基于NFV的多播技术研究

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为了实现更加丰富强大的功能,进一步提高用户体验和安全性能,当前很多多播服务在实现时加入了如代理、深度包检测、防火墙等中介网络功能,这对运营商网络提出了网络功能多样性和多变性的需求。但传统的网络架构基于专有硬件实现各类网络功能,难以做到网络功能快速更新,更不可能实现服务能力的弹性伸缩。幸而新兴的网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)技术使网络具备了灵活部署网络功能的能力。如何在多播场景中利用好这种“部署灵活性”便成了一个值得研究的问题,它不仅决定了网络中计算、存储、通信等资源的利用效率,也影响了使用这些网络功能的多播服务性能。因此,本文对基于NFV的多播技术展开研究,以多播费用为优化目标,解决“支持NFV的多播拓扑构建问题(NFV-enabled multicast topology construction problem,NFV-MTC Problem)”,包括两个子问题:(1)确定虚拟网络功能(Virtual Network Function,VNF)在网络上的部署位置和数量;(2)建立使用VNF的多播拓扑。全文核心工作如下:首先,通过研读相关标准和文献,梳理总结NFV的体系架构、工作原理以及NFV技术在多播场景中应用的研究现状,以此为基础为解决NFV-MTC问题建立“使用中介网络服务的多播业务”模型。然后,基于现有的研究工作,在中介网络服务只包含一种网络功能的情况下对NFV-MTC问题展开研究。由于现有的NFV-MTC1算法在解决该问题时存在两个不足:理论上界偏大,且难以适应多播流经过VNF处理后带宽消耗增大的情况。本文就这些不足提出改进思路,形成“支持单类VNF的多播路由算法(SC.VNF_MR)”,并通过理论分析和仿真对比证明了其确实能改善NFV-MTC1算法的不足,得到费用更小的多播方案。在上一步研究的基础上,本文将中介网络服务只包含一种网络功能的情况拓展到包含多种网络功能,即所谓的“服务链”。考虑到部署服务链消耗的资源较多,本文设计了含有“VNF实例复用策略”的VNSC_MR算法。通过将该算法与NFV-MTC1算法以及一个无优化策略的复用算法作比较,仿真验证了该算法确实能够有效减少网络中VNF实例的运行数量,从而降低网络整体的多播费用。
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