网络功能虚拟化弹性和可扩展性研究

在NFV(网络功能虚拟化)过程中,将PNF(物理网络功能)转换为VNF(虚拟化网络功能)会面临诸多挑战。VNF(虚拟化网络功能)支持网络服务的按需部署和弹性增长,助力提升NFV的弹性和可扩展性。文章介绍主机VNF(虚拟化网络功能)和中间盒VNF两种类型,探讨多路径和分布式VNF设计思路,列举与VNF弹性设计相关的v PE(虚拟提供商边缘)实例,阐述NFV和SDN(软件定义网络)之间的关系。     

软件定义网络安全框架研究

SDN(软件定义网络)安全架构涉及到多种安全支撑技术或安全层,包括云安全、网络和应用安全以及ONAP(开放式网络自动化平台)安全。文章给出AIC(AT&T集成云)安全框架,介绍通过服务将安全组件链接到VNF(虚拟化网络功能)OAM(运营、管理和维护)路径的安全功能,列举MPLS(多协议标签交换)VPN(虚拟专用网)设计中应遵循的基本原则,考虑两种可能对SDN控制器安全构成威胁的情形,说明ONAP平台和接口,描述VNF安全需求评估的内容。     

网络功能虚拟化基础设施研究

使用NFV(网络功能虚拟化)来设计和实现电信网络需要用到分布式云基础设施,而各种VNF(虚拟化网络功能)是在分布式云基础设施上运行的。通常此类基础设施被称为NFVI(网络功能虚拟化基础设施),它可以将基础设施管理成本降至最低。文章介绍AIC(AT&T集成云)的构成,分析NFVI的体系框架,列举计算、网络和存储等三类NFVI部件,探讨VIM(虚拟基础设施管理器)的主要功能,提出商业、商业开源和纯开源等3类VIM解决方案,说明虚拟化部件、虚拟机、容器、管理程序和存储虚拟化设备等VIM部件。     

5GC云化方案研究

移动核心网在5G阶段实现了架构、功能和平台的全面重建。5GC(5G核心网)部署在基于云的基础架构上,以支持灵活和自动的网络部署、扩展和可扩展性。文章给出5G核心网云资源规划模型、主要云化技术,并从NFVI（网络功能虚拟化基础设施）、VNF（虚拟网络功能）及MANO（管理和编排）三方面分别阐述5GC的云化部署方案。     

虚拟化网络功能测量问题研究

文章列举用于优化资源消耗和性能的KCI(关键胜任能力指标),描述VNF的KPI(关键性能指标),分析可通过测量来评估的弹性行为特征和VNF弹性的典型可靠性测量指标,说明VNF自动扩展技术的实例和分类,提出3种VNF扩展模型,给出横向扩展的说明性实例,研究影响虚拟化云环境中网络功能的主要开销和KCI参数,介绍影响最佳配置和规模调整的VNF参数和测量值。     

虚拟化网络功能分解问题研究

NFV(网络功能虚拟化)支持在大量用户之间安全高效地共享网络,并可在用户组之间提供高级隔离功能,而功能分解是NFV的第3种属性。NFV要求网络功能与单层网络硬件分离,在软件中实现分组转发。文章阐明VNF(虚拟化网络功能)分解应当遵循的3项原则,研究网络功能分解模型中的数据平面、控制平面和管理平面,描述用于NETCONF(网络配置)协议的数据建模语言——YANG(另类下一代),介绍VNF实现方案中涉及的两类工作负载:信号处理工作负载和存储工作负载。最后,分析VNF与单层网络、叠加网络的关系。     

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。     

NFV中虚拟化网络功能生命周期安全管理措施

网络功能虚拟化的动态特性需要引入灵活可靠、能够实现自动化快速部署和资源弹性可扩展的嵌入式安全防护体系,要求安全技术和安全策略能够在VNF整个生命周期进行安全管理。描述了从VNF实例化、运行到退役的安全历程,并针对网络运营商需要在VNF生命周期关注的相应动态和静态安全策略进行分析探讨。     

移动核心网应用NFV的关键问题探讨及实践

基于网络功能虚拟化的背景,探讨了移动核心网应用网络功能虚拟化(NFV)需要解决的3大关键技术:基础设施平台选择、核心网云管理架构设计和转发面性能加速,并基于NFV架构定义了一种移动核心网的云管理系统架构。与传统电信核心网管理相比,该系统架构增加了对硬件资源、虚拟资源层、虚拟化网元以及完整网络功能的管理、编排和调度,增加了虚拟网元管理和虚拟网元之间的接口,增强了对通用硬件运行状态的管理能力,以便能更及时、更全面地管理通用硬件和虚拟网元,实现实时的资源和功能调度。     

一种面向运营成本优化的虚拟网络功能部署和路由分配策略

随着网络功能虚拟化(NFV)技术的发展,虚拟网络功能(VNF)可以通过服务功能链(SFC)的形式部署在如虚拟机的通用平台中,为管理带来灵活性。但是对于服务提供商来说,由于网络基础设施的复杂性和日益增长的服务需求,给VNF的部署带来了高昂的运营成本(OPEX)。针对此问题,该文提出一种面向OPEX优化的策略,旨在最小化OPEX中的激活、能耗和传输成本,得到VNF部署和路由分配优化方案。为此建立一种全新的混合整数线性规划(MILP)模型,并设计包括遗传算法(GA)在内的3种OPEX优化算法。仿真实验评估在不同资源配给下MILP和3种算法的OPEX及其性能,其中GA算法在节点资源配比60%以上时可以得到近似于MILP模型的解决方案。     

NFV弹性技术

NFV (network function virtualization,网络功能虚拟化)系统主要包括NFVI、VNF和MANO三大功能模块以及子功能模块,相对传统网络架构,网络功能虚拟化解耦了传统专用设备的软硬件,引入了虚拟化技术来池化物理资源,对网络架构的改动很大.对NFV弹性技术进行了分析,强调了网络虚拟化的弹性目标主要是确保业务的连续性,应用设计本身和虚拟化设施均受此目标影响.归纳了弹性结构设计原则,给出弹性用例并进行总结.     

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。     

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。     

一种基础设施云系统——YUN

文章设计了一个虚拟化平台层——YUN系统,介绍了YUN系统的设计目标、系统架构及主要子系统的功能。YUN系统是一种基础设施云系统。YUN系统管理和虚拟化异构、分布的物理资源(包括服务器设备、网络设备、存储设备),并以即付即用的方式将这些资源按需提供给用户使用;通过虚拟化和网络技术,将操作系统功能边界扩展到网络侧,使得终端侧和网络侧能够在一个统一的架构内进行计算和资源的配置、调度、管理,实现网络化操作系统充分、合理地使用和共享网络系统内的资源。     

基于深度确定性策略梯度的虚拟网络功能迁移优化算法

针对NFV/SDN架构下,服务功能链(SFC)的资源需求动态变化引起的虚拟网络功能(VNF)迁移优化问题,该文提出一种基于深度强化学习的VNF迁移优化算法.首先,在底层CPU、带宽资源和SFC端到端时延约束下,建立基于马尔可夫决策过程(MDP)的随机优化模型,该模型通过迁移VNF来联合优化网络能耗和SFC端到端时延.其次,由于状态空间和动作空间是连续值集合,提出一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)的VNF智能迁移算法,从而得到近似最优的VNF迁移策略.仿真结果表明,该算法可以实现网络能耗和SFC端到端时延的折中,并提高物理网络的资源利用率.     

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。     

基于深度确定性策略梯度的虚拟网络功能迁移优化算法

针对NFV/SDN架构下,服务功能链(SFC)的资源需求动态变化引起的虚拟网络功能(VNF)迁移优化问题,该文提出一种基于深度强化学习的VNF迁移优化算法.首先,在底层CPU、带宽资源和SFC端到端时延约束下,建立基于马尔可夫决策过程(MDP)的随机优化模型,该模型通过迁移VNF来联合优化网络能耗和SFC端到端时延.其...     

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。     

基于改进深度强化学习的虚拟网络功能部署优化算法

针对网络功能虚拟化/软件定义网络(NFV/SDN)架构下,网络服务请求动态到达引起的服务功能链(SFC)部署优化问题,该文提出一种基于改进深度强化学习的虚拟网络功能(VNF)部署优化算法.首先,建立了马尔科夫决策过程(MDP)的随机优化模型,完成SFC的在线部署以及资源的动态分配,该模型联合优化SFC部署成本和时延成本,同时受限于SFC的时延以及物理资源约束.其次,在VNF部署和资源分配的过程中,存在状态和动作空间过大,以及状态转移概率未知等问题,该文提出了一种基于深度强化学习的VNF智能部署算法,从而得到近似最优的VNF部署策略和资源分配策略.最后,针对深度强化学习代理通过ε贪婪策略进行动作探索和利用,造成算法收敛速度慢等问题,提出了一种基于值函数差异的动作探索和利用方法,并进一步采用双重经验回放池,解决经验样本利用率低的问题.仿真结果表示,该算法能够加快神经网络收敛速度,并且可以同时优化SFC部署成本和SFC端到端时延.