网络功能虚拟化环境下服务功能链的优化部署

With the progress of standardization of Network Function Virtualization (NFV), it is more and more urgent for solving the problem of optimal deploying for the Service Function Chain (SFC) requests. This proposal focus on the problem of how to efficiently and economically deploy the SFCs onto the networked physical network appliances while ensuring its carrier-class reliability, by leveraging the NFV’s advantages of simplicity and flexibility. We propose an efficient mapping mechanism for SFC requests with the objective of minimizing the total resources cost. It jointly considers the SFC requests and the resource capacities of physical layer, while implementing the optimal provisioning for SFC, by using the strategies of service splitting, service consolidation and topology reconstruction. For the smooth elasticity for dynamic SFC provisioning, we propose an elastic and flexible provisioning mechanism. It predicts the future trends of resource requirements of SFC by using a prediction mechanism, and then invoke the change-aware deployment or/and sophisticated migration methods, for reducing the resource fragmentation and ensuring continuity of performance changing, while provisioning the SFC request. For achieving the high reliability of 0.99999, we propose a mechanism with carrier-class reliability for SFC request. It can implement the SFC provisioning with carrier-class reliability guarantee, which under the guide of failure modeling and reliability evaluation. We also establish an experimental testbed to test and validate our proposed approaches to bring them into conformity with the actual application.

随着网络功能虚拟化（NFV）标准化进程的推进，基于NFV的服务功能链（SFC）优化部署问题显得日益迫切。本项目主要研究如何利用NFV的快速、灵活特性，在通用物理设备上经济、高效的部署SFC并确保其电信级的可靠性要求。提出的高效的SFC映射机制，通过服务拆分和服务整合完成对SFC的拓扑重组，并通过联合优化SFC拓扑重组和拓扑映射机制来协同考虑虚拟层的服务需求和物理层的资源容量，以最小化总资源成本。针对SFC端到端的平滑伸缩问题，提出弹性的SFC伸缩机制，其核心是通过预测机制来估计SFC的需求变化趋势，采用变化感知的SFC部署方法以及精巧的迁移方案以减少资源的碎片化和确保伸缩方案的连续性。为解决面向通用设备的5个9高可靠性问题，提出电信级的SFC可靠性机制，其核心是通过故障建模和可靠性评估来引导SFC的可靠映射，以达到电信级可靠性保障。搭建实验平台对所提的方法进行测试和验证，使其符合实际应用。

作为网络虚拟化的重要组成部分，网络功能虚拟化的主要目的是简化网络部署，利用基于行业标准的服务器、存储和网络设备代替昂贵的传统专用网络设备来部署网络服务。本项目针对网络功能虚拟化环境中的网络服务功能链的优化部署问题展开了研究，主要完成了以下几个方面的研究工作：（1）资源高效的服务功能链映射机制研究。提出了基于虚拟网络功能的拆分和组合的服务功能链部署算法、服务功能链拓扑重组和映射的联合优化算法，有效的改善了服务功能链的部署成功率和物理网络的资源效率；提出了面向混合网络的服务功能链映射算法，有效解决了如何平衡多播和单播映射以达到较优的混合虚拟网络部署这一关键问题；针对服务功能链跨域部署这一难题，提出了不违背多域网络的隐私的高效部署算法。（2）弹性的服务功能链伸缩机制研究。针对资源需求统动态变化的虚拟网络请求，提出了实时的“自适应”映射算法，有效的避免了“过配置”并且降低了重配置成本；对网络虚拟化环境中的虚拟网络迁移问题进行了研究，实现了在线虚拟网络的高效迁移；针对云/雾结合网络中用户的移动特性，提出了基于同构服务功能链合并的部署算法，有效的改善了动态可扩展性。（3）网络服务功能链可靠性机制研究。考虑到用户对于网络服务的质量（如可用性、端到端时延等）需求，提出了一种保证服务最大可靠性的服务功能链部署算法；针对 Workflow 型服务功能链的低延迟部署问题，提出了一种动态最小响应时间的 Workflow 服务功能链请求部署算法；服务功能链的可靠性与其部署路径的条数息息相关，因此提出出了闭环反馈的长度约束的最短时延网络服务功能链部署方法。（4）实验验证平台设计与部署。该部分研究围绕服务功能链的自动编排机制和部署平台展开，主要完成了服务功能链的编排架构设计、服务功能链的 QoS 机制和服务功能链的调整方案实现等方面的内容。基于实验验证平台对所所提算法的正确性和有效性进行了验证。