虚拟网络功能服务链映射多目标优化建模及算法研究.pdf

摘要

5G/6G作为支撑国内网络通信的关键新型基础设施，它推动以数字化、网络化、

智能化为主要特征的第四次工业革命蓬勃发展。网络功能虚拟化技术作为5G/6G通

信的关键技术之一，旨在采用软件化的方式实现网络功能实现网络资源按需分配以

及软件的灵活加载，降低网络服务的部署周期，提高网络的灵活性进而大幅度提升

网络管理的灵活性和智能化。但这种网络功能虚拟化技术也给网络中资源的分配

（计算资源、存储资源、网络带宽资源等）带来巨大的挑战。如何构建高效的资源

分配方案（虚拟网络功能链映射）已成为网络功能虚拟化问题中的核心问题。论文

主要针对网络功能虚拟化背景下虚拟网络功能服务链映射问题进行研究，创新性主

要体现在以下两个方面：

（1）针对虚拟网络功能顺序固定的虚拟网络功能服务链映射问题，建立以最小

化网络时延、网络能量消耗，最大化链路负载均衡性和网络节点负载均衡性为目标

的多目标约束优化模型。为求解该模型，设计高效的编码方法、基于均匀分布的种

群初始化方法，并提出一种综合考虑约束违反度和解的均匀性、多样性及收敛性的

选择策略。在此基础上提出基于分解的进化多目标框架改进的多目标头脑风暴算法

以得到虚拟网络服务链映射方案。仿真实验结果表明，本文所设计的方法能够得到

具有较好的均匀性、多样性及收敛性的前沿面，且在网络时延、网络能量消耗方面

比对比算法降低5%，7.8%。在链路负载均衡性和网络节点负载均衡性方面比对比

算法提高10.2%，8.5%。

（2）针对虚拟网络功能顺序灵活可变的虚拟网络功能服务链映射问题，建立四

目标约束优化模型，设计了确定虚拟网络功能的最优实现顺序及可迁移的高效编码

方法、提出联合虚拟网络功能迁移策略及最优顺序的新个体产生算法及选择算子，

以求解所建立的多目标优化模型。仿真实验结果表明，本文所设计的方法能够得到

网络时延、网络能量消耗，链路负载均衡性和网络节点负载均衡性较优的虚拟网络

功能映射方案，为决策者提供更多的决策方案。设计的算法在网络节点中出现功能

节点资源不足、负载不均衡、排队时间过长等情况，可以通过调整虚拟网络功能实

现顺序以及合理的迁移达到提高网络性能的目的。

关键词：网络功能虚拟化；虚拟网络功能服务链；多目标优化；进化多目标；

头脑风暴算法

I

Abstract

Asakeynewinfrastructuretosupportthedigitaltransformationofdomesticeconomy

andsociety,5G/6GnetworkpromotesthevigorousdevelopmentofthefourthIndustrial

revolution,whichismainlycharacterizedbydigitalization,networkingandintelligence.

Asoneofthekeytechnologiesof5G/6Gcommunication,networkfunctionvirtualization

technologyaimstorealizenetworkfunctionsinasoftware-basedwaytoachieveon-de-

manddistributionofnetworkresourcesandflexibleloadingofsoftware,reducethede-

ploymentcycleofnetworkservices,improvetheflexibilityofthenetworkandthusgreatly

enhancetheflexibilityandintelligenceofnetworkmanagement.How-ever,thistechnol-

ogyalsobringschallengestoresourceallocation(computingresources,storageresources,

networkbandwidthresources,etc.).Thecon