网络功能虚拟化场景下的服务功能链映射研究

摘要

随着因特网技术的飞速发展,新型业务的不断涌现,已有庞大与僵化的电信网络越来越难以满足用户日新月异的需求.网络运营商迫切希望降低网络复杂性,加快新业务的部署与应用.利用网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)技术,网络运营商可以采用基于行业标准的服务器、存储和交换设备等实现虚拟网络功能(Virtualized Network Function,VNF),以取代价格昂贵且难以维护和升级的专用网络功能设备,并实现快速灵活地开发和部署新业务.因此,NFV技术能够加速业务创新,降低运营商的资本性成本和运营成本. 网络中的业务通常需要经过防火墙和负载均衡器等各种网络设备的处理,服务功能链(Service Function Chain,SFC)通过定义一个元素有序或部分有序的网络服务功能序列来描述网络业务请求.NFV网络中SFC部署问题的研究具有重要的理论价值和实用前景.本文在讨论SFC映射研究状况的基础上,重点研究多个VNF间存在依赖关系的SFC映射问题和混合NFV场景下的SFC映射问题. 论文第一章介绍本文的研究背景及意义,并总结国内外研究现状.第二章主要涉及NFV场景下SFC映射的研究基础,总结NFV参考架构及其模块功能,介绍SFC映射问题,分析SFC与虚拟网络功能转发图的关系,对比SFC映射与虚拟网络映射的异同,并根据不同分类标准归纳与总结SFC映射算法,还简述多目标优化问题和多目标进化算法的基本原理. 针对多个VNF间存在依赖关系的SFC映射问题,第三章重点研究如何联合处理SFC构建和SFC映射两个阶段,建立弹性光网络(Elastic Optical Networks,EONs)中SFC映射的整数线性规划模型,提出并实现一种以减少物理资源消耗为目标的协同式SFC构建和映射算法.仿真实验表明,与已有算法相比,所提算法能够降低EONs的最大频隙号和部署的VNF总数,有效减少物理网络资源消耗. 由于经济因素和采用新型技术及设备的渐进性,未来电信网络中的专用网络功能设备与VNF设备将长期共存,第四章重点研究了混合NFV场景中的SFC映射问题.它以减少服务器计算资源消耗和减少链路带宽资源消耗为目标,建立混合NFV场景下双目标SFC映射模型.为了求解该模型,在基于分解的多目标进化算法框架的基础上,提出基于分解的双目标进化SFC映射算法,还设计一种基于SFC拆分的映射策略以生成部分初始种群,从而提升所提算法性能.仿真实验表明,与已有算法对比,所提算法能够有效减小链路带宽资源的消耗;与随机初始化种群相比,所提种群初始化机制能够加快所提算法收敛速度,提高"解"集合的多样性. 第五章总结本文工作,给出在业务请求模型、SFC模型、三阶段协同算法、成本模型、混合NFV场景下的SFC映射模型等方面可进一步展开的工作.

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