基于NFV的网络中虚拟服务功能链的部署和迁移

摘要

随着通信网络的迅猛发展，用户数量以及用户对业务的流量需求也急剧增加，但网络部署复杂、网络架构垂直且封闭以及电信业务总量与收入不匹配等诸多问题使得当今的网络面临着巨大挑战。网络功能虚拟化(Network Function Virtualization, NFV)技术的出现和发展极大推进了通信网络架构的演进，在基于NFV技术的网络中，网络功能将不再依赖于专用的硬件设备，而是通过软件技术加以实现，从而部署在商用的硬件平台上。服务功能链(Service Function Chain, SFC)的应用作为NFV技术的一个重要用途，能够灵活地管理特定服务以及应用的流量，并且SFC支持网络中细粒度和弹性的服务交付、服务功能的修改以及负载的移动，因此受到了国内外研究界的广泛关注。本文关注点就是在引入NFV技术的网络中的虚拟服务功能链的部署和迁移问题。
　　在NFV网络中，因物理资源本身的限制而可能产生资源碎片，造成网络中资源总量足够，但每台主机上资源不足而无法部署服务功能链，降低网络中可部署的服务功能链的数目。因此针对上述问题，我们以最大化资源受限的网络中服务的SFCs的数目为目标，在满足网络服务请求端到端时延要求的前提下，建立了数学模型，提出基于贪心算法的虚拟服务功能链的部署方案并进行仿真验证，结果表明该部署方案能够有效的保证最大化资源受限的网络中服务的SFCs的数目，在充分的利用网络中物理主机和物理交换机的资源的同时也达到了兼顾网络性能的目的。
　　接下来，出于用户的移动性以及网络中负载均衡的考虑，实现资源的有效分配和网络的灵活性，研究虚拟服务功能链的迁移工作是十分必要的，但目前关于虚拟SFC的迁移的工作并不多。本文中特别考虑了实际网络功能的特性，针对SFCs的迁移重配置问题，将网络性能和网络中资源的合理利用这两个重要因素纳入考察，建立了数学模型，提出一种面向时延优化的服务功能链重配置策略，即基于改进遗传算法的SFCs迁移重配置方案，进行仿真验证。通过与基于贪心的迁移重配置算法以及随机迁移重配置算法等的对比，说明了基于改进遗传算法的虚拟服务功能链迁移重配置方案在有效的保证了网络性能的同时兼顾网络物理资源。
　　本文对 NFV技术以及服务功能链的总结分析，设计了 NFV网络中虚拟服务功能链的部署和迁移重配置方案，为NFV网络中服务功能链的部署和迁移问题提供了新的思路。

目录

声明

缩略词表

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容及贡献

1.4结构和章节安排

第二章 NFV网络中的服务功能链技术

2.1网络功能虚拟化技术

2.2服务功能链

2.3 NFV网络中的SFC

2.4本章小结

第三章 网络中虚拟服务功能链的部署

3.1引言

3.2问题描述

3.3虚拟服务功能链部署建模

3.4基于贪心算法的部署方案

3.5仿真验证与性能评估

3.6本章小结

第四章 网络中虚拟服务功能链的迁移

4.1引言

4.2问题描述

4.3虚拟服务功能链迁移模型

4.4基于遗传算法的方案设计

4.5仿真验证与性能评估

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2未来展望

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士期间的科研项目和成果