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一种面向运营成本优化的虚拟网络功能部署和路由分配策略

史久根 张径 徐皓 王继 孙立

史久根, 张径, 徐皓, 王继, 孙立. 一种面向运营成本优化的虚拟网络功能部署和路由分配策略[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(4): 973-979. doi: 10.11999/JEIT180522
引用本文: 史久根, 张径, 徐皓, 王继, 孙立. 一种面向运营成本优化的虚拟网络功能部署和路由分配策略[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(4): 973-979. doi: 10.11999/JEIT180522
Jiugen SHI, Jing ZHANG, Hao XU, Ji WANG, Li SUN. Joint Optimization of Virtualized Network Function  Placement and Routing Allocation for Operational Expenditure[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(4): 973-979. doi: 10.11999/JEIT180522
Citation: Jiugen SHI, Jing ZHANG, Hao XU, Ji WANG, Li SUN. Joint Optimization of Virtualized Network Function  Placement and Routing Allocation for Operational Expenditure[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(4): 973-979. doi: 10.11999/JEIT180522

一种面向运营成本优化的虚拟网络功能部署和路由分配策略

doi: 10.11999/JEIT180522
基金项目: 国家重大科学仪器设备开发专项(2013YQ030595)
详细信息
    作者简介:

    史久根:男,1963年生,副教授,研究方向为嵌入式系统、计算机网络和软件定义网络

    张径:男,1993年生,硕士生,研究方向为软件定义网络、网络功能虚拟化

    徐皓:男,1994年生,硕士生,研究方向为软件定义网络、控制器部署

    王继:男,1993年生,硕士生,研究方向为软件定义网络、网络功能虚拟化

    孙立:男,1993年生,硕士生,研究方向为软件定义网络、网络功能虚拟化

    通讯作者:

    张径 zj0910@mail.hfut.edu.cn

  • 中图分类号: TP393

Joint Optimization of Virtualized Network Function  Placement and Routing Allocation for Operational Expenditure

Funds: The National Major Scientifc Instruments Development Project (2013YQ030595)
  • 摘要:

    随着网络功能虚拟化(NFV)技术的发展,虚拟网络功能(VNF)可以通过服务功能链(SFC)的形式部署在如虚拟机的通用平台中,为管理带来灵活性。但是对于服务提供商来说,由于网络基础设施的复杂性和日益增长的服务需求,给VNF的部署带来了高昂的运营成本(OPEX)。针对此问题,该文提出一种面向OPEX优化的策略,旨在最小化OPEX中的激活、能耗和传输成本,得到VNF部署和路由分配优化方案。为此建立一种全新的混合整数线性规划(MILP)模型,并设计包括遗传算法(GA)在内的3种OPEX优化算法。仿真实验评估在不同资源配给下MILP和3种算法的OPEX及其性能,其中GA算法在节点资源配比60%以上时可以得到近似于MILP模型的解决方案。

  • 图  1  网络功能部署在物理节点的虚拟机中

    图  2  节点虚拟机资源充足和受限2种情况的解决方案

    图  3  pdh网络在不同资源配给下的OPEX

    图  4  pdh网络在不同资源配比下的求解时间

    图  5  Newyork网络在1个月中的流量分布

    图  6  Newyork网络在1个月中的OPEX

    表  1  算法1:发现可行的SFC部署方案

     输入:$G(V,E)$, $N$, $D$, ${M_k}$, ${l_k}$
     输出:${\rm VM}_i$, ${\rm finalSFC}_k$ by a tuple $\left\langle {{\rm order} \in {N^*},n \in N,i \in V} \;\right\rangle $,     ${R_k}$
     (1) while 未分配的请求${d_k} \in D$ do
     (2) 获取从${s_k}$到${t_k}$时延${l_k}$内的简单路径集合${P_k}$,以最短路径排序;
     (3)  t=0; //t为SFC中需要初始化的虚拟机个数
     (4)  while $t \le \left| {{M_k}} \right|$ and ${\rm Path}_k \in {P_k}$ do
     (5)  从$N$中选出所有t-子集的组合序列$\rm initVMs$;
     (6)  调用算法2得到请求$k$的预部署方案${\rm preSFC}_k$;
     (7)  if $\left| {{\rm preSFC}_k} \right| = = \left| {{M_k}} \right|$ the
     (8)  ${\rm finalSFC}_k \leftarrow {\rm preSFC}_k$, ${R_k} \leftarrow {\rm Path}_k$; break;
     (9)  end if
     (10) end while
     (11) end while
     (12) return ${\rm VM}_i$, ${\rm finalSFC}_k$, ${R_k}$;
    下载: 导出CSV

    表  2  算法2:请求SFC的预部署

     输入:$\rm initVMs$, ${\rm VM}_i$, ${C_i}$, $T_i^n$
     输出:${\rm preSFC}_k$ by a tuple $\left\langle {{\rm order} \in {N^*},n \in N,i \in V} \;\right\rangle $
     (1) ${\rm preSFC} \leftarrow \varnothing $;\; ${\rm order} \leftarrow 1$;//$\rm order$为SFC的次序索引
     (2) while $i \in V\;\;{\rm{in}}\;{{\rm Path}_k}$ and ${\rm order} \le \left| {{M_k}} \right|$ do
     (3)  $n = \left\{ {n|n \in N:{M_k} = {\rm order}} \right\}$//找到对应索引的VNF
     (4) if $n \in {\rm VM}_i$ and ${r_k} + {\rm VM}_i{的吞吐容量} \le T\ _i^n$ then
     (5)   ${\rm preSFC}_k \cup \left\{ {\left\langle {{\rm order},n,i} \right\rangle } \right\}$; $\rm order$++;返回步骤(2);
     (6) end if
     (7) if $n \notin {\rm VM}_i$ and $n \in {\rm initVMs}$ and $\left| {{\rm VM}_i} \right| < {C_i}$ then
     (8)  ${\rm VM}_i \cup \left\{ n \right\}$; ${\rm preSFC}_k \cup \left\{ {\left\langle {{\rm order},n,i} \right\rangle } \right\}$; $\rm order$++; 返回     步骤(2);
     (9) end if
     (10) end while
     (11) return ${\rm preSFC}_k$;
    下载: 导出CSV

    表  3  算法3:休眠活跃节点

     (1) while 活跃节点$i \in \!V\;$能被关闭 do
     (2) 关闭虚拟机数量最少且在图$G$中的度最小的节点$i$;
     (3) 调用算法1重新计算SFC部署方案;
     (4) 如果没有可行的方案,则回溯上次方案;
     (5) end while
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-28
  • 修回日期:  2018-11-30
  • 网络出版日期:  2018-12-10
  • 刊出日期:  2019-04-01

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