电信科学 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (12): 11-26.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2022289
吴晓春, 洪晨, 张岳, 张俊楠, 周静静
修回日期:
2022-11-14
出版日期:
2022-12-20
发布日期:
2022-12-01
作者简介:
吴晓春(1983- ),女,博士,浙江工商大学信息与电子工程学院高级实验师、硕士生导师,主要研究方向为新一代网络技术架构、软件定义网络、网络功能虚拟化、人工智能与网络安全的结合等基金资助:
Xiaochun WU, Chen HONG, Yue ZHANG, Junnan ZHANG, Jingjing ZHOU
Revised:
2022-11-14
Online:
2022-12-20
Published:
2022-12-01
Supported by:
摘要:
针对5G环境下服务功能链(SFC)端到端时延无法满足时延敏感型应用需求的问题,将传统虚拟网络功能(VNF)拆分成粒度不一的映射单元,提出了基于微服务架构的粒度可变服务功能链映射(VG-SFCM)算法。首先将传统粗粒度的VNF解耦成细粒度的微服务单元,随后通过SFC内冗余微服务单元的合并及SFC间微服务单元的复用,减少微服务单元的实例化,降低SFC的处理时间。仿真结果表明,所提算法在降低平均部署网络成本的同时,其SFC端到端时延相较于传统的映射算法降低了14.81%。
中图分类号:
吴晓春, 洪晨, 张岳, 张俊楠, 周静静. 基于微服务架构的粒度可变服务功能链映射算法[J]. 电信科学, 2022, 38(12): 11-26.
Xiaochun WU, Chen HONG, Yue ZHANG, Junnan ZHANG, Jingjing ZHOU. Variable granularity service function chain mapping algorithm based on microservice architecture[J]. Telecommunications Science, 2022, 38(12): 11-26.
表1
相关符号及其含义"
符号 | 含义 |
G | 底层网络拓扑 |
N | 拓扑中的网络节点集合,i∈N表示设计具体节点 |
E | 网络节点间链路集合,(i,j)∈E 表示具体链路 |
Ei | 与物理链路相对应的虚拟链路 |
节点i的CPU资源及内存资源 | |
ci | 节点i的激活代价 |
B ij | 链路带宽资源 |
F | 网络中支持的VNF集合,p∈F 表示具体类别 |
S | 服务功能链请求集合,f ∈S 表示单个服务功能链请求 |
V | 构成服务功能链的VNF集合,v∈V 表示单个VNF |
RC、RB | 服务功能链请求的计算资源需求及带宽需求 |
l | 执行最细粒度拆分后得到的AtomNF个数 |
构成服务功能链 f 的第 n 个 VNF 中的第 m 个AtomNF | |
AtomNF单元是否映射在节点i上 | |
p类AtomNF单元的部署代价 | |
Tmax | 服务功能链请求的最大可接受时延 |
表2
AtomNF分类"
AtomNF类别 | 类别特征 | 典型例子 |
端点 | 开始或结束对数据包的操作 | 从 网 络 接 口 控 制 器(network interface controller,NIC)读取数据,发送数据流至NIC |
区分 | 依据相关准则进行数据包的分类并输出至相关单元 | 协议解析、按L7报头分类 |
修改 | 对数据执行修改操作 | IP地址更改 |
重构 | 丢弃或增加一个具体的数据包 | 丢包 |
流量控制 | 修改数据流的传输速率,但不改变其传输内容 | 速率限制 |
静态 | 不修改该数据包本身及其特征,以及其他不属于前5类的单元 | 计算特定统一资源定位符(uniform resource locator,URL)数据包、记录器 |
表3
该拓扑的具体参数及仿真过程中所需的其他参数"
仿真对象 | 仿真参数 | 仿真值 |
NSFNET拓扑 | 物理节点数/个 | 14 |
物理链路数/条 | 21 | |
链路带宽资源 | 1 000单位 | |
节点CPU资源 | 100单位 | |
节点内存资源 | 100单位 | |
节点激活成本 | 50单位 | |
服务功能链请求 | 单服务功能链VNF数/个 | 4、5、6 |
入口节点及出口节点/个 | 1、13 | |
带宽需求/(Mbit·s-1) | [40,60] | |
最大可接受时延/ms | [50,100] | |
虚拟网络功能 | 已预设前置拆分VNF数/个 | 6 |
未预设前置拆分VNF数/个 | 4 | |
CPU开销及内存开销 | 每种类型前期设定 | |
未拆分VNF部署成本 | 1单位 | |
单AtomNF部署成本 | 0.4单位 |
表4
算法性能对比"
算法 | 性能 | SFCR数量/个 | |||
600 | 800 | 1 000 | 1 200 | ||
OBD | 平均端到端时延/ms | 10.395 | 11.142 9 | 11.845 6 | 12.982 8 |
请求接受率 | 99.33% | 96.88% | 81.80% | 66.00% | |
平均部署网络成本 | 89.284 1 | 89.502 4 | 89.456 2 | 89.483 3 | |
QARE | 平均端到端时延/ms | 8.389 3 | 10.391 7 | 10.727 4 | 11.158 8 |
请求接受率 | 99.17% | 96.75% | 84.90% | 70.17% | |
平均部署网络成本 | 95.284 7 | 95.104 5 | 95.024 1 | 95.331 1 | |
DP-COA | 平均端到端时延/ms | 7.052 1 | 8.312 4 | 8.601 2 | 8.910 4 |
请求接受率 | 99.50% | 98.00% | 90.20% | 76.00% | |
平均部署网络成本 | 86.083 8 | 86.692 3 | 87.375 8 | 87.767 4 | |
SFCDO | 平均端到端时延/ms | 8.868 5 | 9.333 5 | 9.820 1 | 10.173 2 |
请求接受率 | 99.50% | 98.75% | 92.60% | 77.50% | |
平均部署网络成本 | 83.683 7 | 84.885 7 | 85.155 6 | 85.152 6 | |
VG-SFCM | 平均端到端时延/ms | ||||
请求接受率 | |||||
平均部署网络成本 |
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