网络服务功能链的拓扑设计及映射研究

摘要

网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，NFV)技术有一个潜在的用途是服务功能链(Service Function Chain,SFC)中的应用，例如，一条服务链在进入服务提供商边缘路由之前由用户的边缘路由器，其次是防火墙，一个深层数据包检测过程和网络地址转换组成。通过NFV技术，可以对服务功能链实现集中管理和自动配置，扩充网络和资源，从而缩短服务部署的时间等。但是NFV的使用也面临一些挑战，运营商们通常期望在满足用户服务质量的前提下提高基础设施利用率，降低服务功能链映射成本。所以本文针对不同的应用场景和优化目标对服务功能链的拓扑设计及映射进行了研究。
　　首先，在第二章中考虑到服务功能链具有端系统且虚拟网络功能需要实例化成本，所以通过聚合相同类型的网络功能可以降低服务功能链的映射成本。根据上述思路，本章提出了一种离线场景下的基于簇聚合的服务功能链映射算法(Aggregation based Cluster ServiceFunction Chain Mapping，A-CSFCM)。通过将静态SFC请求按端系统划分后进行链路聚合，并将聚合后的服务功能链拓扑按照基于改进的同构图搜索映射算法进行映射，从而得到映射成本最小化的部署方案。
　　其次，在第三章中根据NFV环境下虚拟资源的灵活配置方式，提出了一种在线场景下的基于整数拆分的服务功能链映射算法(Splitting based Integer Service Function Chain Mapping，S-ISFCM)。通过将一个虚拟网络功能实例化在不同的物理节点上，并结合当前底层物理网络资源的综合剩余情况对虚拟网络功能所需资源采用整数拆分法进行不等份拆分，同时采用维特比译码思想对当前所有满足资源约束的拆分方案进行请求服务时延估算，选出使得当前时延最小的拆分方案，从而得到最大化请求接受率和底层物理资源利用率的部署方案。
　　用户的请求通常需要高可靠性保证，因此为了满足用户可靠性需求，减少备份节点个数，同时降低可靠映射成本，在第四章中提出了一种离线场景下的基于增强型共享保护的可靠服务功能链映射算法(Reliable Service Function Chain Mapping based Enhanced Sharing Protection，ESP-RSFCM)。通过采用基于共享保护的可靠性估算模型，不断迭代增加备份节点和备份链路以逐步达到用户可靠性需求，对备份节点和备份链路的映射采用基于改进的备份组件映射算法，从而得到可靠映射成本最小化的部署方案。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

缩略词表

第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2 NFV概述

1.3服务功能链的定义及部署

1.4本文主要贡献与内容安排

第二章基于功能聚合的服务功能链拓扑设计及映射

2.1研究现状

2.2问题描述与建模

2.3基于功能聚合的服务功能链资源分配建模

2.4算法设计

2.5仿真结果与分析

2.6本章小结

第三章基于功能拆分的服务功能链拓扑设计及映射

3.1研究现状

3.2问题描述与建模

3.3基于功能拆分的服务功能链资源分配建模

3.4算法设计

3.5仿真结果与分析

3.6本章小结

第四章可靠性感知下的服务功能链拓扑设计及映射

4.1研究现状

4.2问题描述与建模

4.3可靠性感知下的SFC请求拓扑设计方案

4.4算法设计

4.5仿真结果与分析

4.6本章小结

第五章论文总结

5.1本文工作总结

5.2未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果