30、云环境下 vIMS 扩展模型研究

云环境下 vIMS 扩展模型研究

1 引言

近年来，5G 移动网络服务在自动驾驶、增强现实、智能物联网等领域成为热门话题。部署网络服务需要专用硬件来执行网络功能，这使得电信运营商需投入大量资金购买专有硬件。2012 年，欧洲电信标准协会（ETSI）提出了网络功能虚拟化（NFV）的概念，旨在将网络功能从专用硬件中解耦，使网络功能能够作为软件在云系统上运行。这种方式不仅能显著降低运营商的资本支出和维护成本，还能利用云计算的高可用性和可扩展性提供更好的服务。

然而，NFV 也带来了诸多挑战。资源分配是关键问题之一，由于网络流量动态变化，如何动态分配资源以满足不断变化的需求至关重要。多数研究聚焦于虚拟网络功能（VNF）的放置问题，而对弹性资源管理的扩展策略讨论较少。同时，现有资源放置模型对实际系统进行了简化，不完全适用于生产环境。另外，vCPU 性能的计算也存在问题，实际系统中计算能力与 vCPU 之间并非总是线性关系，且在重负载下多数系统无法正常运行，但相关文献未提及此限制。多数动态扩展策略以 CPU 利用率为指标，在服务功能链（SFC）场景下，VNF 之间高度依赖，扩展时应根据可用资源调整 VNF 资源，这一点也常被忽视。而且，多数文献仅讨论水平扩展，在生产环境中，垂直扩展可能带来更好的性能提升，同时能平衡性能和可用性。

为解决这些问题，本文以虚拟 IP 多媒体子系统（vIMS）为应用，研究工作负载和资源分配对性能指标的影响。通过实验收集数据，应用广义相加模型（GAM）构建回归模型，以确定最优扩展策略，最大化成功呼叫率（SCR）。

2 相关工作

多数资源分配研究主要关注放置问题，由于其复杂性，该问题无确定性解决方案，常采用启发式方法。以下是