网络功能虚拟化领域专利创新主体分析

网络功能虚拟化(NFV)是一个比较早的想法,当它首次被提出的时候还无法真正实现。但随着软件定义网络(SDN)的出现、服务编排技术和虚拟化技术的发展,现在已经可以实现。且随着技术的逐渐成熟,NFV在网络工程设备产业化、标准化建设中的优势日益突出,在不同行业和应用场景中发挥着重要的作用。

联合遗传算法和强化学习的虚拟网络功能映射与调度方法

网络功能虚拟化环境下,为满足用户不同需求并提高资源利用效率,将虚拟网络功能映射与调度联合考虑。首先,通过构建网络低时延、虚拟机资源高利用及能量低损耗的多目标优化模型,设计了一种强化学习(RL)联合第三代非支配排序遗传算法(NSGAⅢ)的优化方法RL-NSGAⅢ;然后,采用两段式初始化技术求得高质量初始解,利用强化学习的优势自适应调节交叉变异参数,以保持种群多样性;最后,基于参考点的第三代非支配排序遗传算法,将虚拟网络功能映射至虚拟机并进行调度服务,得到多目标优化策略。仿真结果表明:相较于已有的NSGAⅢ、NSGAⅡ和MOPSO算法,采用RL-NSGAⅢ算法计算得到的时延降低了17%~28%,节点负荷提高了9%~19%,能量损耗降低了12%~26%,表明所提算法在提高网络速率和降低网络运营支出上的有效性。

基于软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术的城市轨道交通视频监控系统新型网络架构

[目的]上海轨道交通视频监控系统面临灵活性不足、扩展性差和运维复杂等挑战。对此,提出基于SDN(软件定义网络)和NFV(网络功能虚拟化)技术的视频监控系统新型网络架构。[方法]剖析了传统网络架构的不足,深入分析了SDN技术和NFV技术的工作原理、特点及优势,详细阐述了基于SDN技术和NFV技术的视频监控系统新型网络架构。并在实验室条件下通过试验来测试该架构的性能。[结果及结论]该网络架构实现了控制层与数据转发功能的分离,实现了网络功能的虚拟化,不仅能优化资源配置,增强视频监控系统的可拓展性和可管理性,还能提供灵活的硬件配置和升级能力。试验结果表明,该架构在多视频流和高网络负载情况下的性能表现优异,有助于提高城市轨道交通视频监控系统的可靠性、安全性和实时性。

网络虚拟化及网络功能虚拟化技术探讨

对网络虚拟化及网络功能虚拟化的需求及热点技术进行分析,并提出在运营商网络中的典型应用场景:数据中心网络、移动核心网络、家庭网络。数据中心网络虚拟化可灵活实现不同租户的安全、流量、性能策略,实现网络自动配置;演进分组核心网网元虚拟化通过网络功能虚拟化实现不同种类网络硬件架构的统一,解决容量增加带来的成本问题,解决业务灵活部署和增强的问题;家庭网络虚拟化可简化用户侧设备,通过减少用户终端设备的维护和升级进而降低运营成本,并提高业务部署的灵活性。

网络功能虚拟化中的网络转发性能优化技术研究

网络功能虚拟化(NFV)采用软件转发技术实现,其网络转发性能受到各类运营商关注。重点分析了NFV技术中影响转发性能的关键因素,讨论了多项开源转发性能优化技术实现方法 ,提出了NFV中性能优化整体解决方案,最后测试验证了部分开源技术对转发性能的提升能力,为NFV技术推广提供了重要参考。

面向网络功能虚拟化的高性能负载均衡机制

网络负载均衡器是实现网络功能虚拟化(network function virtualization,NFV)的重要功能组件,通过其准确的业务负载分担,运营商可以灵活、高效地实现业务能力增强和容量扩展.基于DPDK技术框架设计实现了面向NFV的高性能4层网络负载均衡机制及系统HVLB,能够灵活部署运行于主流虚拟化平台.HVLB整体采用软件定义网络(software defined networking,SDN)思想设计,实现调度策略制订和数据转发的有效分离.在转发端基于用户空间实现多核多队列高效数据处理架构,同时保证各处理队列间的数据访问隔离和任务处理均衡;在控制端基于网络链路和计算相结合的综合能力作为NF选择和转发策略的制订依据,在实施业务数据准确分发的基础上保障了网络性能.基于KVM的原型系统实验结果表明:与现有LVS系统相比,HVLB极大地提升了数据包处理与转发性能,并实现了64字节UDP数据包的线速转发.

基于资源效用最大化的虚拟网络功能备份方法

针对网络功能虚拟化环境下组成服务功能链的虚拟网络功能故障所引起的网络服务故障问题,提出一种最大化资源效用的虚拟服务功能备份方法来提高网络可靠性。首先,对虚拟服务功能备份问题进行详细分析并建立了可靠性评估模型,提出了改进的备份机制,并证明了该机制与其他机制相比的优势;其次,对全网络设计了全局备份算法和备份选择策略来对相应的虚拟网络功能选取备份直到满足可靠性需求。仿真实验结果表明,与GREP方法、联合备份机制加上随机选择策略(JP+random selection)及双重共享式备份机制加上随机选择策略(DSP+random selection)相比,该方法在可靠性和资源利用率上取得了优异的性能,特别是服务功能链请求接受率提高18.8%~25%,资源效用利用率提高15%~20%。实验结果表明该方法能较为有效地利用资源来提升网络可靠性。

基于软件定义网络资源优化的虚拟网络功能部署策略

随着软件定义网络(Software Define Network,SDN)和网络功能虚拟化(Network Function Virtual,NFV)技术的不断发展,防火墙、入侵检测等硬件中间件被动态部署在特定服务器上的虚拟网络功能(Virtual Network Function,VNF)所替代。为了满足流量安全和性能策略,网络流请求通常需要经过特定的VNF序列,称为服务功能链(Service Function Chain,SFC),这使得VNF的动态部署问题成为目前软件定义网络中的一个研究热点。学术界提出了多种部署策略,但由于大部分是在单一资源约束条件下进行的部署研究,无法实现全局网络资源的负载均衡。文中提出了充分考虑全局网络资源的虚拟网络功能部署策略。首先,给出了网络模型的整体结构,并用整数线性规划模型对该问题进行数学建模,由于该问题是一个NP难问题,因此,设计了一个高效的启发式搜索算法(Heuristic Search Algorithm,HSA)来对原问题进行求解,该算法能够在满足全局网络资源的约束下高效地利用网络资源实现VNF的动态部署并实现负载均衡。实验仿真结果表明,该部署算法能够很好地降低负载均衡度,并提高流请求接收率。

一种面向运营成本优化的虚拟网络功能部署和路由分配策略

随着网络功能虚拟化(NFV)技术的发展,虚拟网络功能(VNF)可以通过服务功能链(SFC)的形式部署在如虚拟机的通用平台中,为管理带来灵活性。但是对于服务提供商来说,由于网络基础设施的复杂性和日益增长的服务需求,给VNF的部署带来了高昂的运营成本(OPEX)。针对此问题,该文提出一种面向OPEX优化的策略,旨在最小化OPEX中的激活、能耗和传输成本,得到VNF部署和路由分配优化方案。为此建立一种全新的混合整数线性规划(MILP)模型,并设计包括遗传算法(GA)在内的3种OPEX优化算法。仿真实验评估在不同资源配给下MILP和3种算法的OPEX及其性能,其中GA算法在节点资源配比60%以上时可以得到近似于MILP模型的解决方案。

网络功能虚拟化场景下的并行加速

在网络功能虚拟化场景下,每个网络功能都以软件的形式来实现。但传统的串行网络功能组链方式将带来极大的性能损耗。而如今针对网络功能进行加速的工作,主要集中在优化该串行链的每个组成成分上。提出了一个高性能的系统框架,通过让网络功能并行地对数据分组进行处理,提高网络功能虚拟化场景下服务链的整体性能。该系统由3个部分组成。首先,该系统为管理员提供了一个策略描述语言来直观地描述串行或并行的组链意图。然后,该系统的编排器智能地鉴别网络功能之间的依赖性,并基于所提供的策略,生成高性能的"服务图"。最后,该系统的底层实现通过执行轻量级的数据分组复制、分布式的并行分组转发和负载均衡后的数据分组合并来支持网络功能的并行处理。基于DPDK技术,在Linux容器中实现了该系统的原型机。通过实验验证可知,该系统能极大地减少真实世界中服务链的处理时延。

基于人工智能的虚拟化网络功能动态编排算法

传统编排算法分配网络功能时,对功能链所需资源、端到端时延的约束能力较差,导致功能编排资源开销较大、节点资源利用率和网络服务接收率较低。为此提出基于人工智能的虚拟化网络功能动态编排算法。将底层物理网络看作一个网络拓扑图,把网络功能放置到物理节点上,计算资源容量、功能链时延的约束条件和目标函数。通过人工智能技术训练出目标函数最优解,得到网络功能在物理链路的最优编排方案。最后将物理链路映射到虚拟化链路中,完成虚拟化网络功能编排。实验结果表明,上述算法相比传统算法,降低了网络功能编排的总体开销,能够充分保证网络负载均衡性,同时缩短了服务响应时间,提高了网络服务质量。

网络功能虚拟化中的性能感知服务组合优化

服务功能链是网络功能虚拟化的重要支撑,为了构建满足功能和性能需求的服务功能链,需要建立服务的性能模型,从而产生基于性能的服务组合优化问题。一种基于性能模型的服务组合优化问题被建模,并针对复杂约束情况下的无效解干扰,提出了改进的模拟退火算法,该算法包含基于层次属性的产生函数和基于偏离度的目标函数。仿真结果表明,该算法提高了21%的服务组合成功率,同时降低了组合成本和时间消耗。仿真结果验证了所提算法的有效性。

虚拟化网络功能测量问题研究

文章列举用于优化资源消耗和性能的KCI(关键胜任能力指标),描述VNF的KPI(关键性能指标),分析可通过测量来评估的弹性行为特征和VNF弹性的典型可靠性测量指标,说明VNF自动扩展技术的实例和分类,提出3种VNF扩展模型,给出横向扩展的说明性实例,研究影响虚拟化云环境中网络功能的主要开销和KCI参数,介绍影响最佳配置和规模调整的VNF参数和测量值。

多维资源均衡的虚拟网络功能部署方法

现有虚拟网络功能(virtual network function,VNF)部署方案大多基于单一资源展开研究,忽略了VNF的多维资源需求,导致资源分配失衡,造成低效部署。针对这一问题,提出一种高效的多维资源均衡的VNF部署方法。为避免后续VNF部署时的资源浪费,在正式部署前会对部分服务器进行VNF迁移。综合考虑VNF的多种资源需求,通过周期性更新服务器的各种资源信息,为各个待部署VNF寻找最合适的部署服务器。仿真结果表明,基于该方法进行VNF部署,可以在保证服务器资源分配均衡的同时,在每个维度上实现近乎最优的资源利用,有效减少使用的服务器的数量。

网络功能虚拟化技术研究进展

企业通常部署各种网络功能设备来实现企业网络所需的网络功能.例如,防火墙和入侵检测系统可以加强企业网络的安全性;缓存代理和广域网优化器可以提升企业网络的性能.然而,企业部署、更新和维护网络功能设备需要大量开销.不同网络功能设备之间的差异使得企业需要庞大的专业团队来管理网络设备.物理设备固定的位置和处理能力使得企业网络无法有效解决网络拥塞带来的设备失效问题.随着企业网络规模的增长,网络功能设备管理、维护和更新产生的开销急剧上升.面对日益增长的网络功能设备运维开销和管理难度,网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)技术提出将网络功能和物理硬件设备解耦,通过在通用商用服务器上部署和管理网络功能,为企业降低了网络设备管理难度,减少了网络功能设备开销,提供了灵活的网络服务部署策略,例如,动态回收/扩展.尽管NFV技术能为企业带来便捷和利益,但是实现一个实用而高效的NFV系统存在很多挑战.针对NFV系统实现中存在的问题和挑战,学术界和工业界已投入大量精力对NFV技术进行研究和尝试.该文首先介绍欧洲电信标准协会制定的NFV技术标准结构,并根据其分类总结NFV系统实现中存在的问题和挑战,将当前研究成果分为网络功能虚拟化、网络功能虚拟化设施和管理、网络编排三个部分.软件定义网络(Software Defined Network,SDN)和NFV技术可以相互弥补促进,该文对其之间的关系进行了研究.然后,该文着重从虚拟化网络功能(Virtual Network Function,VNF)构建及运行环境优化、NFV管理系统设计及优化、策略实施与验证、资源分配和迁移策略、NFV负载均衡和状态管理技术、NFV架构中的安全问题几个方面来深入分析NFV技术当前的学术研究成果.最后介绍了NFV技术在云计算、移动通讯以及家庭网络中的应用场景实例,同时对NFV技术进行总结并展望未来研究发展方向.

网络功能虚拟化技术及其在5G网络中的应用分析

基于对通信网的现状及未来发展方向分析,阐释通信业引入网络功能虚拟化技术的原因。比较基于NFV(网络功能虚拟化)技术的网络架构与传统电信网的网络架构,指出新架构的特点以及新业务和管理的便利性。分析实现网络功能虚拟化的关键技术,包含通信域与管理域两个层面。结合正在部署的5G网络,从无线接入网和核心网两个方面分析NFV技术在5G建设中的应用。最后指出NFV技术与其它技术联合使用可以带来更多的好处,但是同时也对运营商管理维护人员提出更高要求。

虚拟化网络功能数据测量框架研究

NFV(网络功能虚拟化)的出现,使得传统运营服务的运营商模型面临着诸多新的严峻挑战。通常情况下,VNF(虚拟化网络功能)的实例化基于资源需求,因而NFV数据模型必须是可测量的,从而与传统运营服务的数据模型保持一致。文章回顾网络管理的五种基本功能:FCAPS(故障、配置、计费、性能和安全),对比NFV数据模型与传统网络服务数据模型,描述NFV基础设施遥测数据的类型和来源,说明OpenStack遥测服务——Ceilometer工作原理与配置,分析NFV有机数据测量模型的功能需求,介绍vProbe主/被动测量数据模型的主要功能和测量指标。

网络功能虚拟化技术研究综述

网络功能虚拟化(network function virtualization,NFV)基于虚拟化技术和标准的商业服务器、交换机、存储器来实现网络功能,用于替代网络中原本采用专用设备的中间盒,为运营商减少了搭建和运营网络的开销,提高了网络服务的灵活性、可扩展性,促进了新兴网络功能的开发和部署.目前NFV仍然处于发展阶段,在系统性能、管理编排、可靠性、可用性、安全性、可编程性等方面仍然存在很多问题,研究人员围绕这些问题展开了大量的研究.对NFV体系结构和基础技术进行了总结,提出了需要解决的关键问题.在此基础上,对已有的NFV研究成果提出了"四象限"的分类方法,并详细分析和比较了典型的解决方案,总结了各方案的优势和开销,对未来的研究趋势进行了展望.

网络功能虚拟化中延时感知的资源调度优化方法

网络功能虚拟化(network function virtualization,NFV)旨在以软件的方式实现网络功能从而替代传统网络中的专有硬件设备.为了应对日益增长的资源密集型需求,面向软件的网络功能虚拟化带来了如虚拟网络功能的管理、低延迟的调度和虚拟网络资源分配等问题.虚拟网络功能调度问题本身为NP-hard,在虚拟网络功能资源调度延迟的特定问题上,为保证良好的用户体验,需要确保网络资源被合理地分配和协调以防止资源的过度供应和保持端到端低延迟.针对网络资源调度的延时问题建立了以最小化资源调度总体服务延迟为目标的整数线性规划模型.此外,为了满足网络动态性较高的特性,设计了一种基于贪婪的启发式算法,此算法首先构建辅助图,然后根据考虑到网络传播时延影响的不同业务链之间的时延影响分析来选择资源调度方案,并且对很多点处理功能采用了多路传输的方式.最终的实验结果表明:所提算法可以有效地指导模型的求解,在降低网络总体服务延时方面比之前相关研究有5%～15%的性能提升.

基于强化学习与鲸鱼优化算法的低延迟网络功能调度方法

针对在虚拟网络中如何对延迟敏感的服务功能链(SFC)上的虚拟网络功能(VNF)在调度过程时将VNF映射、调度联合解决并最小化VNF处理延迟的问题,提出了一种基于强化学习自调节鲸鱼优化算法,通过不同环境自动调节鲸鱼优化算法中的参数,同时使用交叉、变异以及领域算子整体来提高鲸鱼优化算法性能,在保证满足SFC的约束需求的情况下,以最小化完成时间为目标,建立VNF调度模型。模型通过改进鲸鱼优化算法和强化学习自动调节参数来加快收敛速度,找寻最优解。仿真结果表明,所提出的算法与HGWOA算法和GABL算法相比在性能上分别提升10%与16%。