面向超宽粒度异构网络的网络功能虚拟化研究

More effort is devoted to network function virtualization, e.g. AT&T has completed 55% virtualization of its network, and expectes to reach 75% by 2020, the research on network function virtualization becomes imperative. In this project, when the variation of request bandwidth requirements is large and packet switching networks cannot provide efficient connections for requests, the heterogeneous network with ultra-wide bandwidth granularities is introduced to enable the lower layer network provide required bandwidths for requests, and improve the network performance. To embed network function virtualization requests that with large bandwidth requirements, an adaptive selection method is proposed to select packet switching network or optical network according to bandwidth requirements, delay requirements, and network status. To manage a huge number of requests, a sub-flow merging method is proposed to merge multiple requests to form a larger request that can be offloaded to optical connections, which can reduce the overload of request status, and mitigate the switching pressure of packet switching network. To migrate requests and satisfy service quality requirements, a main route reserve method is proposed to accelerate the migrate procedure and avoid complex control with limited resource consumptions. Based on cloud computing operating system and software defined network technologies, a network function virtualization platform in heterogeneous networks with ultra-wide bandwidth granularities is built, which accelerates the practical usage of network function virtualization.

随着对网络功能虚拟化的重视，如美国AT&T公司已完成网络55%虚拟化，并预计2020年达到75%，网络功能虚拟化研究变得十分迫切。本项目将在业务带宽需求范围大，包交换网络难以支撑的网络功能虚拟化环境中，通过引入超宽粒度异构网络，协调下层网络对业务的带宽供给，使业务获得预期的服务，提高网络的整体性能。针对含大带宽网络功能虚拟化业务部署设计问题，提出自适应选择机制，根据业务的带宽需求、时延要求，以及网络状态，自适应地选择包交换网络或光网络。针对数量庞大业务管控设计问题，提出子流合并机制，将多个业务合并，减少状态信息维护，并使用光网络承载合并流，减轻包交换网络的压力。针对满足服务质量的业务迁移设计问题，提出主通道预留机制，利用较少预留资源达到既能快速应对业务迁移，又无需复杂控制的目的。基于云操作系统及软件定义网络技术，构建基于超宽粒度异构网络的网络功能虚拟化平台，促进网络功能虚拟化实用化进程。

本项目以提高网络带宽资源灵活性，以及上层业务的服务质量为目标，研究光电混合网络的网络功能虚拟化。具体研究内容如下：首先，研究了含大带宽业务的嵌入问题，其中考虑了底层光网络和电网络的相关性。该问题的数学模型被深入研究，并设计高效的算法，为后续的研究提供了参考；另外，在边缘计算网络中，SFC需求会尽量被网络边缘处的计算设备服务，提供及时的网络服务。我们研究了边缘计算网络中的网络资源分配，包括通信资源分配和计算资源分配；第二，研究了大规模SFC业务的嵌入问题，其中基于网络的多域划分，我们将复杂的SFC嵌入转化为在多个域内的简单嵌入问题，多个域连接起来形成完整的 SFC 链，并实现了映射方案的最优化。针对大量SFC业务被接入网络，我们还研究了边缘节点间的协同机制，使得边缘节点相互帮助，提供更多的计算资源给其他边缘节点，以支持用户的需求；第三，研究了满足服务质量的NFV业务迁移设计问题，一般来说，NFV业务的迁移可能有多种因素触发，其中能耗优化是很常见的原因。基于SFC嵌入阶段对能量考虑可以减少后续的业务迁移这个思想，我们研究了在SFC业务嵌入过程中，提早考虑设备的能耗，使得整个网络以高利用率、低能耗的方式运行，减少后续的业务迁移。本项目资助共发表期刊论文7篇，其中SCI检索期刊论文7篇。期刊论文等级为中科院JCR分区：一区2篇，二区5篇。会议论文4篇，特邀报告1篇，授权专利1项，申请专利1项，毕业博士生1名，毕业硕士生10名。