网络功能虚拟化环境下资源优化调度问题研究

Network Function Virtualization (NFV) transforms the network functions from dedicated hardware implementations to software instances running in a virtualized environment, hence it behaves in a manner of low cost, short development cycle, strong scalability and extensibility, etc. In NFV, the user requested service is implemented by a sequence of Virtual Network Functions (VNF) that are running on generic servers. These VNFs are running in a particular order, which is called Service Function Chaining (SFC). In this project, we focus three aspects of resource scheduling in NFV: (1) Establish models to calculate the flow traversing delay in an SFC and the VNF placement availability. (2) Solve the delay and availability-based VNF placement and traffic routing problem (3) By considering the whole network lifetime, solve the VNF dynamic adjustment and redeployment problem. We analyze the complexities of the above problems in different conditions, propose appropriate solutions (exact algorithm, approximation algorithm, heuristic), and validate and evaluate their performances in extensive simulations based on Software-Defined Networks (SDN). The achievement of our project will provide fundamental theoretical support in the field of resource scheduling in NFV.

网络功能虚拟化可以将传统的基于硬件方式所实现的网络功能解耦成可以运行在虚拟环境中的软件实例，因此具有低成本，开发周期短，可伸缩性和可扩展性强等特点。在网络功能虚拟化中，用户所请求的服务由一系列运行在通用机上的的虚拟网络功能函数来实现。这些虚拟网络功能函数按照一定的顺序执行，组成所谓的服务功能链。本项目研究基于时延和可用性的虚拟网络功能优化调度问题，主要侧重于三方面的工作：（1）分别建立量化模型计算服务功能链中的数据流传输时延和虚拟网络功能放置的可用性;（2）解决基于时延和可用性的虚拟网络功能的放置和流量路由问题;（3）引入网络时间维度，解决虚拟网络功能的动态调整和重新部署问题。分析上述问题在不同限制条件下的复杂度，提出相应的解决方案（精确算法、近似算法、启发式算法），并在基于软件定义网络的仿真实验中验证和评估算法的性能。研究成果将为网络功能虚拟化环境下的资源优化调度提供有力的理论基础支撑。

网络功能虚拟化可以将传统的基于硬件方式所实现的网络功能解耦成可以运行在虚拟环境中的软件实例，因此具有低成本，开发周期短，可伸缩性和可扩展性强等特点。在网络功能虚拟化中，用户所请求的服务由一系列运行在通用机上的的虚拟网络功能函数来实现。这些虚拟 网络功能函数按照一定的顺序执行，组成所谓的服务功能链。本项目主要包含三方面的研究内容：（1）分别建立量化模型计算服务功能链中的数据流传输时延和虚拟网络功能放置的可用性;（2）解决基于时延和可用性的虚拟网络功能的放置和流量路由问题;（3）引入网络时间维度，解决虚拟网络功能的动态调整和重新部署问题。分析上述问题在不同限制条件下的复杂度，提出相应的解决方案（精确算法、近似算法、启发式算法以及在线算法），并对所提出的算法进行仿真验证。本项目完成了预期研究目标、研究内容和成果要求。项目组已经发表学术论文20余篇，包括IEEE TPDS, IEEE TMC, IEEE INFOCOM, IEEE IWQoS, IEEE TSC，IEEE Network等CCF A/B类推荐期刊/会议和中科院一区期刊，并且获批专利3项。本项目积累比较深入的研究成果和经验，将为网络功能虚拟化环境下的资源优化调度提供有力的理论基础支撑。