低时延通用NFV故障恢复与弹性伸缩方法研究
批准号:
62062005
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
34.0 万元
负责人:
陈晓林
依托单位:
学科分类:
计算机网络
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈晓林
中文摘要
如何保证和提高NFV环境中软件中间盒的可用性是一个开放的挑战性难题,也是NFV实用化道路上最急待解决的问题之一。故障恢复与弹性伸缩是提供可用性保证和提高可用性的有效手段,但目前尚未解决通用性、低时延流迁移和低时延流状态管理三个关键问题。为解决上述问题,本项目通过研究一个基于通用中间盒包处理模型的流状态复制方法和一个基于中间盒链的可扩展流迁移方法,实现在不修改软件中间盒源代码的前提下,当中间盒因故障不能提供服务时,可快速、低开销、正确地恢复服务,以提供可用性保证。通过研究一个基于容器组的本地流状态访问方法和一个基于大多可靠多播的远程流状态访问方法,实现中间盒在数据中心中按需即时迁移、扩张与缩减,以提高可用性。本项目研究具有重要理论研究意义和实用价值,将从理论与系统设计实现角度,为解决NFV可用性问题提供有力支撑,同时有助于云南楚雄彝族自治州的高水平科技人才培养与云数据中心新兴产业培育。
英文摘要
How to ensure and improve the availability of soft middleboxes in NFV is an open challenge, which is also a critical problem to be solved urgently on the road of the practicality of NFV. Fault recovery can provide availability guarantees and auto-scaling is the most effective means to improve availability, but the state-of-the-art still cannot solve three challenges: general-purpose, low-latency flow migration and low-latency flow state management. This project proposes to research a flow state replication method based on a general middlebox packets processing model, a scalable flow migration method based on the middlebox chain, by which faulted software middleboxes can be fast, with low-overhead and correctly recovered with their source codes unmodified. By studying a local flow state access method based on the abstraction of container group, a remote flow state access method based on a mostly reliable multicast communication model, we expect to get the answer of how to instantly migrate, scale out or scale in a software middlebox on demand. The research of this project has essential theoretical significance and practical value. The research findings would provide a strong support for addressing NFV availability issues from the perspective of theory and system design. At the same time, as for Yunnan Chuxiong Yi Autonomous Prefecture, this project will be beneficial for its training of IT talents and its cultivation of the cloud industry.
如何保证和提高NFV环境中软件中间盒的可用性是一个开放的挑战性难题,也是NFV实用化道路上最急待解决的问题之一。故障恢复与弹性伸缩是提供可用性保证和提高可用性的有效手段,但目前尚未解决通用性与低时延两个关键问题。本项目从理论与系统设计实现角度开展了深入研究工作,在弹性收缩方面,提出一个基于流状态访问模式的软件中间盒弹性伸缩方法,利用流状态与流集捆绑后的不同访问模式,本地容器间的共享内存通信,和异地中间盒副本访问流状态的松散一致性,减少远程强一致访问共享流状态的次数,并结合一个链复制与paxos协同的低时延分布式一致性协议和一个基于可编程交换机的键值库写负载均衡算法,实现超低时延远程强一致访问流状态,很好地解决了高性能流状态管理这一难题。在故障恢复方面,首次提出根据故障输出等价对流状态进行分类,在此基础上,提出一个基于共享流状态访问模式的中间盒故障恢复方法和一个基于虚拟共享流状态镜像的中间盒重放算法,在不获得和修改软件中间盒源代码前提下,可实现故障恢复时中间盒故障输出大致等价或完全等价,很好地解决了中间盒故障恢复通用性难题。在本项目支持下,团队共发表14篇论文,其中CCF国际会议A类8篇,B类2篇,C类1篇;申请国家发明专利4项;项目组成员一人入选云南省中青年学术技术带头人后备人才项目,一人晋升副教授,培养博士、硕士各1人,在读博士研究生2人、硕士研究生2人;“计算机网络“课程被评为云南省一流本科课程。
国内基金
海外基金