基于SDNFV的服务功能链智能编排技术研究

With the rise of new technologies such as software-defined networking (SDN) and network functions virtualization (NFV), the service function chain based on SDNFV framework is highly flexible and recoverable and can better meet the requirements of new network services and new business. The project focuses on the key technologies such as the construction, deployment, management optimization and reliability improvement of service function chain. The main research points are as follows. (1) A construction method is proposed based on utility maximization of the optimal nodes to deploy. The node selection and the utility model can be established in order to improve the utility of the nodes. (2) A virtual network function migration strategy based on resources balance maximization is innovated to realize maximal utility of the network resource. The project models the problem as a resources utility maximization problem according to the different requirements of different vnfs for the resources. (3) Aiming at the reliability of the service function chain, multidimensional resources such as computing, storage, and bandwidth for virtual service functions will be modelled. A backup method and a backup selection strategy were designed to select the corresponding virtual network functions until achieve reliability requirement.

随着软件定义网络和网络功能虚拟化等网络新技术的兴起，基于两者融合的SDNFV技术开展高效灵活、可靠鲁棒的服务功能链编排技术研究，满足网络新业务和新服务的需求具有重要意义。项目重点探讨服务功能链的构建部署、管理优化以及可靠性提高等关键技术，主要研究内容包括：(1) 针对SDNFV环境下的服务功能链部署问题，设计面向节点效用最大化的部署机制，建立最优化节点选择和最大效能模型，实现节点效用的有效提升。(2) 针对SDNFV环境下的服务功能链动态调整问题，研究基于资源均衡度的服务功能链重构策略，将服务器间的虚拟服务功能迁移问题建模成一个资源均衡度最大化问题，有效提高网络资源均衡度。(3) 针对SDNFV环境下的服务功能链可靠性需求，通过对备份虚拟服务功能的计算、存储和带宽等多维资源的抽象建模，构建虚拟服务功能可靠性模型及可靠性提高的备份机制。

随着新兴网络服务的飞速发展，传统基于专用硬件的服务功能链（Service Function Chain, SFC）部署方式存在的问题日益凸显，软件定义网络（Software-Defined Networking，SDN）所面临的各种网络组件、部件随机失效问题已经影响到其服务功能的可靠提供。基于两者融合的SDNFV技术开展高效灵活、可靠鲁棒的服务功能链编排技术研究，满足网络新业务和新服务的需求具有重要意义。项目主要研究包括：.1、针对现有服务功能链部署方法下恶意租户实现VNF共存的难度小、代价低问题，提出一种基于租户分类与历史信息的服务功能链部署方法。实验表明，与典型部署方法相比，该方法大幅提高了恶意租户实现共存的难度与代价，降低了租户面临的侧信道攻击风险。.2、针对传统动态迁移方法存在迁移节点多、迁移频率高、迁移后SFC路径过长问题，提出一种基于风险感知的关键虚拟网络功能动态迁移方法。实验表明，该方法在达到相同的侧信道攻击防御性能时，具有更低的节点迁移数量与迁移频率，同时有效避免了迁移后SFC路径过长问题。.3、针对现有备份方法存在备份节点同构、资源开销过大问题，提出一种基于异构备份与重映射的虚拟网络功能部署策略。实验表明，相比于同构备份方法，该方法在请求接受率下降3.8%、带宽消耗增加9.2%的情况下，较大幅度提高了攻击者的攻击时间成本。.4、针对现有控制器故障转移方案中从控制器静态分配所导致的级联故障问题，提出了一种基于动态主从转换的控制器故障容忍机制。在主控制器发生硬件故障（宕机或者超负荷运行）的场景下，建模从控制器分配问题并采用归约法证明其属于NP-Hard问题，设计了一种状态感知的模拟退火算法求解该问题。仿真结果显示，面对不同数量的故障控制器，所提机制减少了35.1%的最坏情况时延，降低了网络崩溃概率。.5、针对恶意交换机上报虚假状态消息误导控制器决策的问题，提出了一种基于状态审计的恶意交换机容忍机制。通过在数据层和控制层之间构建容错代理层，各个代理联合提取交换机原始状态消息中关键统计信息，基于地址信息大数裁决和端口信息关联比对自适应修正虚假统计信息，并快速定位和处理恶意交换机。基于条件概率理论证明了所提机制的有效性，仿真结果显示所提机制能够保证状态消息的高真实率，适用于不同类型的网络拓扑。