新型移动业务控制网络中基于虚拟化的云基础架构研究

摘要

目前,电信系统采用专用设备,运行规模固定、资源利用率低下,利用云计算技术来降低运维成本受到业界的普遍关注。然而,由于核心网处于电信网的核心地位,其服务质量的要求非常严格,因此,核心网的云化工作目前仍处于探索阶段。IMS(IP Multimedia Subsystem)是基于IP网络的话音和多媒体业务的电信核心网架构,被公认为是下一代移动核心网的远景目标。针对IMS核心网体系,提出采用虚拟化技术的云基础架构,实现核心网规模的弹性伸缩,降低运维成本,同时保证符合电信级别的可靠性要求,具有重要的理论与实际意义。
　　实现IMS核心网云化的关键在于使系统满足电信级别的高响应性、负载均衡、可靠性要求。据此,对基于虚拟化技术的云基础架构进行改进,为IMS核心网的提供云化支撑环境。首先,针对IMS核心网云化,提出了改进的云基础架构虚拟化支撑平台的总体架构设计方案,为核心网的控制层提供基于虚拟化的云基础架构,所有核心网网元均运行在虚拟环境中;其次,提出基于CPU绑定策略的动态资源管理,满足了电信系统对响应时间的要求,并能够根据负载情况动态调整核心网规模;最后,提出基于向量的虚拟机和物理服务器的匹配算法与虚拟化支撑平台的可靠性保障机制,提高了IMS核心网系统的吞吐率,满足了电信核心网系统的可靠性要求。
　　通过在现网部署实验系统与R4网络对接,对实验系统进行了功能和性能测试。测试结果表明虚拟化支撑平台的端到端呼叫响应时间满足电信系统对呼叫时延的要求。通过24小时的模拟现网用户呼叫行为测试证明,虚拟化支撑平台能够根据实时负载动态调整规模,使系统具有弹性服务能力,灵活应对移动业务的时间潮汐现象,提高资源利用率。对系统的可靠性进行测试证明,虚拟支撑平台的故障恢复时间和业务倒换时间均满足运营商对核心网系统的指标要求。虚拟机迁移总时间优于Xen4.1.1,在内存利用率较低的情况下性能是Xen的3倍。

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1 绪论

1.1 问题提出

1.2 国内外研究现状

1.3 课题背景、研究内容及组织结构

2 虚拟化支撑平台总体设计

2.1 背景与设计思路

2.2 虚拟化支撑平台系统架构和功能模块

2.3 虚拟化支撑平台的工作流程

2.4 关键问题和难点分析

2.5 小结

3 虚拟化支撑平台的动态资源管理机制

3.1 设计原则

3.2 采用虚拟化技术服务器的数据监控

3.3 基于虚拟化技术的服务器管理

3.4 虚拟机动态资源管理

3.6 小结

4 虚拟化支撑平台的负载均衡和可靠性保障机制

4.1 虚拟机和物理服务器资源模型

4.2 虚拟机-物理服务器匹配算法

4.3 物理服务器的负载均衡机制

4.4 物理服务器的可靠性保障机制

4.5 小结

5 系统测试与性能分析

5.1 运行环境及评价指标

5.2 语音会话端到端的时延测试

5.3 负载均衡测试

5.4 可靠性测试

5.5 小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间申请的国家发明专利

附录2 攻读硕士期间参与的项目