可扩展VNF放置的算法研究与实现

发布时间：2020-06-18 09:43

【摘要】：除了路由器和交换机等数据转发设备,企业网和广域网中还部署了大量的网络功能型设备。网络功能型设备包括网络安全类设备,如深度包检测系统、入侵检测系统、入侵防御系统、防火墙等;也包括网络性能类设备,如负载均衡器、广域网加速器等。传统网络以专用硬件的方式来部署网络功能,开放性和通用性差、灵活性低、难以统一管理运营、更新换代成本高。而基于高速发展的云计算和虚拟化等技术,网络功能虚拟化技术(NFV)一经提出便受到大量关注,在最新的5G技术中也有实践。NFV技术是指在通用硬件之上以软件的方式部署虚拟网络功能(VNF)。数据中心的通用服务器具有实例化和运行任意网络功能的能力,有巨大的灵活性,但也给VNF管理和编排带来了巨大挑战。根据用户业务不同,用户流量需要依次经过不同的VNF处理,每条用户流量关联一条由VNF组成的服务功能链(SFC)。突发性的流量增长会增加VNF实例(VNFI)的工作负载,服务器需要向VNFI提供额外资源以支持突发流量。针对不同的用户业务,用户流量突发的概率不同,增加幅度也不同。基于这些特点,本文设计并实现了可扩展VNF放置算法,提高了服务器对突发流量的承受能力,降低了请求未满足率。本文先定义服务器的纵向扩展性。基于该度量指标,提出通用的可扩展VNF放置问题,并归纳为数学模型。通过向最优分区问题归约,证明了该问题是NP难问题。受贪心、分治和二分图匹配等算法思想和数学理论启发,本文设计并实现了启发式VNF放置算法sVNFP和sVNFP-adv,前者以可扩展性为目标,后者则兼顾流量路由距离。本文还设计并实现了NFVSimu系统,包括算法、压力测试和分析等模块,利用该系统设计实验对算法的效果进行评估。结果表明,与CLBP算法相比,sVNFP算法能降低30%请求未满足率,sVNFP-adv算法能降低28%请求未满足率并相对sVNFP算法缩短了一半流量路由距离。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.0
【图文】：

管理系统,架构

图２－２邋ＮＦＶ架构逡逑兀管理系统（Ｅｌｅｍｅｎｔ邋Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ邋Ｓｙｓｔｅｍ，邋ＥＭＳ）和邋ＶＮＶ邋±或，其中ＥＭＳ负责管理ＶＮＦ，从安装和配置开始，到再到性能、安全和记账。ＶＮＦ以软件的方式部署在ＮＦＶａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＮＦＶＩ）之上。逡逑ＦＶＩ。ＮＦＶＩ为ＶＮＦ提供虚拟计算、虚拟网络和虚拟存储署ＶＮＦ的基础环境。ＮＦＶＩ通常利用云计算技术构建，如邋ａｓ邋ａ邋Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＮａａＳ）和基础设施即服务（Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ａｓ邋ａＦＶＩ自上而下分为虚拟资源层、虚拟层和硬件资源层。虚两层，它的典型的方案有容器（Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）和虚拟机监视器（ｅｒｖｉｓｏｒ方案是一项较成熟的虚拟机技术，它的优点是配置强，兼容性好，虚拟机支持复制和离线迁移；它的缺点是消且由于虚拟层的存在，系统的性能会有较大损失，启动速案又称为容器技术，是一项更加新兴的技术，它基于内核级共享内存等资源来减小虚拟化的开销，实现更快的启动速度

架构,研究热点,四象限,象限

图２－３邋ＮＦＶ研究热点问题的四象限分类逡逑如图（２－３），本文先定义和划分四个象限

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