物联网中虚拟网络功能转发图算法设计

作     者：任诚 刘静 王宇 李亚鑫 李红伟 

作者机构：西南石油大学电气信息学院 电子科技大学信息与通信工程学院 

出 版 物：《计算机科学与探索》 (Journal of Frontiers of Computer Science and Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(61907036,51905457) 四川省自然科学基金面上项目(2024NSFSC0513) 

主　　题：网络功能虚拟化 物联网 整数线性规划 虚拟网络功能转发图 

摘      要：近年来，物联网的迅速发展和其终端数量的爆炸式增长对物联网网络服务提出了更高要求。结合网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）技术，对新一代物联网服务功能虚拟化和软件化，可以将网络服务表示为虚拟网络功能转发图（VNF-FG）。现有的研究主要关注VNF-FG 嵌入(VNF-FGE)问题，把VNF-FG作为确定输入，忽略了VNF-FG的设计问题；又或者在设计VNF部署算法时，没有充分利用VNF-FG的图结构，使算法有一定局限性。因此，该文研究VNF-FG有向无环图（DAG）设计问题。针对一组到达物联网终端的服务请求，首先设计约束，建立一个整数线性规划（ILP）模型生成最优无环VNF-FG；然后以最小化虚拟节点总数为目标，提出一种高效的虚拟网络功能转发无环图设计算法，充分利用已有虚拟节点，并找出导致成环的关键VNF实例，通过反向增扩恰当数量的关键VNF以消除VNF-FG中的环路，在保证无环和最小化虚拟节点数量之间进行折中。实验结果表明，该算法与ILP模型之间的差距很小；与其他已有算法相比，在不同SFC请求数量下，该算法生成的虚拟节点个数平均降低了17.67%。