网络功能虚拟化的自适应信任管理

摘要

在移动互联网时代，除了面临互联网企业的激烈竞争外，运营商已经部署的电信基础网络封闭僵化，严重制约了其商业模式创新和技术更新的进一步发展。各大运营商采用软硬件高度耦合的网元设备，严重降低网络功能或者硬件设备更新的灵活性，导致了后期昂贵的维护成本。各网元设备种类繁多，网元设备之间的兼容性差，导致无法灵活选择或者更新单一或某些特定的设备，以致于某些网元设备的更新需要更换整套设备来支持。另外，原有基础设施中，底层网络资源和业务提供之间互相分离，无法高效协同合作，不能根据业务需要有效调配底层网络资源，导致网元设备资源的利用率低下和极大的浪费。为了解决上述问题，一项新的技术——网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）应运而生。
　　NFV通过使用标准IT虚拟化技术将网络硬件设备上的网络功能软件虚拟化，在标准高容量服务器、交换机和存储设备通过软件的方式自主定义所需的网络功能。该新型技术打破了软硬件之间的高度耦合关系，改变了网络运营商构造网络的方式，提供了支持创建新类型的生态系统的机遇，鼓励和支持快速创新，为网络运营商降低成本开销。但是，NFV也带来了一些问题和挑战：虚拟网络功能（Virtualized Network Function，VNF）的服务质量（Quality of Service，QoS）评估、底层资源的调配、VNFs的安全、NFV框架的安全、NFV网络的稳定性等等。
　　目前，已有一些研究关注于NFV中底层资源的有效调配和虚拟网络功能的服务质量，但大多数研究忽略了NFV的底层资源调配和虚拟网络功能的服务质量之间的相互影响关系，无法同时兼顾NFV底层资源的有效调配和VNFs服务质量的保证。例如，VNFs服务质量的提高会占用更多的底层资源，从而影响到其它VNFs的服务质量，而有限的NFV底层资源势必会影响到VNFs的服务质量，如何在有限的NFV底层资源条件下合理动态地调配资源给不同优先级的VNFs确保VNFs的服务质量是一个重要问题。
　　本文提出了一个自适应信任管理机制能够有效分配底层硬件资源，同时兼顾NFV的服务质量。该模型主要包括三个部分：VNF服务质量评估、自适应信任管理过程、资源分配算法。服务质量评估部分具体阐述了VNF的服务质量、影响VNF服务质量信任值的质量属性（Quality Attribute，QA）和被分配底层硬件资源之间的关系，并根据收集的数据评估VNF的服务质量；自适应信任管理过程描述服务质量评估部分和资源分配算法之间的执行关系和过程；资源分配算法用来给不同优先级的VNFs动态有效分配底层资源。我们利用Click元素组件实现了4个VNFs，并进一步实现了质量属性监控模块、服务质量计算模块和资源分配模块，最后，我们在四种不同的VNFs运行环境下对我们所实现的质量属性监控模块、服务质量计算模块和资源分配模块进行测试。实验结果表明我们的模型能够有效调配底层硬件资源，实现自适应信任管理过程，其中VNFs服务质量评估能够实时地计算VNFs服务质量的信任值，资源分配算法能够根据VNFs的服务质量计算结果和VNFs的优先级动态有效地分配底层资源保证每一个VNF的服务质量满足实际的需求。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3论文工作与结构

第二章 相关工作

2.1 NFV介绍

2.2 NFV参考架构

2.3 NFV与SDN的关系

2.4 NFV与云计算

2.5可信安全架构

2.6本章小结

第三章 方案设计

3.1虚拟网络功能设计

3.2网络功能虚拟化的自适应信任管理机制

3.3本章小结

第四章 方案实现

4.1 Click系统介绍

4.2虚拟网络功能实现

4.3 QoS计算模块

4.4资源分配模块

4.5本章小结

第五章 实验设计与分析

5.1实验环境配置

5.2初始化加载不同优先级的VNFs

5.3系统稳定运行时额外加载优先级中等的VNF

5.4系统稳定运行时提高优先级中等的VNF阈值

5.5系统稳定运行时优先级中等的VNF处理不同速率数据包

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文工作总结

6.2未来工作展望

参考文献

致谢

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