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运营商网络中面向时延优化的服务功能链迁移重配置策略

更新时间：2019-12-25 08:21:27 大小：832K 上传用户：守着阳光1985 查看TA发布的资源 标签：运营商网络 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

在引入网络功能虚拟化(NFV)后,运营商能基于通用的计算和网络平台提供更具弹性的服务.本文研究基于NFV的运营商网络中的服务功能链(SFC)的迁移重配置问题.首先分析了业务流的动态性导致的运营商网络中资源利用率下降和负载不均的问题,然后在将计算资源、网络资源和业务流端到端限制等条件纳入考虑的基础上,建立了面向业务流服务时延优化的数学模型,并证明了SFC迁移重配置问题的NP性.进一步基于遗传算法提出了一种易于部署的启发式SFC迁移重配置策略.通过详细的对比实验表明算法在端到端时延、链路带宽资源占用率和通用服务器资源占用率等关键指标上优于其它方案12.3%、10.9%和15.8%以上.这进一步说明所提出方案通过对运营商网络资源的合理调配,在保证业务流服务质量的同时有效改善了资源利用效率.

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Vol． 46 No． 9

Sep． 2018

第

期

电

子

学

报

2018

ACTA ELECTRONICA SINICA

年

月

运营商网络中面向时延优化的服务功能链

迁移重配置策略

1，2

，

陈卓冯钢刘蓓周杨

( 1.

，

200433;

重庆理工大学计算机科学与工程学院重庆

，

710077;

36849)

电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室四川成都

，

奥本大学计算机科学与软件工程学院美国阿拉巴马州奥本

( NFV)

，

．

摘

要

在引入网络功能虚拟化

后运营商能基于通用的计算和网络平台提供更具弹性的服务本文研

NFV

( SFC)

．

究基于

中资源利用率下降和负载不均的问题然后在将计算资源网络资源和业务流端到端限制等条件纳入考虑的基础上

SFC NP

的运营商网络中的服务功能链

的迁移重配置问题首先分析了业务流的动态性导致的运营商网络

，

、

，

．

建立了面向业务流服务时延优化的数学模型并证明了

迁移重配置问题的

迁移重配置策略通过详细的对比实验表明算法在端到端时延链路带宽资源占用率和通

12. 3% 、10. 9% 15. 8%

性进一步基于遗传算法提出了一

SFC

．

、

种易于部署的启发式

．

用服务器资源占用率等关键指标上优于其它方案

和

以上这进一步说明所提出方案通过对运

，

营商网络资源的合理调配在保证业务流服务质量的同时有效改善了资源利用效率

．

;

关键词

中图分类号

URL: http: / /www． ejournal． org． cn

网络功能虚拟化服务功能链运营商网络遗传算法

TP393. 0

文章编号

0372-2112 ( 2018) 09-2229-09

文献标识码

DOI: 10． 3969 /j． issn． 0372-2112． 2018． 09． 026

电子学报

Delay Optimization Oriented Service Function Chain

Migration and Re-deployment in Operator Network

1，2

CHEN Zhuo ，FENG Gang ，LIU Bei ，ZHOU Yang

( 1. College of Computer Science and Engineering，Chongqing University of Technology，Chongqing 200433，China;

2. National Key Laboratory of Science and Technology on Communications，

University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu，Sichuan 710077，China;

3. Department of Computer Science and Software Engineering，Auburn University，Auburn 36849，USA)

Abstract: With the introduction of network functional virtualization ( NFV) ，operators can provide more flexible

services based on general computing and network platforms． This paper investigates the problem of migration and re-deploy-

ment of service function chain ( SFC) in NFV based operator network ． Firstly，this paper analyzes the problem of resource

under-utilization and load unbalance in the operator network caused by the dynamic of the flow． Then，based on the consider-

ation of the conditions such as computing resources，network resources and end-to-end restrictions，the mathematical model

towards the service delay optimization is formulated，and the NP property of SFC migration and re-deployment problem is

proved． Furthermore，a heuristic SFC migration and re-deployment policy is proposed based on genetic algorithm． In-depth

experimental result demonstrates that the proposed solution is superior to other solutions in terms of end-to-end delay，the uti-

lization ratio of link bandwidth resource and the utilization ratio of general server by 12. 3% ，10. 9% ，and 15. 8% ． The re-

sults further shows that the resource utilization is effectively improved in the case of guaranteeing the quality of service for

flow，through the reasonable deployment of operator network resources．

Key words: network function visualization; service function chain; operator network; genetic algorithm

: 2017-08-10;

: 2018-05-02;

收稿日期

修回日期

责任编辑蓝红杰

( No． 61631005) ;

( No． ZYGX2015Z005) ;

重庆市基础与前沿研究计划项目

基金项目国家自然科学基金

中央高校基本科研业务费项目

( No． cste2013jcyjA40024)

2230

2018

电

子

学

报

年

，

模型进行形式化描述最后给出并通过实验验证了估

引言

． Xiao

计虚拟机动态迁移过程中所需网络资源的算法

等学者^［11］研究了一种基于虚拟机资源需求的虚拟机动

( Network Function Visualization，

网络功能虚拟化

NFV)

是一种重新构建网络体系架构和改变网络管理模

，

态迁移和虚拟网络拓扑动态调整的策略其目的是虚

，

式的新技术近年来已被越来越多的运用于运营商网

拟机在迁移过程中所需的资源开销和虚拟机之间的通

络中^［1，2］使用

技术的优势主要体现在

硬件资

．

NFV

( 1)

．

［12］

PlanetLab

信开销文献在基于

的网络虚拟化环境

，

源虚拟化为多个虚拟机将既有的运营商网络的各种

，

、

下设计实现并评估了负责编排虚拟网络迁移的控制

( Virtualized Network

网元功能软件化为虚拟网络功能

PL-VMN，

器

为有效的进行资源分配和保证虚拟网络运

Function，VNF) ^［3］

．

这极大缩短网元功能的资源调配周

，

． Ghaznavi

行效率提出了虚拟网络迁移调度方案

等学

者^［13］提出了一种称为

的合并算法其目的是优化

，

; ( 2)

期从而大幅提升业务部署的弹性

能够使用通用

计算平台来构建电信基础设施进一步降低了运营商

NFV

SLFL

，

VNF

( VNFI)

实例

，VNFI

的部署位置以应对网络的流量动态变

．

的设备投入成本但将

运用于运营商网络同时也

化

的迁移是基于对当前状态和迁移后状态对网

，

面临一系列挑战其关键问题已成为当前产学界研究

．［14］，

络性能带来的影响进行评估的文献中研究者们

关注的热点^{［4 ～ 6］}

．

，

VNF

．

提出了一种贪心策略实现在线的

的映射和调度

的迁移重配置涉及

VNF

与上述研究工作^{［10 ～ 15］}相比较

NFV

，

在基于

需要由不同类型的

条虚拟链路并提供服务称为服务功能链

Function Chain，SFC) ^［6，7］

构建的运营商网络中业务流的处理

，SFC

VNF

，

以某种次序组成集合构成一

( Service

例如具有某种特征的业务流

．

的制约条件更多且更复杂首先要把

的类型和构

，

SFC

VNF

，

SFC

成

的

集合作为迁移的基础其次

需要把虚拟链路所涉及的计算资源和网络资源都纳入

SFC

的迁移

．

，

需要在访问特定服务器之前先经过防火墙过滤处理

，

考虑最后还需要考虑业务流对于

的请求具有端

，

再经过入侵检测处理则虚拟化的防火墙和入侵检测

．

系统的特性目前对于该问题的研究工作还非常缺乏

，

SFC． VNF

就构成了一条包含两个网络功能的

由于部署

需要同时占用网络资

，SFC

．

亟需深入研究

，

SFC

需要占用虚拟机因此建立

源和相关通用服务器的计算资源然而

实现业务流的弹性化服务的同时也带来了新问题一

问题描述

．

的引入在

NFV

，

在引入

型从逻辑上可划分为自下而上的三层即物理资源层

VNF

后运营商网络针对业务流的服务模

， :

层和业务层物理资源层由部署于运营商网络中

． VNF

．

、

，

方面由于业务流动态进出运营商网络和用户的移动

．

VNF

性等因素导致一段时间后大量的

被部署却很少被

［8］

的各种通用服务器和交换机构成

层由各种运行

，

使用这会严重影响运营商网络的资源利用效率

．

另

，

在虚拟机之上经软件化的网络功能组成虚拟机的运

，SFC

一方面

服务器负载不均的情况出现这会影响到对于业务流

SFC

所服务业务流自身的动态特性导致了通用

．

行占用通用服务器的计算资源和相关联的网络资源

，

SFC

，

SFC

业务层由服务于各类业务流的多条

组成每条

按某种次序链

式构成为业务流提供端到端的服务某种类型的网络

VNF．

．

的服务质量本文提出一种针对服务动态业务流的

( Network Function，NF)

由不同网络功能

，

迁移重配置策略其目的是在满足业务流服务质量的

，

．

前提下实现运营商对网络资源的优化调配和合理使

功能实例化并映射到对应类型的

当服务一条业

．、

用该策略将网络资源计算资源的占用以及网络性能

，

务流时现有的方案会为该业务流所需的每个

实例

的数

，

．

纳入考察以时延优化为目标建立了最优化模型并提

VNF， VNF

这使得运营商网络中

化并映射到一个

SFC

，

迁移重配置策略并通过详细

出基于遗传算法的

，

量随着业务流的增加同步增大而完成对业务流的服

务后由于缺乏合理的资源重新调配机制导致计算和网

．

的仿真实验对所提出算法策略的性能进行深入评估

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