Service Function Chaining Resource Allocation: A Survey

摘要：

服務功能鏈（SFC）是將來Internet的一項關鍵技術。 它旨在克服當前部署模型的僵化和靜態限制。 該技術的應用依賴於能夠將SFC最佳映射到襯底網絡的算法。 這類算法稱爲「服務功能鏈資源分配（SFC-RA）」算法或「 VNF放置（VNFP）」算法。 本文介紹了SFCRA算法的最新研究概況。 介紹了公式和相關問題後，總結了SFC-RA問題的幾種變體。 最後，咱們討論了幾個將來的研究方向

I 介紹

隨着Internet和網絡服務的快速發展，出於技術緣由，增值緣由等緣由，愈來愈多的中間箱被部署在網絡中。最近的一篇論文代表，中間箱的數量與企業網絡中的路由器數量至關[ 1]。 可是，中間盒意味着較高的資本支出（CAPEX）和運營支出（OPEX），此外，中間盒的部署或從新部署須要專業知識，這會增長OPEX並下降靈活性。
出現其餘問題的事實是，一般須要流以特定順序經過一系列中間盒，這一般稱爲服務功能鏈（SFC）[2]。 例如，當前的服務功能鏈部署模型是拓撲相關的和特定於設備的； 所以，添加，刪除和修改服務功能鏈可能很麻煩且容易出錯，更糟糕的是，這些任務可能沒法完成。 全部這些功能都顯示了當前部署模型的不足之處
在本文中，咱們遵循IETF服務功能鏈工做組（IETF SFC WG）的約定使用術語「服務功能鏈」，其中SFC表示NFV和SDN上下文中的新型服務鏈部署模型。

將來的SFC部署模型將遵循NFV和SDN的理念。

SFC意味着數據流通過一個有序的實例功能進行處理，服務功能鏈的當前實現一般基於VLAN，基於策略的路由，單個VRF（虛擬路由和轉發）等。

當前迫切須要動態，靈活和靈活的服務鏈部署模型。 這引發了業界和學術界的關注。 OpenDayLight [4]建立了一個有關SFC的項目，該項目旨在提供ODL在網絡中提供服務鏈所需的基礎結構（連接邏輯，API）以及用於定義此類鏈的最終用戶應用程序。 一樣，OpenStack [5]引入了擴展，以提供API和實現以支持SFC。 此外，IETF SFC WG有一些草案，它們演示了數據中心[6]和移動網絡[7]中的SFC用例，以及RFC討論了體系結構[8]和問題陳述。
此外，Quinn和Elzur[9]提出了一種封裝，該封裝被稱爲網絡服務標頭以實現SFC。 關於SFC的文獻不少，例如，從故障中恢復[10]，資源分配[11]，服務功能規範。

SFC體系結構由四個邏輯構建塊構成：分類器，服務功能轉發器（SFF），服務功能（SF）和SFC代理。 圖1說明了遍歷SFC啓用域的流程的基本過程（不包括SFC代理）。 當流進入啓用SFC的域時，將對其進行分類，以定義流應穿越的服務功能路徑（SFP）。 而後，將對該流進行封裝，從而在必要時啓用SFP選擇和元數據信息共享。 封裝以後，該流程將遍歷封裝定義的全部服務功能。 全部工做完成後，將刪除封裝，而且流程將離開啓用SFC的域並繼續其傳輸[8]。

NFVI中的服務功能映射問題是SFC實施中的主要挑戰。 經過將VNF動態映射到物理硬件，可使從現有硬件服務得到的優點最大化。 動態優化的資源分配是將來網絡的主要特徵，對於提供按需，節省成本和環保的網絡服務相當重要。

這就須要有效的算法來肯定將NFVI當前點（NFVI-PoP）VNF放置在哪一個位置，以及因爲故障，負載平衡等緣由如何實現VNF遷移。SFC中的資源分配工做與虛擬環境密切相關。 網絡嵌入（VNE），能夠始終表述爲優化問題，相關示例爲[1三、1四、1五、16]。例如，Mehraghdam等， [13]提出了一個混合整數二次約束程序（MIQCP），Addis等人，[14]提出了一個混合整數線性規劃（MILP），而Moens和De Turck [15]將這個問題表述爲一個整數線性規劃（ILP）。 一樣，古普塔等， [16]給出了沒有算法的ILP公式。

可是，SFC-RA問題能夠簡化爲兩個衆所周知的NP硬性優化問題-設施位置問題和廣義分配問題（GAP）。 所以，SFC-RA問題也是NP難題[17]，所以對於大實例來講是棘手的。 所以，須要啓發式或近似算法，例如[1八、1七、19]。例如，Bari等， [18]利用ILP提出了一種基於Viterbi算法的啓發式解決方案，該解決方案提供的解決方案在最佳解決方案的1.3倍以內。 此外，科恩等， 文獻[17]代表，SFC-RA問題引入了一種新型的優化問題，並提供了近乎最佳的近似算法，從而保證了具備理論驗證性能的佈局。 夏等， [19]用二進制整數程序（BIP）將VNF放置在分組/光學數據中心中的問題公式化，並提出了一種啓發式算法，可是這種公式和算法不適用於通常狀況。

Xin和Chen [20]最近進行的一項調查提出了網絡功能編排框架，尤爲是網絡功能放置策略。 此外，做者比較了不一樣的框架，並提出了不一樣的VNF放置方法的優缺點。 本文超越了上述文章提供的內容：對SFC-RA問題的全部變體進行了討論，並對學術界提出的當前方法進行了分類，並對文獻進行了更全面的調查。 此外，咱們討論了兩個與SFC-RA問題密切相關的衆所周知的問題，值得咱們借鑑。 此外，咱們提出了SFC-RA問題的正式和基本表述，該表述涵蓋了全部變體的通常性，而且該表述能夠用做研究SFC-RA問題的指南。 還提出了將來的研究方向。

II 基本配方和優化策略

NFV的應用引入瞭如下問題：如何經過NFVI實現虛擬資源，以及在SFC術語中如何放置服務功能鏈。 大量論文提出了基於場景的SFC-RA問題公式。 在本節中，提出了SFC-RA的基本公式。 該表述基於Bari等人的工做[18]。 特別是，咱們不考慮在兩個VNF之間映射虛擬連接，咱們將在II-D節中進行討論。

A 物理網絡

物理網絡是VNF實例化的地方。 在虛擬環境中，軟件和硬件是分離的，這意味着網絡功能在當前狀況下與物理元素無關，咱們能夠更改軟件以在單個物理元素上實現不一樣的服務功能。 所以，能夠將物理網絡元素視爲具備處理，存儲，通訊等功能的構件。物理網絡被建模爲無向圖G =（S，L），其中S和L分別表示節點和鏈路的集合。 假定全部節點都是NFVI-PoP。 可是，實際狀況可能會有所不一樣，由於並不是網絡中的全部節點都已虛擬化，所以咱們爲簡單起見。

B 虛擬網絡功能

VNF是網絡功能的虛擬版本，在當前的非虛擬化網絡中一般稱爲中間盒。 例如，技術緣由的網絡元素，例如網絡地址轉換（NAT），防火牆（FW），動態主機配置協議（DHCP）； 增值網絡元素，例如惡意軟件檢測（MWD），合法攔截（LI）； 和移動網絡元素，例如TCP優化，視頻優化器等[7，21]。 網絡中存在不一樣種類的VNF，而且不一樣種類的VNF須要不一樣種類的資源和不一樣數量的資源。 例如，NAT不須要太多的計算資源，可是DPI可能須要更多的計算資源。

C.服務請求

在到達目的地的途中，必須經過網絡功能實例的有序列表來引導流。 例如，圖2所示的NAT，FW和IDS鏈。啓用的服務功能鏈集表明運營商的服務，並根據運營商和最終用戶之間就網絡策略達成的服務協議構建。 集合T表明服務請求。 服務請求是從源到目的地的具備服務功能的有序列表路徑。

D.SFC資源分配

在SFC-RA問題中，咱們得到了物理網絡，VNF規範和一組服務請求，所以，SFC-RA包含三個步驟：1計算所需的VNF類型的最佳數量，以及應該實例化的全部VNF，爲了簡化表示，VNF p∈P也表示p的類型。

咱們將優化過程分爲三個步驟，可是，這三個步驟不是獨立的。 實際上，咱們可能不遵循提出的建議。 例如，根據求解數學程序，不一樣的VNF放置和服務請求分配能夠更改P的數量，而且咱們能夠同時得到三個步驟的全部解決方案。 咱們這樣作是爲了使SFC-RA問題更加生動和易於理解.

一些文獻假設兩個VNF之間的路徑由兩個VNF的物理位置肯定，這在當前的網絡範式中是合理的。 另外，虛擬連接可能包含多個物理連接，這使咱們的基本公式複雜化。 所以，爲了簡單起見，咱們不考慮在咱們的公式中映射虛擬連接。 可是，隨着軟件定義網絡（SDN）的靈活性，一些文獻操縱了VNF之間的路由路徑，從而共同優化了SFCRA問題中的佈局和路由問題[20]。 研究人員在必要時應考慮這一點。

E 優化方法

SFC-RA問題是NP難題[17]。所以，對於較大的問題（即較大的服務鏈和物理網絡大小），解決該問題的成本變得難以承受。考慮到這種硬度，已經使用了幾種方法來解決SFC-RA問題。確切的解決方案能夠找到全局最優解，可是，它們始終會遇到較大的問題。所以，精確解決方案一般用於解決小實例，併爲啓發式解決方案提供最佳綁定參考。近似算法找到能夠證實質量和運行時範圍的近似解。 Heristic算法試圖利用特定於問題的知識，而咱們沒法保證它們會找到最佳解決方案[22]。元啓發法被正式定義爲一種迭代生成過程，該過程經過組合智能的不一樣概念來探索和探索研究空間來引導從屬啓發法，並採用學習策略來構造信息，以便有效地找到接近最優的解決方案[23]。

1）精確解和逼近解：SFC-RA問題老是能夠表述爲優化問題，更確切地說，能夠是整數線性規劃（ILP）或混合整數線性規劃（MILP）等。ILP一般是NP難的，可是，咱們能夠 使用幾種精確的算法來求解ILP，例如分支定界，動態規劃，切平面方法等。逼近解在最優解和算法複雜度之間進行權衡，所以，能夠根據多項式的折衷找到一個多項式時間 最優性算法。

例如，Taleb等。 [24]使用ILP制定VNF
放置在移動網絡中，並使用CPLEX，MATLAB和CVX解決該問題。 科恩等。 文獻[17]給出了一個ILP公式，並提出了一種具備通過驗證的性能並經過將問題簡化爲廣義分配問題（GAP）來約束的近似算法。

2）啓發式解決方案：服務鏈部署應該是低延遲或實時的，所以，在SFC-RA中首選快速啓發式。所以，有大量針對SFC-RA問題的啓發式解決方案。例如，Bari等。 [18]提出了一種基於動態規劃的啓發式算法來解決大型實例，它提供的解決方案是使用CPLEX解決ILP所得到的最優解決方案的1.3倍。 Mohammadkhan等。文獻[25]給出了一種MILP公式和一種啓發式算法，能夠逐步解決該問題，從而能夠解決傳入流的問題而不影響現有流。

3）元啓發式解決方案：元啓發式算法是另外一種克服SFC-RA問題難度的方法。許多元啓發法可用於找到更好的解決方案，例如，模擬退火，禁忌搜索，遺傳算法等。 [26]考慮在NFV環境中動態部署深度數據包檢查（DPI）的問題。做者提出了一種基於遺傳算法的方法，該方法在引擎數量和網絡負載之間進行權衡，以最大程度地下降部署的整體成本。 Mijumbi等。 [27]考慮網絡功能在NFV中的放置和調度。而後提出了貪婪算法和基於禁忌搜索的算法來有效解決該問題。

III. 相關問題

適當的資源分配是一個很是老的問題。 而且它具備不一樣學科中的大量實例，例如經濟學[28]，無線網絡[29]等。在本節中，咱們提出了計算機網絡中的兩個資源分配問題，它們與SFC-RA問題密切相關， 例如，VM在雲計算和虛擬網絡嵌入中的放置。 咱們能夠從兩個通過充分研究的問題中汲取靈感。 咱們還將討論SFC-RA問題與每一個問題之間的異同。

A.虛擬機放置

根據美國國家標準技術研究院（NIST）的定義，雲計算是「一種模型，用於令人們可以對共享的可配置資源池（例如，網絡，服務器）進行廣泛，方便，按需的網絡訪問。 ，存儲，應用程序和服務），能夠用最少的管理工做或服務提供者的互動來快速地調配和發佈[30]。」 在過去的幾十年中，雲計算被視爲計算機科學中最有前途的技術之一[31]。

1）虛擬機放置簡介：

從雲數據中心向用戶提供了資源（例如，計算，存儲，網絡等）做爲服務，但用戶並不擁有這些資源。所以，虛擬化被引入到雲計算中，其中用戶的請求在虛擬機（VM）上實現，而多個VM在物理機（PM）上實現。在PM內部，一層稱爲管理程序的軟件控制着全部VM。因爲Internet的動態功能，VM所需的資源會隨時間變化。所以，爲了確保服務水平協議（SLA），引入了VM遷移來克服此問題。例如，當流量增加時，VM進程會將流量遷移到具備足夠資源的另外一個VM。 VM遷移包括四個步驟。首先，選擇要從中遷移VM的PM；其次，選擇要遷移的VM；第三，選擇將要放置虛擬機的PM；四，傳輸VM [32]。

選擇適合宿主VM的合適PM的第三步（也稱爲VM放置）是一項艱鉅的任務，由於雲計算的性能直接受到VM放置的影響。因爲VM放置的重要性，文獻[33，34，35，36]提出了大量的VM放置方法。例如，孟等人。 [33]使用可感知流量的虛擬機佈局來改善數據中心的網絡可擴展性。做者將VM放置問題公式化爲一個優化問題並證實其難度，並提出了兩層近似算法來有效克服很是大的問題。

一般，VM放置是爲虛擬機選擇最合適的物理機的過程。根據[37]，VM放置的共同目標是最大化資源利用率，可靠性和可用性等。 VM放置有多種變體，例如動態放置，多雲放置等。

2）SFC-RA與VM放置之間的關係：

這兩個問題具備類似之處，它們都試圖將虛擬對象放置在適當的位置，這能夠視爲資源分配問題的兩個變體。可是，不一樣的方案會致使不一樣的問題。

一般，SFC起源於電信行業，所以網絡功能的性能和可靠性要求是電信級的。所以，SFC的性能應該是電信級的，這意味着SFC的部署應達到或超過五個九個高可用性標準，並經過冗餘提供很是快速的故障恢復[38]。可是，因爲雲計算最經常使用於IT應用程序，所以雲計算對性能和可靠性的要求較低。不一樣的性能要求致使不一樣的部署方案。例如，SFCRA可能須要更多的冗餘以提升可靠性。因爲雲計算中的虛擬機託管在數據中心（DC）中，所以虛擬機放置的基礎結構是同質的。可是，SFC-RA中的基礎結構是異構的，可能涉及光網絡，以太網，無線等。所以，這兩個問題中的物理拓撲可能不一樣。另外一個區別是SFC具備順序要求，這意味着必須引導流量穿越預約義的有序網絡功能[2]。表II總結了這兩個問題的主要區別。

B.虛擬網絡嵌入

網絡虛擬化使基礎架構與傳統ISP中的服務脫鉤，這致使了兩個主要實體：基礎架構提供商（InP）和服務提供商（SP）。 在此業務模型中，InP維護物理網絡（基礎結構），而SP從InP租用基礎結構以構成其虛擬網絡（VN）。 這種方法容許在一個物理網絡中實例化多個VN，而且這些VN一般彼此獨立[3九、40]。

1）虛擬網絡嵌入簡介：

在網絡虛擬化中，物理網絡（也稱爲基礎網絡（SN））由InP擁有和維護。另外，物理網絡由物理節點和物理鏈路組成。相反，虛擬網絡由虛擬節點和虛擬連接組成。多個VN的共存致使了物理網絡如何實現虛擬網絡的問題，這是網絡虛擬化的主要挑戰，被稱爲虛擬網絡嵌入（VNE）問題。正如咱們提到的，VN和SN抽象都是由節點和連接組成的圖。所以，在某種程度上，VNE問題是在物理網絡拓撲中找到與虛擬網絡拓撲同構的子圖。圖3給出了虛擬網絡的示例。可是，因爲虛擬連接多是由幾個物理節點和物理連接組成的物理路徑，所以上述說明並不是嚴格正確。因爲VNE在網絡虛擬化中的關鍵做用，學術界提出了不少建議，例如[4一、4二、4三、44]。例如，Cheng等。 [41]應用馬爾可夫隨機遊走模型基於其資源和拓撲屬性對節點進行排名。而後，提出了兩種算法。首先，根據虛擬節點的等級映射虛擬節點，並基於最短路徑和不可拆分路徑以及多商品流問題與可拆分路徑映射虛擬連接。其次，基於廣度優先搜索的回溯VNE算法。此外，也有一些關於VNE問題的調查[45，46]。

2）SFC-RA與VNE之間的關係：

ETSI NFV ISG使用術語虛擬網絡功能轉發圖（VNF-FG）[47]代替了IETF SFC WG使用的服務功能鏈（SFC）[2]。在此術語中，VNF-FG由一組虛擬網絡功能和一組虛擬連接組成，相似於虛擬網絡。確實，VNF-FG和虛擬網絡是類似的，可是，也存在一些重大差別。如第一節所述，在SFC-RA問題中，流量必須流經預約義的有序網絡功能。可是，VNE沒有此順序要求。此外，虛擬網絡功能能夠由多個流共享。可是，不一樣的虛擬網絡一般是獨立的，即，虛擬網絡A的流不遍歷另外一個虛擬網絡B的虛擬節點（該流能夠遍歷承載B的虛擬節點的物理節點）。特別是，不一樣網絡功能的數量是SFC-RA程序的結果，可是，咱們事先知道虛擬網絡的虛擬節點和虛擬連接的數量。表III總結了這兩個問題的主要區別。

IV 不一樣形式的SFC問題

咱們在第二部分介紹了一個基本的數學公式。 可是，在SFC-RA問題的不一樣變體中，有必要對基本配方進行修改。 例如，在對延遲敏感的網絡中，咱們必須考慮由VNF引發的處理延遲和由鏈路引發的傳播延遲。 所以，在這種狀況下，咱們應該向模型添加延遲約束。 另外，在任何其餘變體中，咱們也應該修改基本公式。 在本節中，咱們介紹SFC-RA問題的幾種變體。 咱們在表IV中總結了有關不一樣變體的文獻。

A.基本

在基本表述中，咱們不考慮SFC-RA問題的不一樣變體，例如動態，在線，多個提供者等。基本公式捕獲了SFC-RA問題的變體所具備的共有特徵。在本小節中，咱們總結了基本的SFC-RA問題。例如，Riera等。 [48]提出了一種用於VNF轉發圖的分析模型，旨在優化部署的網絡服務的執行時間。這項工做提出了最佳SFC-RA的配方；此外，引入了通用的經濟指標，績效指標等，以評估和比較不一樣的方法。所以，該分析模型能夠用於不一樣的變體。 Ghaznavi等。 [49]將SFC-RA問題建模爲混合整數編程（MIP），與基本模型不一樣，做者考慮了分佈式VNF和工做負載平衡，所以其制定要比基本制定複雜得多。所以，提出了局部搜索啓發式算法。一樣，Luizelli等。 [50]將問題分解爲樹狀階段：（i）VNF的放置，（ii）將VNF分配給服務請求，（iii）連接VNF，這種看法與[18]中提出的想法類似。做者使用ILP對此問題建模並提出啓發式方法。科恩等。 [17]聲稱SFC-RA問題能夠簡化爲兩個NP-hard問題，即設施位置問題和廣義分配問題（GAP），這意味着SFC-RA問題也是NP-hard問題。所以，做者提出了一種基於求解GAP，而後將計算出的分數解舍入爲整數解的近似算法。

B.動態

在上一節中，咱們回顧了有關SFC-RA問題的大量文獻。可是，文獻假設網絡是靜態的。相反，如何在運行時分配資源是一個很是複雜的問題。儘管此問題與基本SFC-RA問題類似，但實時SFC-RA因爲其動態功能而面臨着重大的新挑戰。首先，因爲動態流量，VNF擁有的資源可能會擴展。例如，當流量減小時，DPI須要較少的計算資源。其次，因爲服務請求的變化，VNF的QoS需求可能會發生變化。例如，當已創建的服務請求要求低延遲時，須要從新分配VNF。第三，咱們應該監視VNF的可靠性問題。例如，當VNF發生故障時，咱們須要爲相應的服務請求從新分配VNF [51]。所以，爲了克服這些挑戰，咱們應該從新考慮SFC-RA問題並提出新的解決方案。 Callegati等。 [52]使用OpenFlow正確地引導流量。根據案例研究和概念驗證，做者聲稱第2層和第3層方法在功能上均可以實現動態SFC。 Shi等。 [51]有一個洞察力，即VNF資源不會同時分配。所以，提出了一種搶佔式資源分配策略。爲了實現該策略，做者將SFC-RA問題建模爲馬爾可夫決策過程（MDP）。另外，貝葉斯學習用於預測將來資源的可靠性。利用異步分區的概念[53]，做者提出了一種基於MDP的算法。

C.在線

咱們有時會考慮在線的服務請求，這意味着服務請求是一一到達的，並在到達時被嵌入。這些解決方案一般屬於在線算法[54]。在這種狀況下，因爲新請求的到來，可能須要遷移VNF。 Mohammadkhan等。 [25]給出了一個MILP公式來肯定SFC的位置，同時最小化節點和連接的資源利用率，以減小延遲。本文的重點是做者開發了一種啓發式方法來逐步解決問題，它支持大型實例，而且能夠解決傳入流的問題而不影響現有流。 Lukovszki和Schmid [11]提出了一種肯定性在線算法，該算法可實現競爭比爲O（logl），其中節點容量至少爲對數。此外，做者證實了該算法在肯定性和隨機狀況下都是漸近最優的。最後，提出了一個ILP公式來代表問題是NP徹底的。 Mijumbi等。 [27]考慮VNF的在線映射和調度問題。在這種狀況下，將在須要時建立並嵌入每一個服務，而且VM能夠由多個VNF共享。此外，做者提出了三種貪婪算法和基於禁忌搜索的啓發式算法。

D 多個服務提供者

服務功能可能取決於位置，例如，代理和緩存應放置在企業網絡附近。所以，單個網絡功能提供商（NFP）可能沒法知足服務鏈中的位置限制，這須要多個NFP的協調[55]。此外，這種協調還有更多好處，例如改善客戶體驗，節省成本等。因爲NFP在信息披露，互操做性等方面的限制，在多個NFP狀況下出現了新的挑戰。 Abujoda和Papadimitriou [56]提出了一種架構，稱爲MIDAS，用於在每一個NFP中使用集中式middblebox控制器來協調處理設置。 MIDAS具備三個基本步驟：中間盒信令，控制器連接和多方計算（MPC）。首先，MIDAS使用信令協議來發現合併的中間盒（CoMB）。而後，MIDAS在發現的CoMB的控制器之間創建一條鏈。而後，MIDAS在每一個NFP中選擇CoMB，並經過其控制器的協做分配NFP。最後，在選擇CoMB時，控制器指示分配的CoMB安裝和配置所需的處理模塊（PM）。 Dietrich等。 [55]首先介紹了一種新的服務模型，以簡化服務請求的規範和帶寬需求的估計。此外，做者提出了針對SFC-RA問題的拓撲抽象，其中隱藏了NFP的機密信息。而後，提出了一個嵌入服務請求的系統，稱爲Nestor。內斯特有三個主要步驟。圖形渲染：使用每一個NFP生成的拓撲抽象，構建涵蓋全部NGP的抽象拓撲。請求分區：在NFP之間對服務請求進行分區。 NF子圖映射：將NF子圖映射到相應的NFP。

E.調度

在NFV術語中，資源節省是經過按需分配資源來實現的。另外，爲了提升資源利用率，使用調度技術容許VNF共享資源是可行的。 McGrath等。 [57]展現了一個使用資源感知調度方法的演示，以確保在NFV上下文中資源的最佳使用和性能。 Ferrer Riera等。 [58，59]將VNF調度問題表述爲資源受限項目調度問題（RCPSP）。一樣，Mijumbi等。 [27]使用MILP來制定在線虛擬功能映射和調度問題。而且做者提出了三種貪婪算法和基於禁忌搜索的啓發式算法。 Li和Qian [60]提出了一種新穎的多資源公平調度算法Myopia，它支持諸如NFV的多資源環境。利用Internet流量由大象流和老鼠流組成的事實，近視精確地調度了大象流，並使用先進先出（FIFO）處理老鼠流。所以，近視被認爲是一種低複雜度和節省空間的分組調度算法。

F.移動網絡

移動網絡與Internet有不少差別，在服務鏈部署中應考慮這些差別。例如，與固定網絡相比，無線接入網絡中的節點具備另外一種資源，即無線電資源[61]。可是，在演進的分組核心（EPC）中，節點沒有無線電資源。可是咱們一般假設每一個節點在固定網絡中都具備各類資源。在EPC中，存在固定類型的網絡功能和服務功能鏈，比固定網絡更簡單。 EPC的一個示例如圖4所示。此外，用戶移動性是固定網絡和移動網絡之間最大的差別之一。用戶數據的移動性可能致使服務網關（SGW）或移動性管理實體（MME）的從新定位，這會增長成本並影響總體QoE [62]。此外，移動網絡具備比Internet更多的服務功能，例如TCP優化器，視頻優化器，頭擴展等，在分配資源時應考慮這些功能。 Taleb等。 [63]演示了按需建立基於雲的彈性移動核心網絡的可行性，並提出了EPC即服務（EPCaaS）的要求和挑戰。而後，做者討論了幾種實現方案。鮑姆加特納（Baumgartner）等。 [64]提出了一個MILP，以針對延遲範圍對虛擬移動核心網絡嵌入進行建模。 Taleb和Ksentini [62]考慮到因爲用戶移動性而須要避免或最小化網關的重定位，並提出了一種有效的網絡功能放置算法來實現移動雲。 Taleb等。 [63]演示了按需建立基於雲的彈性移動核心網絡的可行性，並提出了EPC即服務（EPCaaS）的要求和挑戰。而後，做者討論了幾種實現方案。鮑姆加特納（Baumgartner）等。 [64]提出了一個MILP，以針對延遲範圍對虛擬移動核心網絡嵌入進行建模。 Taleb和Ksentini [62]考慮到因爲用戶移動性而須要避免或最小化網關的重定位，並提出了一種有效的網絡功能放置算法來實現移動雲。 Taleb等。文獻[24]考慮了在移動核心網中部署VNF的兩個相互矛盾的目標，即經過將數據錨定網關更靠近用戶放置來保證QoE，以及經過將VNF放置得離用戶足夠遠來避免移動錨定網關的重定位。提出了三種解決方案，兩種解決方案偏向於一個目標，而第三種試圖經過納什理論在兩個目標之間尋求公平的權衡。

V. 未來的研究工做和方向

在對有關SFC-RA問題的文獻進行調查以後，咱們對這個問題有了全面的瞭解。 儘管已經發表了大量論文，在前面的章節中進行了討論，可是SFC-RA仍處於早期階段。 咱們以前提到的做品須要更全面的研究。 並且，仍然存在重要的研究方向須要研究。 本節討論將來的研究方向。

A.彈性

A.彈性因爲雲計算和網絡虛擬化的發展，虛擬化數據中心已部署在雲提供商的基礎架構中。可是，在電信領域，尚未普遍的部署。 IT和電信的最大區別之一是性能要求：電信的性能要求爲五個九，而IT領域則沒有這樣的嚴格要求。電信的其餘性能要求是自動服務恢復，受中斷困擾的數量有限的用戶等[94]。在處理SFC中的彈性問題時，解決方案能夠利用MAC或IP級別的冗餘機制，例如虛擬路由器冗餘協議（VRRP）。一樣，特別是對於SF故障，與SFF並置或做爲服務功能交付機制一部分的負載平衡器能夠提供這種魯棒性[8]。 Lee和Shin [10]考慮了因爲服務功能故障而致使的服務功能路徑恢復。做者提出了一種方案，該方案經過將故障中的服務功能的職責轉移到具備數據平面信令的另外一服務功能來從故障中臨時恢復業務路徑。另外，做者打算研究最佳選擇遠程SFF的算法。範等。 [78]考慮可用性感知SFC映射的問題。做者提出了一種新穎的加強型聯合保護（JP）方法，該方法優於傳統的專用保護（DP）和共享保護（SP）。在證實可用性感知SFC映射的NP硬度後，做者提出了一種具備理論下界的近似算法。 Schöller等。 [95]介紹了一種在雲基礎架構上部署VNF的架構。做者還利用OpenStack中的可用區概念來確保服務部署的彈性。尤爲是，有不少關於彈性虛擬網絡嵌入的文獻，例如[96，97，98]，值得借鑑。例如，Rahman和Boutaba [96]認爲InP網絡並不是始終處於運行狀態。爲了解決這種狀況下的VNE問題，做者提出了一種主動的混合策略啓發式方法。混合策略基於快速從新路由策略，並利用預先保留的配額在每一個物理鏈路上進行備份

B.分佈式SFC-RA

咱們提到的大多數文獻都提出了集中式方法，這意味着單個節點能夠計算全部資源分配。集中式方法存在可伸縮性問題，此外，在某些狀況下，例如多個提供者和多個管理域，集中式算法可能不可行。所以，分佈式方法彷佛是克服這些挑戰的可行解決方案。此外，ETSI NFV ISG還提供了有關分佈式NFV的PoC提案，該提案被稱爲多供應商分佈式NFV1。正如咱們在第IV-D節中討論的那樣，因爲位置限制和節省成本等多種緣由，咱們應該考慮在多個提供商的狀況下考慮SFC-RA問題，在這種狀況下，多個網絡功能提供商合做以組成服務鏈。在這種狀況下，分佈式SFC-RA是必需的，由於咱們沒法計算單個節點中全部的VNF嵌入。所以，Nestor [55]，MIDAS [56]和DistNSE [83]提出了SFC-RA的分佈式方法。在上述狀況下，不一樣的網絡功能提供者是同質的，這意味着提供者具備相同的網絡功能。羅莎等。 [99]考慮了一種異構環境，在該環境中，服務鏈跨越了多個管理域，即數據中心，運營商和CPE。做者聲稱，優化VNF在不一樣位置的位置具備多個優點，例如，經過使VNF更加貼近用戶來最大化QoE，以及經過在數據中心整合更多的VNF來最大限度地下降成本。此外，做者討論了多域分佈式NFV的三個用例，即管理和編排（MANO），帶寬協商和可靠性。總之，咱們須要新穎的算法來處理分佈式NFV環境中的SFCRA問題，以進行優化考慮。

C.數據中心中的SFC-RA

數據中心（DC）上下文中有兩種主要的流量類型：南北和東西方。南北流量來自DC外部，一般與用戶相關聯。東西方流量起源於一個DC，最後一個DC終止，這是當今數據中心的主要流量。所以，在DC環境中有兩種SFC：DC內部SFC和DC間SFC [6]。 DC的最大特徵之一就是物理拓撲的規律性，其典型架構是多層樹，胖樹，BCube，DCell等[92]。另外，DC一般是同質的，這意味着服務器具備相同的計算，存儲和通訊能力。利用DC的功能，咱們能夠設計適合DC環境的SFC-RA算法。例如，Herker等。 [92]考慮將網絡功能鏈嵌入到DC中。利用不一樣的備份策略和算法，提出了在DC中嵌入彈性服務鏈。此外，做者研究了DC體系結構對SFC嵌入可用性的影響。從本文的結果來看，兩層樹形拓撲是實現SFC嵌入的高可用性的最佳拓撲。方新等。 [91]考慮帶寬保證的VNF在DC中的放置和縮放。利用DC網絡的樹狀拓撲，做者提出了一種在線啓發式算法，該算法可實現近似最優分配。

VI結論

服務功能鏈資源分配是在NFV環境中部署服務功能鏈要解決的關鍵問題。計算最佳分配解決方案的問題是NP難題，所以對於大問題規模沒法解決。所以，強烈須要有效的算法來解決該問題。迄今爲止，文獻中已經提出了大量的方法。在本文中，咱們對當前在該研究方向上的工做進行了概述。提出了正式的公式和幾種優化策略。咱們討論了SFC-RA問題與虛擬機放置問題和虛擬網絡嵌入問題之間的關係。而後，咱們介紹了幾種變體，並總結了解決問題的不一樣方法。在這個領域有不少將來工做的機會。服務功能鏈的高彈性要求是其主要功能之一，在部署階段應引發高度重視。值得注意的是，不多有文獻關注分佈式SFC-RA問題。這是將來工做的有但願的一點，由於集中化方法遭受可伸縮性問題，而且在某些狀況下（例如，多個提供商）多是不可行的。此外，利用數據中心的專有功能，能夠爲數據中心環境設計更合適的算法