5G网络切片下的虚拟网络功能部署及迁移算法研究

发布时间：2020-04-01 12:25

【摘要】：基于网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)技术和软件定义网络(Software Defined Network,SDN)技术的5G网络切片技术可为不同的用户业务创建和划分不同的专属网络,使得网络组网方式更加灵活,且有效解决了现有网络架构封闭垂直等诸多问题以满足多元5G新业务的需求。采用NFV技术和SDN技术可以将专用硬件实现的网络功能通过软件化的虚拟网络功能(Virtualized Network Function,VNF)实现,并将不同种类的VNF根据特定规则编排,构成与用户业务相对应的服务功能链(Service Function Chain,SFC)进而在不同网络切片下为用户提供专属服务,因此如何部署VNF并在其资源需求改变的情况下进行迁移从而最小化运营商成本,保证网络稳定性应是研究的重点。本文针对5G网络切片接入侧的VNF部署问题及VNF部署完成后的迁移问题进行重点研究,研究内容和创新工作如下:1.基于队列感知的5G接入网络VNF动态部署算法针对5G接入网络VNF部署过程中,大量多种用户业务请求短时间内到达网络,极易造成用户业务积压,严重影响网络稳定性这一问题,本文首先设计了一个两级队列动态调度模型感知当前网络积压从而进行队列动态调度,并将VNF部署问题描述为一个网络稳定条件下的部署成本最小化问题且证明其为NP困难问题,其次本文采用Lyapunov随机优化方法进一步将部署成本最小化问题转化为SFC调度问题和SFC映射问题,最后本文基于遗传算法分别设计了启发式的SFC调度算法和启发式的SFC映射算法进行求解。仿真结果表明,本文所提VNF部署算法可以在实现较小VNF部署成本的同时显著提高网络稳定性。2.基于多优先级的5G接入网络VNF迁移算法针对5G接入网络中VNF部署完成后,其资源需求发生动态变化,导致网络中物理机(Physical Machine,PM)资源利用率过高或过低这一问题,本文首先将网络中PM的资源使用情况划分为五个不同分区,提出一种多优先级VNF迁移请求队列调度模型,其次基于该模型,对VNF迁移开销的最小化及网络能耗的最小化建立联合优化模型,且将该优化模型进一步分解为三类最小化子问题,最后提出了一种基于多优先级的5G接入网络VNF迁移开销与网络能耗联合优化算法对上述三类子问题进行求解。仿真结果表明,该算法在有效实现VNF迁移开销与网络能耗折中的同时,保证PM性能,提高PM资源利用率并均衡各PM负载。
【图文】：

图 3.4 适应度值与迭代次数的关系图 3.5 和图 3.6 所示，本章分别从时间平均队列积压与时间平均部署所提算法有效性进行验证。如图 3.5 所示，随着仿真时隙的增加，时压起初迅速增加，随后趋于稳定，这也说明本章所提的 QDPVNF 算保网络队列处于稳定状态，这一趋于稳定的趋势也与定理 3.2 中的一致，同时也可以发现，V 值越大，最终的时间平均队列积压越大

图 3.4 适应度值与迭代次数的关系图 3.5 和图 3.6 所示，本章分别从时间平均队列积压与时间平均部署所提算法有效性进行验证。如图 3.5 所示，随着仿真时隙的增加，时压起初迅速增加，，随后趋于稳定，这也说明本章所提的 QDPVNF 算保网络队列处于稳定状态，这一趋于稳定的趋势也与定理 3.2 中的一致，同时也可以发现，V 值越大，最终的时间平均队列积压越大
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5

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本文编号：2610452