网络功能虚拟化中的服务链管理方法研究与实现
发布时间：2020-11-18 17:27
随着5G网络技术的推出,移动用户大量且多样化的需求对网络设计和管理构成了重大挑战。为了解决这个问题,通过在网络边缘部署一系列边缘服务器,构建边缘计算网络为移动用户提供相计算和通信资源。然而考虑到移动用户需求的时变特性,基于硬件的网络功能难以直接应用到边缘计算框架中。网络功能虚拟化将基于专用硬件设计的网络功能转化为软件的形式运行在标准商业服务器的虚拟机上,提供灵活地服务和资源管理架构。多个虚拟网络功能组成服务链,由软件定义网络控制器将其部署至底层网络,并引导数据流使其经过该服务链。通过这些网络功能的协同工作,边缘计算网络能够为移动用户提供他们所需要的服务。网络功能虚拟化中,网络运营商可以一定程度地安排服务链中网络功能之间的顺序,并且在多个备选的服务器中进行选择,将服务链部署在上面,以灵活地满足移动用户需求。但是这种灵活性也为服务链的管理带来了新的挑战。本论文针对以上提到的问题进行了一系列分析和研究,具体地,对目前网络功能虚拟化中的服务链管理方法进行了梳理和分类,将其分为服务链设计方法和服务链更新方法,并对每个部分的最新相关理论和研究工作进行了总结,分析他们各自的优缺点。在此基础上,本论文主要研究了以下三个关于服务链管理方法的工作:(1)一种以计算资源为优化目标的网络功能调度策略及服务链设计方法;(2)一种基于时间预测模型的保证完备一致性属性的更新机制;(3)一种基于连续时间片的细粒度的服务链之间更新顺序调度算法。最后,针对上述中的所有设计方法进行一系列仿真实验来测试原理的正确性以及工作的具体性能,并对实验结果做出详细的分析。实验结果显示本文提出的服务链设计方法不仅很好地减少了服务链部署时计算资源的开销,还一定程度上优化了链路资源开销;而结合本文设计的服务链更新机制和更新顺序调度算法共同对网络进行更新,能够大幅度提升网络更新速率。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
延迟更加敏感，也对网络的计算能力提出更高的要求[2]，比如图1-1中所展示的智慧医疗程序、智慧家庭应用和车联网等。传统的集中式网络架构难以负载现在的移动应用程序所产生的庞大流量，在为这些应用程序提供服务的过程中会出现网络延迟大幅度增加等情形，造成移动用户的服务体验质量降低[3]。针对这种情况，由欧洲电信标准化协会（European Telecommunications Standards InstituteETSI）提出的边缘计算网络技术有望克服当前困境[4]。边缘计算网络通过将具有一定计算能力和存储能力的小型基站和服务器部署在接近用户的移动网络边缘，为移动用户就近提供服务。通过这种方式，在网络边缘发起的服务请求能够被快速地响应，并且及时地得到解决，大大降低了网络的延迟。其中，软件定义网络和网络功能虚拟化作为两大核心技术被应用到边缘计算网络的网络架构中，使得边缘计算网络能够为移动用户提供更高质量的服务。Smart HealthcareSmart HomeAutonomous CarsSafetyOpportunistic D2D CommunicationIntelligentControlOtherscenariosSmart HealthcareSmart HomeAutonomous CarsOpportunistic D2D CommunicationC2X-Automotive图 1-1 移动计算网络应用场景在传统路由器或交换机设计中
2每处理 1 单位的数据流需要 0.3 单位的计算资源开销，并且会将数据流的规模压缩至原来的 50%。现在我们将这两个网络功能部署到这个网络中，如图2-1a 中的情况，我们将 VNF1部署至 v1节点，将 VNF2部署至 v3节点，那么物理链路 (v1, v2)和 (v2, v3) 的流量负载大小为 1×2 = 2，而服务器 v1的计算资源开销为 1×2 = 2，服务器 v3的计算资源开销为 2×0.3 = 0.6；而再考虑到图2-1b 中的情况，我们将两个网络功能的部署顺序进行调换，将 VNF1部署至 v3节点
r C图 3-4 依据比例模型得到的初始顺序如图3-4所示，将网络功能 VNF1和 VNF2进行合并，将网络功能 VNF3和 VNF4合并，再使用无依赖关系的计算资源最优化的服务链设计比例模型确定该服务链内部网络功能的顺序，假设这四个网络功能之间的初始顺序为 VNF1→VNF2→VNF3→VNF4，即网络功能 VNF1和 VNF2合并的网络功能 VNF12位于网络功能VNF3和 VNF4合并的网络功能 VNF34前面，并且假设网络功能 VNF12和 VNF34都拥有压缩数据流规模的能力。服务请求VNF3r3C3VNFr CVNF1r1C1处理结果服务链VNF2r2C2图 3-5 计算资源并未得到优化的网络功能顺序现在需要对这四个网络功能之间的顺序进行调整，在保证依赖关系正确的前提
【参考文献】
本文编号：2888986
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
延迟更加敏感，也对网络的计算能力提出更高的要求[2]，比如图1-1中所展示的智慧医疗程序、智慧家庭应用和车联网等。传统的集中式网络架构难以负载现在的移动应用程序所产生的庞大流量，在为这些应用程序提供服务的过程中会出现网络延迟大幅度增加等情形，造成移动用户的服务体验质量降低[3]。针对这种情况，由欧洲电信标准化协会（European Telecommunications Standards InstituteETSI）提出的边缘计算网络技术有望克服当前困境[4]。边缘计算网络通过将具有一定计算能力和存储能力的小型基站和服务器部署在接近用户的移动网络边缘，为移动用户就近提供服务。通过这种方式，在网络边缘发起的服务请求能够被快速地响应，并且及时地得到解决，大大降低了网络的延迟。其中，软件定义网络和网络功能虚拟化作为两大核心技术被应用到边缘计算网络的网络架构中，使得边缘计算网络能够为移动用户提供更高质量的服务。Smart HealthcareSmart HomeAutonomous CarsSafetyOpportunistic D2D CommunicationIntelligentControlOtherscenariosSmart HealthcareSmart HomeAutonomous CarsOpportunistic D2D CommunicationC2X-Automotive图 1-1 移动计算网络应用场景在传统路由器或交换机设计中
2每处理 1 单位的数据流需要 0.3 单位的计算资源开销，并且会将数据流的规模压缩至原来的 50%。现在我们将这两个网络功能部署到这个网络中，如图2-1a 中的情况，我们将 VNF1部署至 v1节点，将 VNF2部署至 v3节点，那么物理链路 (v1, v2)和 (v2, v3) 的流量负载大小为 1×2 = 2，而服务器 v1的计算资源开销为 1×2 = 2，服务器 v3的计算资源开销为 2×0.3 = 0.6；而再考虑到图2-1b 中的情况，我们将两个网络功能的部署顺序进行调换，将 VNF1部署至 v3节点
r C图 3-4 依据比例模型得到的初始顺序如图3-4所示，将网络功能 VNF1和 VNF2进行合并，将网络功能 VNF3和 VNF4合并，再使用无依赖关系的计算资源最优化的服务链设计比例模型确定该服务链内部网络功能的顺序，假设这四个网络功能之间的初始顺序为 VNF1→VNF2→VNF3→VNF4，即网络功能 VNF1和 VNF2合并的网络功能 VNF12位于网络功能VNF3和 VNF4合并的网络功能 VNF34前面，并且假设网络功能 VNF12和 VNF34都拥有压缩数据流规模的能力。服务请求VNF3r3C3VNFr CVNF1r1C1处理结果服务链VNF2r2C2图 3-5 计算资源并未得到优化的网络功能顺序现在需要对这四个网络功能之间的顺序进行调整，在保证依赖关系正确的前提
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 张朝昆;崔勇;唐翯翯;吴建平;;软件定义网络(SDN)研究进展[J];软件学报;2015年01期
本文编号：2888986
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