低延时高容错的NFV系统关键机制研究

批准号:
61872426
项目类别:
面上项目
资助金额:
68.0 万元
负责人:
王旸旸
依托单位:
学科分类:
F0207.计算机网络
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡宏新、胡虹雨、孙晨、高凯、周禹、张程、郑智隆、张梦豪
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)是支撑下一代运营商网络和数据中心网络的关键技术。为满足未来网络对高性能和高可用性的需求,实现低延时高容错的NFV系统已成为亟待解决的关键性挑战问题。本项目采用创新性方法解决现有NFV系统中存在的报文处理延时高和容错方案开销大的问题,为其在未来网络中的部署和应用提供重要的理论基础和方法支持。主要研究内容包括:(1)提出结合可编程数据平面的、面向服务质量需求的高性能NFV服务链机制,并提出面向NFV软/硬件服务链的串并行编排机制,以降低NFV系统中报文处理的高延时;(2)提出结合可编程数据平面的高效NFV状态管理机制,以降低现有NFV系统容错方案造成的网络流量管理、状态迁移和报文处理的高开销。本项目将完成低延时高容错NFV系统的关键机制研究和原型实现,对推动未来高性能、高可用网络体系结构的发展具有重大意义。
英文摘要
Network Function Virtualization (NFV) has become a key technique of the next-generation ISP networks and data center networks. To meet the demands of high performance and high availability in future networks, a key challenge is to provide a low-latency, low-overhead fault-tolerant NFV system. In this project, we take innovative approaches to solve the issues of high latency of packet processing, and the large overheads of providing fault tolerance in existing NFV systems, both setting the theoretical foundations and providing practical mechanisms for the deployment and application of NFV in the high-performance, highly available future networks. In particular, this research includes the following approaches: (1) To reduce the latency in NFV systems, we propose a QoS-oriented, high-performance NFV service chaining mechanism combining programmable data plane, and also propose the mechanisms of serial/parallel orchestrations of both software and hardware service chains; (2) To reduce the overheads of network traffic management, state migration and packet processing in fault-tolerant NFV systems, we take advantage of the programmable data plane and in-network storage, and propose a high-performance state management service. This project will deliver both key mechanisms and prototype implementations of a low-latency, low-overhead fault-tolerant NFV system, which is of great importance in pushing forward the developement of future network architectures.
网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)是支撑下一代运营商网络和数据中心网络的关键技术。为满足未来网络对高性能和高可用性的需求,实现低延时高容错的NFV系统已成为亟待解决的关键性挑战问题。本项目采用创新性方法解决现有NFV系统中存在的报文处理延时高和容错方案开销大的问题,为其在未来网络中的部署和应用提供重要的理论基础和方法支持。主要研究内容包括:..(1)面向SLA的高性能NFV服务链研究。我们提出了基于微服务的NFV模块化机制,通过组合和重用可编程硬件和传统软件的微服务来构建所需的服务链,可实现服务链时延平均降低70%。提出了异构服务链放置编排优化方法,降低服务链在智能网卡和CPU之间的频繁切换,最高能够缩减87%的服务链延时;提出支持多核CPU系统平台的NFV服务链放置编排优化方法,获得平均26.7%的服务链整体性能提升;还提出了基于可编程数据面的测量和控制网络功能联动机制,可将控制路径时延从秒级降至纳秒级。..(2)高效的NFV状态调度和资源管理研究。这部分研究NFV状态调度和管理资源分配,提高NFV系统的容错能力,降低状态调度开销和资源损耗。提出了高容错低开销的云网关NFV框架。该框架利用缓存思想,基于预测提前备份状态到相应的备用机器上,避免故障时因状态迁移带来的性能下降;提出了高性能的带状态报文过滤机制,利用可编程ASIC和交换机CPU协同设计,实现同时满足维护千万条连接状态和40Gbps线速报文处理;提出了支持NFV的高性能serverless平台框架,提高serverless平台上的NFV运行性能;我们还研究了用户态CPU资源分配管理,以及缓存机制对NFV系统性能的影响的测量分析。..(3)可编程数据平面高速网络测量功能研究。这部分研究提出了灵活可定义的主动网络遥测机制,利用可编程数据平面实现主动探测路径和探测内容可定制;提出了灵活高性能的网络流量统计特征测量机制,能够动态配置基础模块并组成查询原语;提出了基于可编程交换机的高性能网络攻击防御系统,可实现低成本、高性能(Tbps)和高敏捷的大流量网络攻击检测和防御。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
HyperSight: Towards Scalable, High-Coverage, and Dynamic Network Monitoring Queries
HyperSight:实现可扩展、高覆盖率和动态网络监控查询
DOI:10.1109/jsac.2020.2986690
发表时间:2020-04
期刊:IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS
影响因子:16.4
作者:Yu Zhou;Jun Bi;Tong Yang;Kai Gao;Jiamin Cao;Dai Zhang;Yangyang Wang;Cheng Zhang
通讯作者:Cheng Zhang
NetHCF: Filtering Spoofed IP Traffic With Programmable Switches
NetHCF:使用可编程交换机过滤欺骗性 IP 流量
DOI:10.1109/tdsc.2022.3161015
发表时间:2023-03
期刊:IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing (Early Access)
影响因子:--
作者:Menghao Zhang;Guanyu Li;Xiao Kong;Chang Liu;Mingwei Xu;Guofei Gu;Jianping Wu
通讯作者:Jianping Wu
Tripod: Towards a Scalable, Efficient and Resilient Cloud Gateway
Tripod:迈向可扩展、高效且有弹性的云网关
DOI:10.1109/jsac.2019.2894189
发表时间:2019-02
期刊:IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JSAC)
影响因子:--
作者:Menghao Zhang;Jun Bi;Kai Gao;Yi Qiao;Guanyu Li;Xiao Kong;Zhaogeng Li;Hongxin Hu
通讯作者:Hongxin Hu
Newton: Intent-Driven Network Traffic Monitoring
Newton:意图驱动的网络流量监控
DOI:10.1109/tnet.2021.3128557
发表时间:2022-04
期刊:IEEE/ACM Transactions on Networking
影响因子:--
作者:Zhaowei Xi;Yu Zhou;Dai Zhang;Kai Gao;Chen Sun;Jiamin Cao;Yangyang Wang;Mingwei Xu;Jianping Wu
通讯作者:Jianping Wu
DOI:10.1109/icc40277.2020.9148651
发表时间:2020-06
期刊:ICC 2020 - 2020 IEEE International Conference on Communications (ICC)
影响因子:--
作者:Yunsenxiao Lin;Yu Zhou;Zhengzheng Liu;Kebin Liu;Yangyang Wang;Mingwei Xu;J. Bi;Ying Liu
通讯作者:Yunsenxiao Lin;Yu Zhou;Zhengzheng Liu;Kebin Liu;Yangyang Wang;Mingwei Xu;J. Bi;Ying Liu
国内基金
海外基金
