论文部分内容阅读
随着云计算和虚拟化技术的不断发展与成熟,网络功能虚拟化(NFV)技术被提出以满足愈加多样的网络服务需求,这些网络服务需求以服务功能链(SFC)的形式部署于云数据中心虚拟化环境下。但是,NFV在为服务功能链部署带来诸多优势的同时,也导致了延迟增加等性能问题。现有工作主要针对服务功能链部署的两个重要步骤进行优化:1)在组合虚拟网络功能步骤中,通过改进虚拟网络功能间的逻辑链接方式,降低服务功能链报文处理延迟;2)在放置虚拟网络功能步骤中,通过将虚拟网络功能放置到适当的服务器节点,降低服务功能链通信延迟。但是,现有工作仍存在以下问题:1)现有虚拟网络功能组合方案并行开销大且冗余操作多,导致服务功能链处理延迟依旧较高;2)现有虚拟网络功能放置方案采用模板化的资源分配方式且放置时未考虑延迟敏感应用的QoS要求,导致服务功能链通信延迟依旧较高。因此,本文针对NFV环境下服务功能链的端到端高延迟问题,从组合虚拟网络功能以及放置虚拟网络功能两个步骤着手展开研究,优化服务功能链的报文处理延迟和通信延迟,具体内容包括如下:首先,在组合虚拟网络功能步骤中,针对现有虚拟网络功能级完全并行化方案中冗余操作多以及并行开销大的问题,本文设计并实现了基于子图级延迟均衡并行化的虚拟网络功能组合优化机制,通过提取虚拟网络功能中的核心子功能子图并进行可并行性判定,实现子图级延迟均衡并行化策略以生成新虚拟网络功能,在此基础上,基于Click修改、设计并实现了面向虚拟网络功能并行化的高性能基础设施,从而减少了服务功能链报文处理延迟。其次,在放置虚拟网络功能步骤中,针对现有虚拟网络功能资源分配与放置策略采用模板化的资源分配方案以及未考虑延迟敏感应用QoS需求的问题,本文设计与实现了面向延迟优化的虚拟网络功能资源分配与放置策略,通过对优化后的新虚拟网络功能进行细粒度资源需求评估,建立面向延迟优化的虚拟网络功能放置模型,并设计基于能力评价的虚拟网络功能优先级放置算法求解模型,从而降低了服务功能链通信延迟。最后,在上述理论研究的基础上,将理论研究成果与实践相结合,设计并实现了面向NFV环境下服务功能链延迟优化系统,部署于东南大学HPE集群真实环境,以验证本文的理论成果。实验结果表明,本文所提出的NFV环境下服务功能链延迟优化系统能够保证服务功能链对各种长度、到达速率的报文线速处理的同时,有效降低了服务功能链的端到端延迟。综上所述,本文提出的虚拟网络功能子图级延迟均衡并行优化机制以及面向延迟优化的虚拟网络功能资源分配与放置策略,为NFV环境下实现高性能的服务功能链提供了行之有效的解决方案。随着NFV技术的不断发展,本文的研究成果将广泛应用于云计算数据中心,为5G、边缘计算等新型延迟敏感应用提供高性能的服务功能链,具有重要的理论和应用价值。