NFV Orchestrator Placement for Geo-Distributed Systems
欧洲电信标准协会（ETSI）开发了网络功能虚拟化（NFV）管理和演示（MANO）框架。在该框架内，NFV编排器（NFVO）和虚拟化网络功能（VNF）管理器（VNFM）功能块负责管理网络服务及其相关联的VNF的生命周期。然而，它们在大规模和地理分布的NFV系统中面临着显著的可扩展性和性能挑战。它们的数量和位置对可以容纳的VNF的数量以及整体系统性能具有重大影响。因此，NFVO和VNFM放置是一个关键的挑战，因为它对系统的可扩展性和性能有潜在的影响。在本文中，我们解决了NFVO和VNFM在大规模和地理分布的NFV基础设施中的放置问题。我们提出了一个整数线性规划的问题，并提出了一个两步布局算法来解决这个问题，我们还进行了一组实验来评估所提出的算法。
2017-11-09 cs.NI
On the Cost-Optimality Trade-off for Service Function Chain Reconfiguration
虚拟网络功能（VNF）在虚拟化数据中心中的最佳放置增强了服务功能链（SFC）的整体性能并降低了移动网络运营商的运营成本。在变化的负载下维持VNF的最佳放置需要动态重新配置，其包括添加或移除VNF实例、改变VNF的资源分配以及重新路由对应的服务流。然而，这样的重新配置可能导致显著的服务中断并且对VNF基础设施施加额外的开销，特别是当重新配置需要状态或VNF迁移时。另一方面，不改变现有布局可能导致运营成本高。在本文中，我们调查之间的权衡重新配置的SFC和最优的结果放置和服务流（重）路由。我们对与有状态VNF的迁移相关的不同重新配置成本进行建模，并解决了一个联合优化问题，该问题旨在最小化VNF放置的总成本和修复次优放置所需的重新配置成本。数值结果表明，少量的重新配置操作可以显着降低VNF基础设施的运营成本，但是，太多的重新配置可能不会带来回报，应该涉及沉重的成本。
2019-10-04 cs.NI
Security-as-a-Function for IDS/IPS in Softwarized Network and Applications to 5G Network Systems
本文研究在5G独立组网架构中将IDS-IPS作为虚拟化网络功能部署，通过VM和容器化实现及实验验证其在防御DoS/DDoS攻击的同时满足5G应用的QoS要求。
2025-08-19 cs.ET cs.NI
VNF and Container Placement: Recent Advances and Future Trends
随着对开放性、可扩展性和粒度的需求不断增长，移动网络功能虚拟化（NFV）已经成为大多数移动网络运营商的关键使能器。NFV从硬件设备中分离网络功能。这种解耦允许被称为虚拟化网络功能（VNF）的网络服务托管在商用硬件上，这简化并增强了提供商的服务部署和管理，提高了灵活性，并导致高效和可扩展的资源使用以及更低的成本。VNF在托管基础设施中的适当放置是主要的技术挑战之一。这种布局会显著影响网络的性能、可靠性和运营成本。VNF放置是NP难的。因此，需要一种安置方法，可以随着问题的复杂性而调整，并在合理的时间内找到适当的解决方案。本研究的主要目的是提供一个分类的优化技术来解决VNF布局问题。我们根据性能指标、方法、算法和环境对研究论文进行分类。虚拟化不仅限于简单地用虚拟机或VNF替换物理机，还可能包括微服务、容器和云原生系统。在这种情况下，本文的第二部分重点关注边缘/雾计算中容器的放置。许多问题已经被认为是交通拥挤，资源利用，能源消耗，性能下降，安全等。对于每一个问题，通过不同的调查和研究论文提出了各种解决方案，其中每一个都以特定的方式解决布局问题，提出基于不同类型的算法，如启发式，元启发式，和机器学习算法。
2022-04-01 cs.NI
Virtual Function Placement for Service Chaining with Partial Orders and Anti-Affinity Rules
软件定义网络和网络功能虚拟化是提供灵活的基于软件的网络管理的两种范例。服务提供商正在实例化虚拟化网络功能-例如，防火墙、DPI、网关-以极大地促进网络服务的部署和重新配置，同时缩短价值实现时间。它们采用服务功能链接技术来动态地重新配置穿过物理和虚拟网络功能的网络路径。在网络上为一组服务链提供具有成本效益的虚拟功能部署是服务提供商的关键技术挑战，并且这个问题最近引起了工业界和学术界的广泛关注。在本文中，我们提出了一个公式，这个问题作为一个线性规划，允许一个找到最佳可行路径和虚拟功能布局的一组服务的总财务成本，同时考虑到每个服务的服务功能链的（全部或部分）顺序约束以及诸如端到端延迟的其他约束，同一物理节点上的网络功能之间的反亲合规则以及网络和处理能力方面的资源限制。此外，我们提出了一个启发式算法的基础上的线性松弛的问题，执行接近最佳的大规模的情况下。
2017-08-08 cs.NI
A Heuristically Assisted Deep Reinforcement Learning Approach for Network Slice Placement
Orange Labs（奥兰治实验室）；LIP6 – Inria, Sorbonne Univ.（索邦大学 INRIA LIP6 实验室）；CNRS（法国国家科学研究中心）
网络切片布局与虚拟化底层网络的资源分配问题是一个优化问题，可以用多目标线性规划（ILP）问题表示。然而，为了应对这种连续任务的复杂性并寻求最优性和自动化，使用机器学习（ML）技术似乎是一种有前途的方法。我们介绍了一种基于深度强化学习（DRL）的混合布局解决方案和一种基于两种选择的力量原理的专用优化启发式算法。DRL算法使用所谓的异步优势演员评论（A3 C）算法进行快速学习，并使用图卷积网络（GCN）从物理基底网络自动提取特征提取。建议的启发式辅助DRL（HA-DRL）允许加速学习过程和增益的资源使用相比，其他国家的最先进的方法作为评估结果的证据。
2021-05-14 cs.LG cs.NI
Multi Agent Team Learning in Disaggregated Virtualized Open Radio Access Networks (O-RAN)
从云无线电接入网络（C-RAN）开始，继续虚拟无线电接入网络（vRAN），以及最近的开放无线电接入网络（O-RAN）倡议，无线电接入网络（RAN）架构在过去十年中发生了重大变化。在过去几年中，无线行业见证了分散、虚拟化和开放RAN的强劲趋势，并在全球范围内进行了大量测试和部署。激发本文的一个独特方面是使用机器学习来优化闭环中的RAN（即，没有人为干预）所产生的新机会的可用性，其中解聚和虚拟化的复杂性使得众所周知的自组织网络（SON）解决方案不足。在我们看来，多智能体系统（MAS）与团队学习，可以发挥重要作用的控制和协调控制器的O-RAN，即近实时和非实时RAN智能控制器（RIC）。在这篇文章中，我们首先介绍了多智能体系统和团队学习的最新研究，然后我们概述了RAN解聚和虚拟化的前景，以及O-RAN，它强调了O-RAN联盟引入的开放接口。我们提出了一个案例研究代理的位置和O-RAN中所需的AI反馈，最后，我们确定了挑战和开放的问题，为研究人员提供了一个路线图。
2021-02-23 cs.MA cs.NI
z-TORCH: An Automated NFV Orchestration and Monitoring Solution
虚拟化资源和服务的自主管理和编排（MANO），特别是在大规模网络功能虚拟化（NFV）环境中，由于各种网络服务所期望的严格的延迟和性能要求，是一个很大的挑战。管理和监控（MANO）系统的决策质量（QoD）取决于从底层监控系统接收到的信息的质量和及时性。监测系统生成的数据是MANO系统网络和处理负载的重要贡献者，从而影响其性能。这提出了一个独特的挑战：如何联合优化MANO系统的QoD，同时最大限度地减少运行时的监控负载？这是本文的主要内容。在这种情况下，我们提出了一种新的自动化NFV编排解决方案，即z-TORCH（零接触编排），它通过利用基于机器学习的技术来联合优化编排和监控过程。我们的目标是提高MANO系统的QoD，以最小的监控成本实现虚拟化网络功能（VNF）的接近最佳的位置。
2018-07-06 cs.NI
Optimal Placement of Baseband Functions for Energy Harvesting Virtual Small Cells
云无线电接入网络（CRAN）中灵活的功能划分极大地克服了前传容量和延迟挑战。在这种架构中，部分基带处理在本地完成，其余部分在中央云中远程完成。另一方面，由于可持续性和经济优势，越来越多地采用能量收集（EH）技术。由于基带处理的功耗在较小基站的总功耗细分中占有很大份额。假定这样的基站由EH供电，除了QoS约束之外，能量可用性还决定将每个基带功能放置在系统中的何处。这项工作的重点是确定基带功能拆分选项在仅由EH供电的虚拟化小小区中的最佳放置的性能界限。该工作应用动态规划（DP），特别是，最短路径搜索被用来确定最佳的功能划分选项，考虑业务QoS要求和可用的能量预算。
2018-05-30 cs.NI eess.SP
Efficient Virtual Network Function Placement Strategies for Cloud Radio Access Networks
新一代5G移动服务在延迟和成本方面对蜂窝网络运营商提出了严格的要求。无线电接入网络（RAN）中的最新趋势是将多个无线电基站的基带单元（BBU）集中起来，并将它们安装在集中式基础设施（例如云）中，以获得统计复用增益。该技术被称为云无线电接入网络（CRAN）。由于云计算正在获得巨大的吸引力，虚拟化数据中心作为电信行业中具有成本效益的基础设施越来越受欢迎，因此CRAN被视为满足5G无线接入网络期望的候选技术。在CRAN中，低能量基站（BS）被部署在小的地理位置上，并且经由有限容量回程链路连接到云。基带处理单元（BBU）功能通过商用硬件在云中的虚拟机（VM）上实现。这种内置软件的功能被称为虚拟功能（VF）。VF的优化布置对于减少总延迟和最小化运营CRAN的总成本是必要的。我们的研究考虑了分布在多个云的分布式虚拟资源上的最佳VF放置问题，创建了一个集中的BBU云。我们提出了一个组合优化模型，并使用两种启发式方法，这是分支定界（BNB）和模拟退火（SA）的建议的最佳布局。此外，我们提出了增强的标准BNB启发式和标准BNB和SA方法的结果进行比较。所提出的增强功能在延迟和成本方面提高了解决方案的质量，并显着降低了执行复杂性。
2019-02-10 cs.NI
Energy-Efficient AI over a Virtualized Cloud Fog Network
深度神经网络（DNN）已经成为物联网（IoT）时代引入大量下一代服务的催化剂，这要归功于边缘对象收集的大量数据的可用性。目前，DNN模型用于提供许多人工智能（AI）服务，包括图像和自然语言处理、语音识别和机器人技术。因此，这些服务利用各种DNN模型，这些模型使得仅在边缘设备上部署计算密集型。因此，大多数人工智能模型都被卸载到远程云数据中心（CDC），这往往会将大量的计算和存储资源整合到一个或多个CDC中。在CDC中部署服务将不可避免地导致过度的延迟和功耗的总体增加。相反，雾计算允许将云服务扩展到网络边缘，这允许在更靠近最终用户设备的地方执行数据处理。然而，与云数据中心不同，雾节点的计算能力有限，并且在网络中高度分布。在本文中，使用混合线性规划（MILP），我们制定了DNN推理模型的位置，这是抽象为一个网络嵌入问题的云雾网络（CFN）架构，通过处理和网络之间的权衡引入节能。我们研究的CFN架构的性能相比，基线的方法，这是CDC的能量节省。
2021-05-07 cs.NI eess.SP
Joint Reliability-aware and Cost Efficient Path Allocation and VNF Placement using Sharing Scheme
网络功能虚拟化（NFV）是现代网络的重要参与者，其提供不同类型的服务，诸如流量优化、内容过滤和负载均衡。更确切地说，NFV是一种配置技术，旨在通过使用虚拟化网络功能（VNF）将服务从专用硬件移动到商品服务器来减少网络提供商的大量资本支出（CAPEX）。遵循逻辑目标的VNF/服务的序列被称为服务功能链（SFC）。向SFC的发展给那些需要高可靠性的网络服务带来了新的挑战。为了应对这一挑战，引入了冗余方案。使用专用保护的现有冗余方案增强了服务的可靠性，然而，它们没有考虑冗余VNF的成本。在本文中，我们提出了一种新的可靠性增强方法，使用共享的保护方案，以减少冗余VNF的成本。为此，我们在数学上将该问题表示为混合线性规划（MILP）。其目标是确定最佳的可靠性，可以达到最低的成本。虽然相应的优化问题可以解决使用现有的MILP求解器，计算复杂性是不合理的现实情况。之后，我们提出了一个可靠性感知和最小成本的遗传算法（RCG）来解决这个问题，具有低计算复杂性。为了评估所提出的解决方案，我们将其与四种不同的解决方案进行了比较。仿真结果表明，与最优解相比，RCG以更低的复杂度获得了接近最优的性能。
2020-04-19 cs.NI
Split-Aware Function Placement with Availability Guarantees and Optical Provisioning in vRANs
Indian Institute of Technology Indore（印度印度理工学院印多尔分校）；Indian Institute of Technology Jodhpur（印度印度理工学院焦特普尔分校）
针对 5G 后及 6G 网络对 vRAN 架构的需求，提出集成框架，通过联合优化功能放置与光资源分配来最大化运营商利润，将问题建模为 ILP 模型，开发算法求解，实验表明共享备份变体有利润和 CPU 使用率优势。
2026-07-20 cs.NI
Optimal Virtual Network Function Placement and Resource Allocation in Multi-Cloud Service Function Chaining Architecture
服务功能链（SFC）是在地理上分布的数据中心上部署各种网络服务实例并提供它们之间的互连的问题。目标是使网络流量能够在底层网络中顺畅流动，从而为最终用户提供最佳体验质量。网络功能的正确链接导致分布式资源的最佳利用。这已经成为电信行业的一种事实模型，网络功能部署在底层硬件上。尽管该模型到目前为止已经很好地服务于电信行业，但是由于直接在物理资源上部署服务，因此它主要适于适应网络服务和服务需求的静态行为。这导致网络僵化，对最终用户的延迟更大，特别是在以数据为中心的模型中，计算资源正在向最终用户移动。一种新颖的联网范例，即网络功能虚拟化（NFV），通过在被称为虚拟网络功能（VNF）的软件层中实现网络功能来动态地满足用户需求并降低运营费用（OpEx）和资本支出（CapEx）。然后，VNF互连以形成完整的端到端服务，也称为服务功能链（SFC）。在这项工作中，我们研究的问题，部署服务功能链的网络功能虚拟化架构。具体来说，我们研究虚拟网络功能布局问题的最佳SFC形成在地理上分布的云。我们将多云场景中最小化云间流量和响应时间的问题设置为ILP优化问题，以及总部署成本和服务水平协议（SLA）等重要约束。在我们的模型中，我们考虑了链路延迟和计算延迟。
2019-02-10 cs.NI
Online Scaling of NFV Service Chains across Geo-distributed Datacenters
网络功能虚拟化（NFV）是一种新兴的范例，其将网络功能的依赖于硬件的实现（即，中间盒）转换为运行在虚拟化平台上的软件模块，从而显著降低成本并简化管理。这样的虚拟网络功能（VNF）通常构成业务链，以提供业务流需要经过的网络服务。用于网络服务供应的VNF的高效部署是实现NFV目标的关键。关于VNF放置的现有努力主要处理离线或一次性放置，忽略了VNF处理实际时变流量的基本动态部署和缩放需求。这项工作研究了VNF服务链在地理分布的网络中心的动态放置，以服务于分散的源和目的地对之间的流，以使服务链提供商在整个系统跨度上的运营成本最小化。提出了一种有效的在线算法，它包括两个主要部分：（1）一种基于正则化的在线学习方法，将离线最优部署问题转化为一系列单次正则化问题，每个问题在一个时隙内有效求解;（2）一种在线相关舍入方案，用于从单次问题的最优分数解导出可行整数解，并保证在线算法在整个时间跨度上的良好竞争率。我们验证了我们的在线算法与坚实的理论分析和跟踪驱动的模拟现实环境下。
2016-11-24 cs.NI
MeDICINE: Rapid Prototyping of Production-Ready Network Services in Multi-PoP Environments
由多个单独的网络功能组成的虚拟化网络服务如今已经部署在多个站点上，即所谓的多PoP（存在点）环境。这允许通过优化其在网络中的放置来提高服务性能。但是，这些复杂的分布式软件系统的原型设计和测试变得非常具有挑战性。原因在于，不仅网络服务本身需要测试，而且其与管理和编排系统的集成也需要测试。现有的解决方案，如模拟器、基本网络模拟器或本地云测试平台，并不支持这些任务的所有方面。为此，我们介绍了Medicine，一种新型的NFV原型平台，能够在模拟的多PoP环境中执行生产就绪的网络功能，作为软件容器提供。这些网络功能可以由任何通过标准接口连接到我们平台的第三方管理和编排系统控制。在此基础上，开发人员可以使用我们的平台在他的笔记本电脑上运行的现实环境中对复杂的网络服务进行原型设计和测试。
2016-09-29 cs.NI
On Service-Chaining Strategies using Virtual Network Functions in Operator Networks
网络功能（例如，防火墙、负载均衡器等）传统上通过专有硬件设备提供。通常，硬件设备需要背靠背硬连线以形成提供链式网络功能的服务链。硬件设备不能按需提供，因为它们静态地嵌入在网络拓扑中，使得服务链的创建、插入、修改、升级和移除变得复杂，并且还减慢了服务创新。因此，网络运营商开始部署虚拟网络功能（VNF），这些功能在商品硬件上进行虚拟化。VNF可以被部署在数据中心（DC）中或诸如路由器和交换机之类的具有网络功能虚拟化（NFV）能力的网络元件（节点）中。具有NFV能力的节点和DC一起形成支持网络的云（NeC），其有助于促进支持不断发展的网络流量及其服务需求所需的动态服务链。在这项研究中，我们专注于VNF服务链的放置和流量路由问题，并建立一个模型来放置VNF服务链，同时最大限度地减少网络资源消耗。我们的研究结果表明，具有DC和NFV能力的节点的NeC可以显着降低网络资源消耗。
2016-11-10 cs.NI
Towards Scalable O-RAN Resource Management: Graph-Augmented Proximal Policy Optimization
Nantes University, École Centrale Nantes, IMT Atlantique, CNRS, INRIA, LS2N, UMR 6004, Nantes, France（南特大学、中央理工学院南特校区、IMT阿蒂安特、CNRS、INRIA、LS2N、UMR 6004、法国南特）；SnT, SIGCOM, University of Luxembourg, Luxembourg（SnT、SIGCOM、卢森堡大学、卢森堡）
提出图增强近端策略优化（GPPO）框架，利用图神经网络和动作掩码联合优化O-RAN功能拆分与部署决策，在大规模场景中显著降低部署成本并提升奖励，同时保持完美可靠性。
2025-09-01 cs.AI cs.NI
Comparative Advantage Driven Resource Allocation for Virtual Network Functions
随着通信服务提供商（CSP）采用网络功能虚拟化（NFV）范例，它们需要将其网络功能容量转换到具有在一组异构服务器上运行的不同网络功能的虚拟化基础设施。本摘要描述了一种用于针对给定的虚拟网络功能（VNF）要求集合分配服务器资源（计算、存储和网络）的新颖技术。我们的方法可以帮助电信提供商决定在具有不同性能特征的服务器上运行多个VNF的最有效方法。我们对异构/不同服务器资源分配上的现有VNF性能表征的分析表明，在不同服务器的资源分配之间任意创建许多VNF的能力导致服务器之间的比较优势。我们提出了一个VNF的资源分配方法称为比较，最大限度地提高系统的总吞吐量，制定这个资源分配问题作为一个比较优势的问题之间的异构服务器。存在用于使用来自COMPARE的VNF资源分配的若干应用，包括将当前的电信部署转换到基于NFV的解决方案，以及提供用于服务功能链（SFC）供应的初始VNF放置。
2016-03-12 cs.CY cs.NI
On Orchestrating Virtual Network Functions in NFV
防火墙、代理和WAN优化器等中间设备或网络设备已成为当今ISP和企业网不可或缺的一部分。中间盒功能通常部署在昂贵的专有硬件上，需要训练有素的人员进行部署和维护。中间盒对网络的资本和运营成本有很大的贡献。此外，组织通常要求其流量通过特定的中间盒序列，以符合安全和性能策略。这使得中间盒部署和维护任务更加复杂。网络功能虚拟化（NFV）是一种新兴且有前途的技术，其被设想来克服这些挑战。它建议将数据包处理从专用的硬件中间盒转移到在商品服务器上运行的软件上。在NFV术语中，软件中间盒被称为虚拟化网络功能（VNF）。确定优化网络运营成本和利用率而不违反服务水平协议的VNF的所需数量和放置是一个具有挑战性的问题。我们称之为VNF演示问题（VNF-OP），并提供了一个线性规划（ILP）制定与CPLEX中的实现。我们还提供了一个基于动态规划的启发式算法来解决更大的VNF-OP实例。在真实网络拓扑上的跟踪驱动模拟表明，该启发式算法可以提供1.3倍以内的最优解。我们的实验表明，基于VNF的方法可以将网络的运营成本降低4倍以上。
2015-03-25 cs.NI
Optical Front/Mid-haul with Open Access-Edge Server Deployment Framework for Sliced O-RAN
预计第五代移动无线电技术将是敏捷的、灵活的和可扩展的，同时提供超可靠和低延迟通信（uRLLC）、增强型移动宽带（eMBB）和大规模机器类型通信（mMTC）应用。实现这些的一种有效方式是通过采用云化、网络功能虚拟化和具有开放无线电接入网络（O-RAN）架构的网络切片技术，其中基带处理功能通过前/中回程接口被分解为虚拟化无线电单元（RU）、分布式单元（DU）和集中式单元（CU）。然而，需要成本效益的解决方案来设计前/中距离接口和时分波分复用（TWDM）无源光网络（PON）出现作为一个潜在的候选人。因此，在本文中，我们提出了一个框架，用于基于长期网络统计数据的RU的最佳放置，并将其连接到开放获取边缘服务器，用于通过前/中回程接口托管相应的DU和CU，同时满足uRLLC、eMBB和mMTC切片的各种QoS要求。反过来，我们制定了一个两阶段的整数规划问题和时间效率的算法，用户RU的关联和灵活的部署相应的DU和CU。我们使用基于TWDM-PON的框架评估了城市、农村和工业地区的O-RAN部署成本和延迟要求，并展示了其相对于基于光传输网络（OTN）的框架的效率。
2022-05-08 cs.NI
Shortest Path and Maximum Flow Problems Under Service Function Chaining Constraints
随着网络功能虚拟化（NFV）的出现，物理网络功能（PNF）逐渐被托管在通用服务器上的虚拟网络功能（VNF）所取代。根据特定服务的呼叫流，数据包在到达目的地之前需要通过一组有序的网络功能（物理或虚拟），称为服务功能链（SFC）。可以想象，在接下来的几年里，在这个过渡期间，这些网络将有一个混合的PNF和VNF，这带来了一个有趣的混合网络问题，本文研究：（1）如何找到一个SFC约束的最短路径之间的任何一对节点？(2)可实现的SFC约束最大流量是多少？(3)如何放置VNF以使成本（要虚拟化的节点数量）最小化，同时即使在SFC约束下仍然可以实现原始网络的最大流量？在这项工作中，我们将努力解决这些新出现的问题。首先，对于SFC约束的最短路径问题，我们提出了一种网络图的变换，以最小化任何最短路径算法的后续应用的计算复杂性。其次，我们制定了SFC约束的最大流问题作为一个分数多商品流问题，并开发了一个组合算法的特殊情况下的实际利益。第三，我们证明了VNF布局问题是NP-难的，并提出了一种替代的非线性规划（ILP）制定。最后，我们进行模拟来阐明我们的理论结果。
2018-01-17 cs.NI
