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。     

网络功能虚拟化网络功能虚拟化:基于虚拟化的中间件盒子

基于虚拟化的中间件盒子的模型,采用x86架构的电脑硬件设备,依托虚拟化平台构建了一种集成了路由器、语音服务器、虚拟桌面等服务的虚拟中间件盒子。该虚拟中间件盒子采用了中间件盒子的概念,即在标准的服务器上运行开源的虚拟化平台,如XEN、KVM等,并运用网络功能虚拟化(NFV)的理念和软件定义网络(SDN)的理念进行控制管理,最终实现为每个组织、企业、个人提供虚拟通信网络服务(网络功能虚拟化)和虚拟运营服务。     

一种基于匹配博弈的服务链协同映射方法

针对软件定义网络(SDN)/网络功能虚拟化(NFV)环境下服务链映射难以兼顾效率与物理资源利用率的问题,该文提出一种基于匹配博弈的服务链协同映射方法。首先,以最大化网络资源效用为目标,建立服务链映射模型MUSCM;然后,分虚拟网络功能(VNF)部署和组链两个部分解决服务链映射问题,VNF部署部分,设计基于多对一匹配博弈理论的算法协同服务链和服务节点双方互相进行选择,有效提升了服务链的映射效率和物理资源的利用率,在此基础上,设计基于分段路由策略的算法实现各VNF实例间的流量牵引以完成VNF组链,有效降低了链路传输时延。实验结果表明,与经典算法相比,该算法在保证映射请求接受率的同时,有效降低了服务链的平均传输延时,提升了系统的物理资源利用率。     

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%。     

基于多维异构特征与反馈感知调度的SDN内生安全控制平面

为弥补现有研究在软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)控制平面未知漏洞防御方面的空白,本文提出了一种基于多维异构特征与反馈感知调度的内生安全控制平面的设计方案.该方案以"冗余、异构和动态"为切入点,通过组合执行体冗余集构建策略、多维异构元素着色策略和动态反馈感知调度策略,有效增加SDN控制平面对攻击者所呈现的执行体时空不确定性(逆转攻防不对称性).相关仿真结果表明该方案可以收敛全局执行体数目、增加执行体之间的多维异构度并降低系统全局失效率.     

基于多维异构特征与反馈感知调度的SDN内生安全控制平面

为弥补现有研究在软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)控制平面未知漏洞防御方面的空白,本文提出了一种基于多维异构特征与反馈感知调度的内生安全控制平面的设计方案.该方案以"冗余、异构和动态"为切入点,通过组合执行体冗余集构建策略、多维异构元素着色策略和动态反馈感知调度策略,有效增加SDN控制平面对攻击者所呈现的执行体时空不确定性(逆转攻防不对称性).相关仿真结果表明该方案可以收敛全局执行体数目、增加执行体之间的多维异构度并降低系统全局失效率.     

一种支持硬件加速的虚拟网络功能部署模型

为解决以软件实现的虚拟网络功能(VNF)性能受限问题,软件定义网络和网络功能虚拟化(SDN/NFV)等新型网络架构引入了硬件加速资源。硬件加速资源的部署,使得VNF能够为日益增长的数据流量提供服务保障。该文针对已有研究未考虑具有高性能数据处理需求的服务链VNF部署问题,提出一种支持硬件加速的VNF部署模型。该模型基于硬件加速资源的承载特性,在保证未加速VNF到商用服务器的优化部署下,优先实现交换机中加速资源的复用,并根据网络业务的性能需求,灵活调整加速资源与VNF的映射约束。仿真实验表明,与其他典型部署方法相比,在引入相同硬件加速资源的情况下,该模型可以承载更多的业务流量,满足服务链高性能数据处理需求,有效提高了部署在网络中加速硬件的资源利用率。     

网络功能虚拟化技术研究

网络功能虚拟化是由网络和操作系统两个独立学科开发活动所构建的一组软件功能,它支持在大量用户之间安全高效地共享网络,在用户组之间提供高级隔离功能,并提供功能解耦特性。文章介绍网络功能虚拟化的发展背景,分析用于创建覆盖IP(互联网协议)网络的IP隧道和VRF(虚拟路由转发)技术,归纳多任务、多线程、多系统、多处理等计算虚拟化支撑技术,列举主机VNF(虚拟化网络功能)和中间盒VNF的应用实例,研究网络功能虚拟化的优势以及应当解决的技术难题。     

一种基于动态配额的虚拟网带宽公平调度算法

网络虚拟化被广泛用于网络实验平台和数据中心等场景中。作为虚拟化网络中的核心组网设备,虚拟路由器可以在同一物理底层上构建多个虚拟路由器实例来承载多个虚拟网。其核心调度问题在于如何根据不同虚拟网对带宽的不同需求,将网络数据包调度到不同的实例中。该文针对该问题对虚拟化场景下的队列调度问题进行建模,提出了基于动态配额的队列调度算法,与miDRR等算法相比,该文算法在虚拟网带宽分配的有效性和公平性上有明显优势。     

基于贝叶斯攻击图的SDN入侵意图识别算法的研究

针对目前已有的软件定义网络（SDN）安全预测方法中未考虑攻击代价以及控制器漏洞对SDN安全所产生的影响,提出了一种基于贝叶斯攻击图的SDN入侵意图识别算法。利用PageRank算法求出设备关键度,并与漏洞价值、攻击成本、攻击收益以及攻击偏好相结合构建攻击图,建立风险评估模型,对入侵路径进行预测。通过实验对比可以看出,所提模型能更准确地预测入侵路径,有效地保证安全预测的准确性,并为SDN的防御提供依据。     

基于联合备份的服务功能链可靠性保障的部署方法

在网络功能虚拟化(NFV)环境中,针对服务功能链(SFC)部署时的可靠性问题,该文提出对备份虚拟网络功能选择、备份实例放置和服务功能链部署的联合优化方法。首先,定义一个单位开销可靠性提高值的虚拟网络功能衡量标准,改进备份虚拟网络功能选择方法;其次,采用联合备份的方式调整相邻备份实例之间的放置策略,以降低带宽资源开销;最后,将整个服务功能链可靠性保障的部署问题构建成整数线性规划模型,并提出一种基于最短路径的启发式算法,克服整数线性规划求解的复杂性。仿真结果表明,该方法在优先满足网络服务可靠性需求的同时,优化资源配置,提高了请求接受率。     

5G网络切片场景中基于预测的虚拟网络功能动态部署算法

针对无线虚拟化网络在时间域上业务请求的动态变化和信息反馈时延导致虚拟资源分配的不合理,该文提出一种基于长短时记忆(LSTM)网络的流量感知算法,该算法通过服务功能链(SFC)的历史队列信息来预测未来负载状态。基于预测的结果,联合考虑虚拟网络功能(VNF)的调度问题和相应的计算资源分配问题,提出一种基于最大最小蚁群算法(MMACA)的虚拟网络功能动态部署方法,在满足未来队列不溢出的最低资源需求的前提下,采用按需分配的方式最大化计算资源利用率。仿真结果表明,该文提出的基于LSTM神经网络预测模型能够获得很好的预测效果,实现了网络的在线监测;基于MMACA的VNF部署方法有效降低了比特丢失率的同时也降低了整体VNF调度产生的平均端到端时延。     

面向业务可达性的广域工业互联网调度算法研究

工业互联网业务呈现出小规模、确定性的特征,通常运行在大规模、异构的网络环境中,业务的调度与功能链的编排难以与异构承载网资源匹配。基于此该文提出非工作保持型的多节点联合调度模型,首先采用全路径时间协调算法,将功能链从空间维度的拓扑编排扩展至时空维度;其次,针对网络节点中的同步调度问题,提出了基于紧急度的流调度算法来平滑时延抖动,进一步,将时间触发调度延拓到大规模、异构且非同步的承载网中,提出了虚拟到达队列编排算法,利用业务同步机制替代时间同步,保障了业务确定的可达性需求。仿真实验表明该文所提算法可提升业务的可达性,保障其满足及时性、准时性、协同性需求。     

网络功能虚拟化中的性能感知服务组合优化

服务功能链是网络功能虚拟化的重要支撑,为了构建满足功能和性能需求的服务功能链,需要建立服务的性能模型,从而产生基于性能的服务组合优化问题。一种基于性能模型的服务组合优化问题被建模,并针对复杂约束情况下的无效解干扰,提出了改进的模拟退火算法,该算法包含基于层次属性的产生函数和基于偏离度的目标函数。仿真结果表明,该算法提高了21%的服务组合成功率,同时降低了组合成本和时间消耗。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

运营商网络中基于深度强化学习的服务功能链迁移机制

为改善运营商网络提供的移动服务体验,该文研究服务功能链(SFC)的在线迁移问题。首先基于马尔可夫决策过程(MDP)对服务功能链中的多个虚拟网络功能(VNF)在运营商网络中的驻留位置迁移进行模型化分析。通过将强化学习和深度神经网络相结合提出一种基于双深度Q网络(double DQN)的服务功能链迁移机制,该迁移方法能在连续时间下进行服务功能链的在线迁移决策并避免求解过程中的过度估计。实验结果表明,该文所提出的策略相比于固定部署算法和贪心算法在端到端时延和网络系统收益等方面优势明显,有助于运营商改善服务体验和资源的使用效率。     

基于Web应用的网络安全漏洞发现与研究

随着Web应用系统的不断普及,越来越多的网络安全漏洞被发现,给人们的工作和生活都造成了极大的威胁。Web安全漏洞可以分成基于Web应用的网络安全漏洞和基于Web平台的网络安全漏洞两种。文章通过阐述这两种网络安全漏洞的现状及安全误区,总结几种常见的安全漏洞攻击方法,并提出有效措施以防范黑客攻击漏洞,维护网络系统的安全。     

基于深度动态贝叶斯网络的服务功能链故障诊断算法

针对5G端到端网络切片场景下底层物理节点出现故障会导致运行在其上的多条服务功能链出现性能异常的问题,该文提出一种基于深度动态贝叶斯网络(DDBN)的服务功能链故障诊断算法。首先根据网络虚拟化环境下故障的多层传播关系,构建故障与症状的依赖图模型,并采用在物理节点监测其上多个虚拟网络功能相关性能数据的方式收集症状。其次,考虑到基于软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)的架构下网络症状观测数据的多样性以及物理节点和虚拟网络功能的空间相关性,引入深度信念网络对观测数据特征进行提取,使用加入动量项的自适应学习率算法对模型进行微调以加快收敛速度。最后,利用故障传播的时间相关性,引入动态贝叶斯网络对故障根源进行实时诊断。仿真结果表明,该算法能够有效地诊断故障根源且具有良好的诊断准确度。     

Evaluating MAPSec by marking attack graphs

MAPSec has recently been introduced as a security protocol for mobile telecommunication networks in the midst of numerous threats and vulnerabilities. Our initial study reveals that MAPSec can only provide protection coverage to a minor portion of the total network vulnerabilities. Motivated by this discovery, we have devised a toolkit—Cellular Network Vulnerability Assessment Toolkit for Evaluation (eCAT) to identify: (1) Exact protection coverage of MAPSec, in terms of percentage of attacks prevented; (2) Other kinds of security protocols required in addition to MAPSec; and (3) The most vulnerable network areas. We use the results from eCAT in Coverage Measurement Formulas (CMF) to identify other vulnerabilities. Results from eCAT are dually useful in that they not only reveal MAPSec’s limited effectiveness but also provide insights into overall network vulnerabilities.     

基于重叠网络结构的服务功能链时空优化编排策略

网络功能虚拟化(NFV)的引入大幅降低了互联网业务的运营成本。针对现有的服务功能链(SFC)编排方法无法在优化底层资源的同时保证业务时延性能的问题,该文提出一种基于重叠网络结构的SFC时空优化编排策略。在将计算、网络资源与细粒度时延约束纳入考虑的基础上,该策略通过建立重叠网络模型实现了计算与网络资源的分离,将构建SFC所需的资源开销与相关时延共同抽象化为重叠网络链路权重,从而使SFC编排问题转化为易于求解的最短路径问题。对于需要批量处理的SFC集合设计了基于重叠网络的模拟退火迭代优化编排算法(ONSA)。通过对比实验证明了该策略下编排方案的平均端到端时延、链路资源占用率与运营开销相对其他方案分别降低29.5%, 12.4%与15.2%,请求接受率提高22.3%,虚拟网络功能(VNF)负载均衡性能得到显著提升。