發(fā)布時間：2020-10-15 01:37

　　 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)利用虛擬化的基礎(chǔ)設(shè)施展現(xiàn)了業(yè)界所期待的敏捷性和可擴(kuò)展性,但是軟件化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的性能仍然是阻礙其大規(guī)模普及應(yīng)用的瓶頸之一。與傳統(tǒng)虛擬化應(yīng)用不同,大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬服務(wù)是由多個虛擬機(jī)(VMs)以服務(wù)鏈(SFC)的形式運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)的大容量服務(wù)器中。每臺虛擬機(jī)中運(yùn)行著專用的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能(VNF),現(xiàn)有的虛擬機(jī)監(jiān)視器(Hypervisor)仍然將這些虛擬機(jī)視作單獨(dú)的虛擬機(jī)實(shí)例來為其分配資源和維護(hù)。當(dāng)一條服務(wù)鏈被請求服務(wù)時,現(xiàn)有的虛擬化資源管理缺少對每個所需要的VNF(VM)之間邏輯連接的識別,獨(dú)立地為服務(wù)鏈中每個實(shí)例映射物理資源。這樣的資源映射方式會由于多核物理機(jī)底層架構(gòu)的原因(如NUMA)導(dǎo)致組成的服務(wù)鏈的性能波動。在這樣的背景下,如何有效地利用虛擬化的物理資源來提供基于服務(wù)鏈的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)成為了一個亟待解決的問題。IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)作為一項(xiàng)成熟的基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議提供多媒體服務(wù)的電信架構(gòu),廣泛的應(yīng)用于通信運(yùn)營商的解決方案中。IMS服務(wù)也是由多個不同的功能組根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求組織成特定的服務(wù)鏈來提供的。同樣的,IMS系統(tǒng)作為一類典型的NFV業(yè)務(wù)部署在虛擬化的環(huán)境中時也面臨著缺乏從服務(wù)鏈角度來進(jìn)行資源映射的問題。為了解決這個問題,本文提出了針對服務(wù)鏈的優(yōu)化資源映射約束模型和算法,結(jié)合實(shí)際的IP多媒體子系統(tǒng)Clearwater服務(wù),實(shí)現(xiàn)本文的優(yōu)化目標(biāo)。首先,針對Clearwater的業(yè)務(wù)進(jìn)行服務(wù)鏈分析,總結(jié)出各項(xiàng)服務(wù)對應(yīng)的服務(wù)鏈組成。隨后,通過本文提出的信息采樣模塊獲取底層服務(wù)器的性能信息作為模型和算法的輸入。信息收集完成后,再由動態(tài)映射模塊使用基于貪心的算法生成優(yōu)化后的映射策略并根據(jù)生成的映射策略對實(shí)際參與的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)例進(jìn)行組鏈映射,提供所需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。最后,在實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對本文所提出的設(shè)計(jì)與默認(rèn)的資源映射方法進(jìn)行對比和性能評估。數(shù)據(jù)分析表明,本設(shè)計(jì)可以減少Clearwater應(yīng)用平均40%的服務(wù)延遲,并在模擬服務(wù)鏈應(yīng)用性能測試中提升了接近2倍的網(wǎng)絡(luò)吞吐。通過這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,本文所提出的優(yōu)化方法在Clearwater系統(tǒng)下可以有效地提升服務(wù)的性能。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP393.01
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 主要研究內(nèi)容及背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)鏈
        1.2.2 網(wǎng)絡(luò)I/O優(yōu)化
        1.2.3 NFV資源分配問題
        1.2.4 其他相關(guān)研究
    1.3 論文安排
第二章 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化相關(guān)技術(shù)
    2.1 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化發(fā)展概況
    2.2 Clearwater平臺介紹
    2.3 常見的網(wǎng)絡(luò)I/O虛擬化技術(shù)
        2.3.1 設(shè)備模擬模式
        2.3.2 分離驅(qū)動模式
        2.3.3 硬件輔助模式
    2.4 非一致性存儲訪問架構(gòu)
    2.5 多核物理機(jī)虛擬化應(yīng)用性能觀測與分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 IMS服務(wù)鏈資源映射分析與建模
    3.1 問題概述
    3.2 關(guān)鍵概念及模型定義
        3.2.1 相關(guān)建模定義
        3.2.2 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)約束定義
    3.3 模型參數(shù)分析及有效性驗(yàn)證
        3.3.1 模型參數(shù)分析及獲取
        3.3.2 參數(shù)有效性驗(yàn)證
    3.4 本章小結(jié)
第四章 方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    4.1 總體設(shè)計(jì)概述
        4.1.1 總體設(shè)計(jì)目標(biāo)
        4.1.2 總體設(shè)計(jì)思路
        4.1.3 總體設(shè)計(jì)架構(gòu)
    4.2 子模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        4.2.1 Clearwater服務(wù)鏈分析
        4.2.2 信息采樣模塊
        4.2.3 動態(tài)映射模塊
    4.3 本章小結(jié)
第五章 實(shí)驗(yàn)分析
    5.1 實(shí)驗(yàn)平臺和測試環(huán)境
    5.2 Clearwater壓力測試實(shí)驗(yàn)
    5.3 網(wǎng)絡(luò)性能對比實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 Ping實(shí)驗(yàn)
        5.3.2 iPerf實(shí)驗(yàn)
        5.3.3 ApacheBench實(shí)驗(yàn)
    5.4 實(shí)驗(yàn)小結(jié)
    5.5 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
攻讀學(xué)位期間申請的專利

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本文編號：2841493