光电混合网络中的服务功能链映射研究

摘要

在云计算、软件定义网络和网络虚拟化技术的发展推动下，越来越多的网络服务被迁移到NFV环境中，NFV采用软、硬件解耦的方式重新定义提供网络服务的专用设备，成为近几年的一个研究热点。相比于传统手工配置，NFV利用虚拟化技术，使底层网络的计算、存储等资源可以被上层共享，使服务部署的效率、成本等有所优化。NFV通过编排网络服务，连接一系列特定功能需求构成SFC，SFC在网络中的映射问题是NFV的一个重要研究方向，通过虚拟化平台实现对设备服务功能的灵活配置和流量的转发处理，旨在为用户提供更优质的网络服务。 NFV技术的成功演进需要伴随底层网络的适应性调整。现有底层网络基于包交换，能够为业务提供细粒度的带宽连接，灵活应对上层业务的小带宽需求。当带宽需求粒度增大，甚至超过了链路带宽，现有的包交换网络将无法高效承载需求。如果使用纯光网络，虽有大容量、低功耗、高保密等多种优势，但有灵活性的限制。因此，本文提出以现有包交换网络结合光交换网络，构成重叠式光电混合网络，形成包交换网络和光网络的优势互补，为业务需求提供透明、高效的传输平台。 本文主要研究在重叠式光电混合网络中SFC映射的资源分配问题。首先，介绍了研究背景和光电混合网络下SFC的业务特性。接着，提出基于用户服务感知的动态到达的单需求映射模型，设计了整数线性规划模型和基于物理资源重构图的启发式算法，并且引入NFV业务的时延特性。又扩展到多需求批量到达的网络模型中，通过线性规划、辅助图和路径剥离算法提供可行路径集合，进一步构建了静态需求映射的路由解决方案，并且对基于随机舍入的路径选择算法进行了近似性分析。最后对上述的算法进行了仿真实验设计并且分析实验结果。

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表目录

缩略语表

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状与进展

1.2.1 光电混合网络架构的研究现状

1.2.2 虚拟网络映射研究现状

1.2.3 服务功能链部署研究现状

1.3 本文的主要贡献与内容安排

第二章 基于光电混合网络的NFV

2.1 引言

2.2.1 网络功能虚拟化

2.2.2 基于NFV的SFC映射问题

2.3.1 光/电传输特性

2.3.2 基于SDN/NFV的重叠式异构网络

2.4 本章小结

第三章 基于时延的动态单需求SFC问题研究

3.1 引言

3.2 问题的描述与建模

3.2.1 动态到达场景

3.2.2 SFC的时延特性

3.2.3 整数线性规划模型

3.2.4 问题复杂度分析

3.3 基于辅助图的SFC映射算法

3.3.1 基于点、线融合机制的SFC映射

3.3.2 物理网络重构图设计

3.3.3 SFC路由算法分析

3.4 仿真结果与分析

3.4.1仿真实验环境与仿真流程

3.4.2仿真性能指标与结果分析

3.5 本章小结

第四章 基于线性规划的静态到达SFC问题研究

4.1 引言

4.2.1 场景设计

4.2.2 整数线性规划模型

4.2.3 线性松弛

4.3 基于LP和辅助图的启发式算法

4.3.1 辅助图设计

4.3.2 路径剥离

4.3.3 候选路径选择

4.4 基于随机舍入的算法近似性证明

4.5 仿真结果与分析

4.5.1 仿真实验环境与仿真流程

4.5.2 仿真能指标与结果分析

4.6 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果