网络功能虚拟化可靠性设计研究

This research project focuses on investigating the reliability design of emerging network function virtualization. In telecom cloud computing environment with frequent infrastructure failure and traffic demand variations, the goal is to provide NFV traffic flow with predictable and explicit reliability guarantee at minimum cost. To defend against infrastructure failure, we propose the new reliability enhancement scheme in the virtualization layer. The key idea is to allocate backup virtual resource pool for multiple service function chains in the telecom cloud. To defend against traffic demand variations, we propose the new over-subscription resource allocation scheme. The key idea is to allocate a proper amount of elastic computing and networking resources to tolerant a wide range of demand variation scenarios and leverage the asynchronous nature in demand variations among different virtual network functions to further improve resource utilization efficiency. To defend against large-scale failures and dynamics, we propose the new multi-layer re-configuration schemes for global optimization. The key idea is to efficiently reconfigure virtual resource and virtual network functions to balance the reconfiguration cost and resource utilization. We will also establish NFV reliability management and maintenance platform by integrating cloud computing, SDN and NFV technologies. This platform will test and validate our proposed approaches and ensure that they are practically applicable.

本项目拟研究网络功能虚拟化的可靠性设计问题。目标是在故障频繁发生、业务动态变化的电信云计算环境中，通过多维虚拟资源的合理协调分配，以最小的代价使NFV业务可靠性得到明确的可预期的保证。针对基础设施失效的可靠性设计问题，提出虚拟层可靠性增强机制，在电信云内为多个服务功能链建立统一共享的冗余备份资源池，通过虚拟资源的灵活映射满足业务可靠性要求。针对业务需求动态变化的可靠性设计问题，提出超额配置机制，为虚拟网络功能超额分配少量的本地弹性资源应对需求变化，并通过统计复用方式实现多维弹性资源的高效整合。针对大规模失效或变化下的动态重配置问题，提出考虑全局优化的多级重配置机制，通过虚拟资源和虚拟网络功能的高效重配置，达到资源利用率和重配置代价的平衡。在对云计算、SDN和NFV技术统一整合的基础上，构建NFV可靠性管理维护平台，对所提方法进行测试与验证，促进NFV可靠性技术的实用化。

本项目主要研究了网络功能虚拟化（NFV, Network Function Virtualization）的可靠性设计问题。目标是在故障频繁发生、业务动态变化的电信云计算环境中，通过多维虚拟资源的合理协调分配，以最小的代价使NFV业务的可靠性得到明确的可预期的保证。我们从NFV在电信云网络中的实际应用的需求出发，重点研究了服务功能链高效映射机制、网络功能虚拟化可靠性保障机制、服务功能链构建与优化机制以及网络功能虚拟化平台搭建四个方面的内容。我们重点围绕虚拟网络功能与服务功能链两阶段映射的联合优化、多维虚拟资源的协同调度、虚拟网络功能的高效拆分与整合、NFV可靠性与其他性能指标的平衡优化等关键科学问题开展研究工作。在研究中综合运用图论、概率论、最优化理论、人工智能等理论方法，并通过对现有云计算、SDN、NFV技术的整合，形成了NFV的可靠性管理维护平台。本项目所取得的研究成果，将为NFV技术在电信云网络中的大规模推广提供理论基础和技术手段。