許宜誠團隊提出一種異構服務器虛擬網(wǎng)絡功能在線調(diào)配算法

中國科學院深圳先進技術研究院高性能計算技術研究中心許宜誠團隊在異構服務器虛擬網(wǎng)絡功能在線調(diào)配算法取得進展。相應成果“Online joint placement and allocation of virtual network functions with heterogeneous servers(異構服務器的虛擬網(wǎng)絡功能在線調(diào)配算法)”于 2020 年 4 月 27 日發(fā)表在IEEE Internet of Things Journal上。

網(wǎng)絡功能虛擬化(Network Function Virtualization，NFV)是基于軟件定義網(wǎng)絡(SDN)的一種網(wǎng)絡架構概念，即利用虛擬化技術將網(wǎng)絡節(jié)點階層化，以軟件運作的方式使網(wǎng)絡服務擺脫硬件架構的拘束。NFV 技術涵蓋的網(wǎng)絡功能十分廣泛，包括家庭路由、機頂盒業(yè)務、流量分析、SLA 監(jiān)測、測試與診斷、應用程序優(yōu)化、安全功能等。然而在 NFV 技術的實現(xiàn)中，虛擬網(wǎng)絡功能(Virtual Network Function，VNF)的調(diào)配一直是非常棘手的難點和熱點問題。近年來，網(wǎng)絡頂級會議相繼披露了多項相關研究成果：(1)使用最少的預算在網(wǎng)絡節(jié)點中配置 VNF 節(jié)點，使得所有用戶的需求都能被滿足(Sang et al. INFOCOM’17)；(2)使用有限的預算在網(wǎng)絡節(jié)點中配置 VNF 節(jié)點，使得盡可能滿足最多用戶的需求(Sallam and Ji, INFOCOM’19)。然而，他們都假設了一種理想狀態(tài)，即網(wǎng)絡中的服務器節(jié)點都是同構的且可以無限配置 VNF(只要預算足夠)，然而現(xiàn)實并不是這樣。

該研究采用動態(tài)規(guī)劃、隨機算法等移除了上述不合理假設，首次引進一種非常寬泛的左連續(xù)函數(shù)描述了所有可能的服務器性能函數(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)的多種場景。其次，針對新提出的模型，構造了一個非常有意思的對手實例，細致地分析了其復雜度，并在此條件下基于動態(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，但其運行時間卻仍未達到團隊的要求。因此，提出了兩類定制化隨機加速算法，分別是拉斯維加斯(LV)算法和蒙特卡羅(MC)算法。最后，大量試驗表明，算法不但在運行時間和占用內(nèi)存方面明顯優(yōu)于精確算法，在精準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)來平衡服務質(zhì)量(QoS)和運行時間，此技術將在大數(shù)據(jù)場景具有非常大的應用潛力。

該研究為 NFV 提供了新的技術和視野，也為網(wǎng)絡方案供應商提供了新的平衡預算和服務質(zhì)量的方案。

精確算法(紅)與隨機算法(藍)的精度對比[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.