中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院高性能計(jì)算技術(shù)研究中心許宜誠(chéng)團(tuán)隊(duì)在異構(gòu)服務(wù)器虛擬網(wǎng)絡(luò)功能在線調(diào)配算法取得進(jìn)展。相應(yīng)成果“Online joint placement and allocation of virtual network functions with heterogeneous servers(異構(gòu)服務(wù)器的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能在線調(diào)配算法)”于 2020 年 4 月 27 日發(fā)表在IEEE Internet of Things Journal上。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Function Virtualization，NFV)是基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)的一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概念，即利用虛擬化技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)階層化，以軟件運(yùn)作的方式使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)擺脫硬件架構(gòu)的拘束。NFV 技術(shù)涵蓋的網(wǎng)絡(luò)功能十分廣泛，包括家庭路由、機(jī)頂盒業(yè)務(wù)、流量分析、SLA 監(jiān)測(cè)、測(cè)試與診斷、應(yīng)用程序優(yōu)化、安全功能等。然而在 NFV 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)中，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能(Virtual Network Function，VNF)的調(diào)配一直是非常棘手的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)頂級(jí)會(huì)議相繼披露了多項(xiàng)相關(guān)研究成果：(1)使用最少的預(yù)算在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中配置 VNF 節(jié)點(diǎn)，使得所有用戶的需求都能被滿足(Sang et al. INFOCOM’17)；(2)使用有限的預(yù)算在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中配置 VNF 節(jié)點(diǎn)，使得盡可能滿足最多用戶的需求(Sallam and Ji, INFOCOM’19)。然而，他們都假設(shè)了一種理想狀態(tài)，即網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)都是同構(gòu)的且可以無(wú)限配置 VNF(只要預(yù)算足夠)，然而現(xiàn)實(shí)并不是這樣。

該研究采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃、隨機(jī)算法等移除了上述不合理假設(shè)，首次引進(jìn)一種非常寬泛的左連續(xù)函數(shù)描述了所有可能的服務(wù)器性能函數(shù)的種類，并發(fā)現(xiàn)所提出的模型涵蓋了包括但不限于上述兩種模型在內(nèi)的多種場(chǎng)景。其次，針對(duì)新提出的模型，構(gòu)造了一個(gè)非常有意思的對(duì)手實(shí)例，細(xì)致地分析了其復(fù)雜度，并在此條件下基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃提出了一種精確算法。雖然該算法在精確度上已經(jīng)優(yōu)于前人的算法，但其運(yùn)行時(shí)間卻仍未達(dá)到團(tuán)隊(duì)的要求。因此，提出了兩類定制化隨機(jī)加速算法，分別是拉斯維加斯(LV)算法和蒙特卡羅(MC)算法。最后，大量試驗(yàn)表明，算法不但在運(yùn)行時(shí)間和占用內(nèi)存方面明顯優(yōu)于精確算法，在精準(zhǔn)度上也可與精確算法媲美。此外，由于 MC 算法的特性，可以很容易地通過控制參數(shù)來(lái)平衡服務(wù)質(zhì)量(QoS)和運(yùn)行時(shí)間，此技術(shù)將在大數(shù)據(jù)場(chǎng)景具有非常大的應(yīng)用潛力。

該研究為 NFV 提供了新的技術(shù)和視野，也為網(wǎng)絡(luò)方案供應(yīng)商提供了新的平衡預(yù)算和服務(wù)質(zhì)量的方案。

精確算法(紅)與隨機(jī)算法(藍(lán))的精度對(duì)比[1]

[1] Xu YC, Chau V, Wu CC, et al. Online joint placement and allocation of virtual network functions with heterogeneous servers [J]. IEEE Internet of Things Journal, 2020, 7(9): 8049-8058.