了基于无环K最短路径（K shortest path，KSP）问题算法的映射方案搜索、映射方案编码以及基于反向学习与非线性收敛改进三大策略，较好地平衡了其全局搜索及局部搜索能力，实现服务功能链映射方案的快速确定。仿真结果显示，该算法在保证更高的服务功能链请求接受率下，相较于对比算法降低了11.86%的平均部署网络成本。     

面向时延与可靠性优化的服务功能链部署方法

针对5G网络高可靠性、低时延的服务需求,该文提出一种面向时延与可靠性优化的服务功能链(SFC)部署(DROSD)方法。在不预留冗余资源的情况下,首先通过功能互斥约束来确定SFC中相邻虚拟网络功能(VNF)是否可聚合;其次通过功能性约束、资源约束选择可聚合物理节点集合,实现负载均衡,提高SFC可靠性;然后通过跳数约束进行优化,进一步筛选可聚合物理节点集合以降低SFC的端到端时延;最后通过节点可用资源、节点度以及与原节点跳数指标进行降序排列,取最大值物理节点部署VNF。SFC的路由选择,采用K-最短路径算法。仿真实验表明,该文所提算法提高了请求接受率、长期平均收益开销比,增强了SFC可靠性,降低了端到端时延,减小了平均带宽开销。     

移动边缘计算中服务功能链的自适应优化部署策略

为解决移动边缘计算中面向用户的服务功能链（Service Function Chain,SFC）部署成本开销过大、时延过长问题,提出了针对SFC的支出成本与时延联合自适应优化的部署策略。首先,在虚拟网络功能（Virtualized Network Function,VNF）节点选取阶段,考虑路径损耗这一无线信道衰落问题,根据有线用户与无线用户的位置情况,选择当前最佳节点以降低SFC的响应时延。其次,在服务节点配置阶段,根据用户请求处理的数据内容的新鲜度记录,自适应动态增加和删减相应的缓存,利用资源感知算法在保证数据传递可靠性的同时,减少服务节点的配置个数,降低配置开销。最后,在SFC部署阶段,利用基于KSP（K-shortest Paths）的功耗感知算法确定最佳节点映射排序与通信链路,在减少通信链路重映射的同时还能保证部署的SFC的低成本与低时延。实验仿真结果表明,相比于已有方案,该方法能够有效降低部署成本与时延,并能对不同用户的SFC部署做到自适应优化,提高了SFC的部署成功率。     

一种基于主-备份节点同步映射的VNF热备份机制

网络功能虚拟化实现了网络功能与专属硬件平台的分离,虚拟网络功能（Virtual Network Function,VNF）通过动态组合形成服务功能链,实现同一硬件平台部署不同的功能服务。针对软件定义网络功能服务可靠性和物理网络资源效率问题,提出了一种基于主备份节点同步映射的VNF节点热备份机制。首先,选择满足节点资源约束的物理节点为主备份节点候选映射对;然后,选择满足带宽约束的最短物理链路为服务路径,实现节点与链路资源总开销的优化。实验结果表明,与传统的备份机制相比,该方法能够满足电信级高可靠性的服务需求,降低了VNF节点备份资源总开销,提高了服务请求的接受率和底层物理网络资源的利用率。     

面向可靠性的5G网络切片重构及映射算法

针对传统网络切片映射方法资源利用率低且可靠性差的问题,该文提出了可靠性感知的网络切片(NS)重构及映射策略(RNSRE)。首先,建立了面向可靠性和资源的网络切片可靠映射效用函数。其次,综合考虑虚拟网络功能(VNF)的资源需求和位置约束,提出了一种VNF可靠性需求的度量方法。在此基础上,以最大化VNF可靠部署收益的同时最小化链路带宽资源开销为目标,建立了切片可靠映射整数线性规划模型。最后,针对不同的网络切片类型,提出了基于邻域搜索的网络切片映射算法和关键VNF备份的网络切片重构映射算法。仿真结果表明,所提算法在满足VNF可靠性需求的同时,提高了资源利用率,降低了映射的开销。     

一种采用NFV架构的服务功能链动态编排与部署

随着虚拟化技术的出现,网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV) 和软件定义网络(Software Defined Networking,SDN) 技术使网络功能从硬件中抽象出来并可运行在虚拟机上,将虚拟网络功能映射部署到物理网络上,为用户提供定制化服务。服务功能链(Service Function Chaining,SFC) 由一组虚拟网络功能组成,目前其部署的一个关键问题是如何在保证为用户提供相应服务的同时降低网络资源消耗和负载压力。为此,首先介绍了一种可用于服务功能链编排的NFV 架构,并对基于SRv6 技术的SFC 编排过程进行说明;然后提出了一种有效的SFC动态编排算法——第一步使用广度优先搜索遍历网络并找到部署服务链的最短物理路径,第二步使用蚁群优化算法生成最优部署方案。仿真结果表明,该方案能够有效减轻网络负载,同时平均降低端到端延迟22%,减少带宽资源消耗18%,优化部署成功率23%。     

基于深度Q网络的在线服务功能链部署方法

针对5G网络资源状态动态变化和网络模型高维度下服务功能链部署的复杂性问题,该文提出一种基于深度Q网络的在线服务功能链部署方法(DeePSCD)。首先,为描述网络资源动态变化的特征,将服务功能链部署建模成马尔可夫决策过程,然后,针对系统资源模型的高维度问题采用深度Q网络的方法进行在线服务功能链部署策略求解。该方法可以有效描述网络资源状态的动态变化,特别是深度Q网络能有效克服求解复杂度,优化服务功能链的部署开销。仿真结果表明,所提方法在满足服务时延约束条件下降低了服务功能链的部署开销,提高了运营商网络的服务请求接受率。     

基于深度Q网络的在线服务功能链部署方法

针对5G网络资源状态动态变化和网络模型高维度下服务功能链部署的复杂性问题,该文提出一种基于深度Q网络的在线服务功能链部署方法(DeePSCD).首先,为描述网络资源动态变化的特征,将服务功能链部署建模成马尔可夫决策过程,然后,针对系统资源模型的高维度问题采用深度Q网络的方法进行在线服务功能链部署策略求解.该方法可以有效描述网络资源状态的动态变化,特别是深度Q网络能有效克服求解复杂度,优化服务功能链的部署开销.仿真结果表明,所提方法在满足服务时延约束条件下降低了服务功能链的部署开销,提高了运营商网络的服务请求接受率.     

Reliability‐aware service chaining mapping in NFV‐enabled networks

Network function virtualization can significantly improve the flexibility and effectiveness of network appliances via a mapping process called service function chaining. However, the failure of any single virtualized network function causes the breakdown of the entire chain, which results in resource wastage, delays, and significant data loss. Redundancy can be used to protect network appliances; however, when failures occur, it may significantly degrade network efficiency. In addition, it is difficult to efficiently map the primary and backups to optimize the management cost and service reliability without violating the capacity, delay, and reliability constraints, which is referred to as the reliability‐aware service chaining mapping problem. In this paper, a mixed integer linear programming formulation is provided to address this problem along with a novel online algorithm that adopts the joint protection redundancy model and novel backup selection scheme. The results show that the proposed algorithm can significantly improve the request acceptance ratio and reduce the consumption of physical resources compared to existing backup algorithms.     

Resource optimization algorithm of combination of NFV and SDN for application of multiple services

Various services of internet of things (IoT) require flexible network deployment to guarantee different quality of service (QoS).Aiming at the problem of IoT service function chain deployment,network function virtualization (NFV) and software defined networking (SDN) were combined to optimize resources.Considering forwarding cost and traffic load balance,a joint optimization model of virtual network function placement and service function chain routing was given and was proved to be NP-Hard.In order to solve this model,two heuristic algorithms were proposed.One was the service chain deployment algorithm of first routing then placing (FRTP) and the other was the placing followed by routing (PFBR) based on node priority.Simulation results demonstrate that FRTP and PFBR algorithm can significantly balance network traffic load while alleviating congestion and improving the acceptance ratio of the chain requests compared with other algorithms.     

可生存光纤—无线融合宽带接入网规划方法

光纤—无线融合（fiber-wireless,FiWi）宽带接入网的出现不仅为随时随地的灵活宽带接入提供了新的技术参考,同时也为可生存宽带接入网的低成本设计增加了研究契机。研究了可生存FiWi接入网的网络规划问题,提出一种基于无线重路由保护的可生存网络规划方法。当任意光纤链路断裂时,失效的光网络单元可通过无线重路由将业务转移到其他可用的光网络单元承载。重点解决了无线路由器部署、备份射频接口配置及光网络单元容量分配的联合优化问题,目标是通过最小化网络部署成本实现业务的完全保护。采用整数线性规划方法获得了小规模网络规划问题的最优解,同时提出了适用于大规模网络规划问题的启发式算法。仿真结果证实了所提方法在降低网络部署成本方面的有效性。     

Dynamic recovery for survivable virtual network embedding

Network virtualization is a promising way to overcome the current ossification of the Intemet. It is essential challenge to find effective, efficient and robust embedding algorithms for recovering virtual network. The virtual network mapping algorithm based on integer programming which was proposed months ago. But it did consider the faults of physical network resources, which is so called survivable virtual network embedding （VNE） problem. Previous strategies for enabling survivability in network virtualization focused on providing protection for the physical network or enhancing the virtual networks by providing backup physical resources in advance, and treated all the physical failures as link failures. In the article, a dynamic recovery method is proposed to solve the survivable virtual network embedding problem based on the integer programming VNE algorithm. The dynamic recovery method doesn＇t need to backup physical resources and it makes more substrate resources which can be used in the embedding. The dynamic recovery process will be activated only when physical failures occur. Different algorithms are used to recovery node and link failures. Simulations show that the method helps to recover almost all of physical failures by finding the substitute nodes and paths, and its performance is very close to that of pure VNE method without considering physical failures.     

Joint service function chain deploying and path selection for bandwidth saving and VNF reuse

Service function chain (SFC) is managed as a set of chained virtual network functions (VNFs) in a particular order. The efficiency of a network closely depends on how these VNFs are deployed in the network. In this paper, we study the joint problem of service function chain deploying and path selection for bandwidth saving and VNF reuse. We first describes the problem as a multiobjective and multirestriction problem, and then a heuristic service function chain deployment algorithm based on longest function assignment sequence is proposed. Via simulations, we show that our design can reduce the number of deployed VNFs and link bandwidth requirement jointly and serve more requests than other algorithms.     

一种基于Viterbi算法的虚拟网络功能自适应部署方法

为了应对移动数据流量的爆炸性增长,5G移动通信网将引入新型的架构设计。软件定义网络和网络功能虚拟化是网络转型的关键技术,将驱动移动通信网络架构的创新,服务链虚拟网络功能的部署是网络虚拟化研究中亟待解决的问题。该文针对已有部署方法未考虑服务链中虚拟网络功能间顺序约束和移动业务特点的问题,提出一种基于Viterbi算法的虚拟网络功能自适应部署方法。该方法实时感知底层节点的资源变化并动态调整拓扑结构,采用隐马尔科夫模型描述满足资源约束的可用的底层网络节点拓扑信息,基于Viterbi算法在候选节点中选择时延最短的服务路径。实验表明,与其它的虚拟网络功能部署方法相比,该方法降低了服务链的服务处理时间,并提高了服务链的请求接受率和底层资源的成本效率。