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面向多业务需求的NFV和SDN融合的资源优化算法

更新时间：2019-12-23 10:39:39 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：NFV SDN 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

物联网的多种业务需要灵活的网络部署来保障其服务质量.针对物联网服务功能链部署问题,将网络功能虚拟化(NFV,network function virtualization)与软件定义网络(SDN,software defined networking)相结合,综合考虑转发成本以及流量平衡情况,给出了虚拟网络功能放置与服务功能链路由的联合优化模型,该优化模型是NP-Hard问题.为了求解该问题,提出两种启发式算法:一种是先路由后放置(FRTP,first routing then placing)的服务链部署算法,另一种是基于节点优先级的先放置后路由(PFBR,placing followed by routing)的服务链部署算法.仿真结果表明,与其他算法相比,提出的FRTP和PFBR算法能显著平衡网络中的流量负载,改善链路拥塞情况,从而提高服务功能链请求接受率.

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第39卷第1l期

2018年11月

通信学

、，01．39 Noll

2018

Jo哪al

Communications

November

面向多

需求的NFV和SDN融合的源化算法

朱

荣，

倩

(南京

大学通信与信息工程学院，江南京2l0003)

摘要：物网的多种

需要灵活的网部署来保障其服

virtualization)与件定

量。

物

网服功能部署

，将网功

ne研ork mnction

defined

能虚化(NFV

网 (SDN，so are

ne觚orking)相合，

合考

成本以及流量平衡情况，出了虚

了求解，提出两种启式算法：一种是先路由后放置(FRTP，first routing

部署算法，另一种是基于的先放置后路由(PFBR，placingfollowedby routing)的服

，改善

网

功能放置与服功能路由的

合

化模型，

化模型是

placing)

部署

then

NP．Hard

的服

。

点

先

算法。仿真果表明，与其他算法相比，提出的FRTP和PFBR算法能著平衡网中的流量

路

塞情况，从而提高服功能

求接受率。

关

：物网；虚

号：TN915．引

：A

网

功能；服功能部署：

点

先

；

均衡

中

分

文献

doi：10．11959／j．issn．1000— 436x．2018235

of combination 0f NFV

Resource

optimization algorithm

for

and SDN

serVices

multiple

application

ZHU_{Xiaorong，ZHANG}

Qian

ofPosts and

ofcommunications and Inf0 ation

College

Engineering，Nanjing uniVersity

Telecommunications，Nanjing 210003，china

intemet

nexible network

diH’erent

guarantee

Abstract：Va— ous services

things(IoT)require

deployment

quality

at the

of service mnction chain

IoT

seⅣice(QoS)．Aiming

problem

d印loyment，network ction VirtIlalization(NFV)

cost and tra伍c

soft、Ⅳare

combined to

and

defined

neMorking(SDN)were

optimize resources．Considering fonvarding

model of virtual

fhnction

network

and service mnction chain

routing

were was the

proposed．One

was

load

balance，a joint optimization

placement

and was

t0 be NP— Hard．In order to solve this

heuristic

model，Mo

given

proved

algoritllITls

sen，ice chain

of first _routingmen _placing(FI

the other was the

f0110wed

mut—

bal-

d印loyment algorithm

P)and

placing

results demonstrate that FRTP and PFBR _algorithmcan

significantly

node

ing(PFBR)based

priority．Simulation

network仃amc load while

and

ratio of me chain

ance

a11eViating congestion

improVingⅡle acceptance

requests compared

witll other

algorit№s．

words：intemet

chain

balance

Key

ofthings，VNF，service ction

d印loyment，node pri耐劬load

㈦言

蠢差喜篙器翠妥器砉譬霎墓凳鬈

随着物网的展，各种各

的

网

的

延；而移

控网可以容忍适度的

率和

收稿日期：2018— 0卜29；修回日期：2018— 05— 10

通信作者：朱荣，．edu．cn

基金目：国家自然科学基金

助

目(No．61871237)；江省高校自然科学研究重大目基金

助

目(No．16ⅪA510005)；

江

省研究生科研与

践

新

划基金助目(No．KYCXl7一0767)

FoundaHon Items：The National N帆吼I Science Four ion of

N&tur“Science Foundation of也e

China(No．61871237)，The

Rese ch&Practice I姐oValion

0005)，Postgraduate

Education Institutions of

6ⅪA5

Pr0Vince(No．1

Ji蚰gsu

Progr of

Higher

Ji gsu Province(No．KYCxl 7-0767)

万方数据

55·

第11期

朱

荣等：面向多

需求的NFv和sDN融合的

源

化算法

延，但需要高

。

有的用硬件网

重缺陷，例如，网体系架构僵硬、

、功能平面划分不合理等，

需求。

SDN通数据平面与控制平面的分离，并借助

开放的接口，形式各异的网用提供灵活的承

。NFV使用虚化技以消除

【2J，并使很多不同的网

系

架

(multi— coInmoditv now

model)，使用服

量

准

一

构面

网

着

多

来平衡

，

流的路由可以根据分

升

困

以

步

化。Pham等【¨J NFv多径路由的

行了分析，研究了基于NFV的网

平衡

用

目新月异的物

网

系

需求的化，提高响能力，从而化网性能。

Nam等【l2】将NFV服功能引入无接入网，

服

用硬件的

使移

能可以分配附近的基站，从而使

得更低的延体

算(MEC，mobile

edge computing)功

依

型合并到行

接入用

准高容量服器、交机及存器上，通灵活

的部署策略来提高网施的源利用率和

。

了

NFV的全部潜

基

力，NFV 展到无接入部分【1引，其缺点在于每个

SFC需求的功能只能部署一次，而且每个功能需要

服

量【jJ。

然SDN和NFV技的用有望足物网

放置在不同的点上，在一定程度上会引入

路

多

技

化的

网

灵活网的需求，但是NFV

延。

服

重新抽象和粒度分解，使其

成

Bari等【14】定位在企

网

，致力于降低部署

成分更加复，关的挑在于服功能 (SFC，

网

功能的成本。

了

服

部署，Sun

功能，并在

功能以避免

service

mncti chain)的部署。由于巨大的服

等[1 5】考在服

之

共享虚网

模以及高

服

的网

，物网复

的

相同的点中，部署相的虚

消耗。HinⅣe等【16J

网

构建机制无

当前是未来都是

VNF的放置影响交

一个挑

。

机

和

利用效率等

算法— — Li幽tchain，以消除

功能的vNF共享，SaVi等【l 7J考到升

本和上下文移成本的影响，以最小化NFV激活

，提出一种高效的

Wang等在文献[4]中，

NFV 源分配

流量。

多个

，提出一种合的成本模型，在足用需求

服

成

的基

上

最低成本的源分配目。Hendrik

Turck考了物理网功能

点作

化目。Beck等[18】考的是物理网

的

Moens和Filip

network function)和虚

网

功能

function)共存的景，

决定网中功能的正确放置位置，可以充分

地利用物理和虚源【5J，以

署的展性和灵活性。Kanizo等【6J用

NFV的源分配，将虚

(具有多个虚机)看作二分中两个互不相交的

子集，重于解决点功能失效，由支持

能的服行恢复，从而使故障功能恢复的可

点与路出故障，如何

行

源合理分配的

(PNF，physical

(VN

network

F’vinualized

。如果某些点失效，需要将部署在

的网功能行合理的迁移或由份的VNF

，以保障性和展性。

点

服

功能

部

来解决

Ⅵ

如何最佳地

分配到网

基

网

功能和服

器

施上，Beck等【19J提出一种启式方法— —

Coor(ⅣNF，旨在合理的运行

利用率。Liu等[20】

佳位置，以便化服

算法— — 婪算法和模退火算法来得次解，

果表明，其可以减少22％的端到端延，平均

省38％的消耗。Bouet等[2l】出于安全的

，将vDPI(vircualdeep packet inspection)部署

在网中，以成本最小化建立模型，

明提出的基于中心的婪算法很好地近最解。

Mij硼曲i等[22】部署重于提出虚

功能的映射与度算法，其提出的3种婪算

法以及基于禁忌搜索的启式算法中，后者表

内最大限度地降

功

低

确定放置中件的最

器

性能，并提出两种启

式

能性最大。

Mohammadkhan等[7】将关注点聚焦于网功能

的放置以及流路由的均衡特定的

功能分配源，Leivadeas等【8】在放置Ⅵ

。

了

网

服

和

考

功能

利用率

路的同，用加系数

衡，以网中

源利用率

平衡，

目

果

行

Ⅵ

，

从而有效提高源利用率。Lopez等【9】提出了一个

根据网拓扑放置虚功能并构建功能

网

的

网

方案，并出了几种启式算法，但更加重于功

能放置构建服功能的方法。

出

稍

的

。

Seliuchenko等【lo】提出展的多商品流模型

然目前已有很多文献 NFV 源分配和

2018235．2

万方数据

第39卷

通信学

SDN路由策略行了研究，但是仍存在着很多不

足。例如，大多数文献中构成功能的Ⅵ ，其占

／／．，．一7母k＼、．、三三鞴

／

＼

’、f．’- 路映射

用

多

源

一，几乎没有考

同

需要算、存等

／虚

／

均{臭∥

源需求的景。另外，有些文献从NFV

源分配或SDN路由策略某一个方面重点考

，

，．-≮ 母始

僵、、、、

涌

容易陷入局部最解，如何

得深入研究。

二者之的关系，

在

种背景下，本文研究

服

网

状

的NFV

的

和SDN融合的

化、

源

化算法，根据网

特性提出

合

化模型，确定

化方法，从而有效保障

性能化。了方便求解

化模型，本文根据Ⅵ 放置与路的

的最

性能的

源

用

QoS，并

网

流

序

提出了两种启式算法— — FRTP算法和PFBR算

法。FRllP算法重从用角度出，使大量的数

服

功能

源分配与路映射示意

了描述物理网

的点与路构成，将其

据分在数据平面快速

，提高用

的PFBR算法，能有效地平衡网中的

，提高服求接受率。

体

；基于

用无向 G=(y，E)表示，其中，NFV 点集合表

点

先

示

y={1，。I，2=1，2，⋯ ，Ⅳ)，点％具有一定的

流量

源，源容量 C，f∈r，

{ 算，存，网

2系模型

，⋯ }。若C=0，f∈r表示物理点v。具有

NFv技将用的求化 VNF构成的服

功能，SDN将流量管理与流量分离，

集中控制。在控制平面，SDN控制器管理网

并控制全局网流量。基于网信息，控制器

能力，称其

点不具有

点，若C≥ 0，f∈丁，

功能，可以承各种各

源

的虚

网

功能，用以理数据分。物理网

状

中的路集合 E，每段物理路e∈E，具有一

可相于服功能的QoS需求，确定通信路径，

从而做出灵活的流量控制决策，由OpenFlow

定的

容量，令E表示路P的

。

令f表示某种ⅥⅥF 型x，

网

功能集合

的硬件

南向API，数据平面硬件用于

数据分

，

表示 F={f lx=1，2，⋯ ，X}。不同于

化整个网的运行。本文将服功能部署

功能，ⅥNF可以由具有一定源的物理点承

分

两个段。根据服功能的源点、目的

点以及VNF次序，将服功能所需的一系列

，

厂r

的

源需求 C：，f∈丁，仁{ 算，

存

，网，⋯ }。

vNF放置在网上的NFV 点，以足用定

服

功能由一系列按照特定排序的虚

网

制的网

服

需求：SDN控制器根据服功能

功能成。假在一段内到达K条服功能

的需求，

其一条最佳路径，直至构成一条

，其构成的服功能集合可表示

完整的端到端路径。

出了一条服功能

映射示意，条服功能共有5个虚

S={S。I七=1，2，⋯ ，K)。

将∥，Z‘，∥，⋯ ，露l∥∈F，d‘)

点集合Ⅳ‘，其包含源点、目的点以及一

系列定刘f 序的Ⅵ 朋∈Ⅳ。，m=0表示源

服

功能 S‘而言，

的

源分配与

路

服

功能

的

网

功能，

SDN控制器以及Ⅵ、JF管理排器(MANO，man．

and orchestration)依据SFC 求以及当前

，

agement

点，m=M+1表示目的点。相地，S‘的

网

状

，

地将服功能所需的Ⅵ 分配

路集合可以表示 ∥={(s‘，／i‘)，(∥，露)，⋯ ，

在物理点1、物理点2、物理点2、物理

5、物理点3 ，另一方面，SDN控制器

点

条

(露一。，露)，(露，d。))，

(m。，，，z：)∈E‘，s‘中

露的

居

点集合

77‘(聊)，表示与∥相

的

服

功能

划的路径 (s，1)一(1，2)一(2，3)一(3，5)

点。假 S。的QoS指

其速率需求r。。

一(5，4)一(4，3)一(3，O。

20l 8235．3

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