面对日益复杂的无人机物联网 (UAV IoT)，如何实现网络功能的灵活配置和调整以适应多变的服务需求和网络状况成为关键挑战。网络虚拟化技术使得网络功能能够被虚拟化成虚拟网络功能 (VNFs)，并部署在无人机网络的不同层面上，从而实现网络功能的快速配置、调整和迁移。在此基础上，基于VNF和软件定义网络 (SDN) 技术的服务功能链 (SFC) 将网络功能按照特定顺序连接起来，实现了对网络功能的灵活编排和调度，适应不同的服务场景和网络状态。然而，动态、异构的特性给网络管理带来了巨大挑战。为此，哈尔滨工业大学空地协同无线泛在自组网实验室的王玺博士及其团队在 Drones期刊上发表了题为Research on Service Function Chain Embedding and Migration Algorithm for UAV IoT的文章。该研究设计了一种基于粒子群优化 (PSO) 的服务功能链嵌入和迁移算法，并提供了一套功能完整的开源仿真框架，通过与基线算法对比验证了其在网络资源利用效率提升等方面的优越性。

在无人机物联网上部署VNFs以实现对SFC的支持

研究过程与结果

作者开发了一个开源仿真框架MiniSFC (https://gitee.com/WangXi_Chn/mini_sfc)，用于模拟SFC的嵌入和迁移过程。该仿真框架参考了欧洲电信标准协会 (ETSI) 提出的MANO架构，具有模块化、可重复性和可复制性的特点。MiniSFC的架构采用了分层结构设计，简化各组件之间的交互并优化整体系统的性能。分层架构包括服务编排层、算法求解层、基底网络层等几个主要层次，增强了代码的可重用性和可维护性，而且大大提升了用户的灵活性和操作便捷性。例如，在进行复杂的服务功能链实验时，研究人员可以通过简单的配置快速定义和调整服务链中的各个节点和服务逻辑，而无需深入了解底层实现细节。仿真框架主要包括初始化、虚拟网络功能编排器 (VNFO)、虚拟网络功能转发图 (VNFFG) 和NFV Scave模型等组件。其中，VNFO负责SFC的创建、嵌入、迁移和销毁等任务，而VNFFG则描述了SFC的拓扑结构、功能要求和服务质量等信息。为了应对不断变化的网络状态，该仿真框架采用了离散事件驱动的方法来推进仿真时间，并根据事件发生的时间和类型处理事件。

基于MANO的SFC嵌入和迁移仿真框架MiniSFC

作者在文中设计了一种基于粒子群优化的算法，该算法不仅考虑了SFC的服务质量、资源利用率和迁移成本等因素，还利用PSO的全局搜索能力和快速收敛特性来识别最优或接近最优的SFC放置方案。实验结果表明，与基线算法对比所提出的方法显著提高了SFC部署的成功率、运营商收益以及网络资源的使用效率。此外，开源仿真框架的模块化设计使其容易被进一步开发扩展功能，为后续的研究提供了宝贵的工具和参考。

不同拓扑变化频率下SFC算法嵌入性能对比：(a) SFC完成率；(b) 系统总收益；(c) 长期平均收益

研究总结

本文通过引入一种基于粒子群优化的服务功能链嵌入和迁移算法，解决了无人机物联网中网络功能灵活配置的问题，大幅提升了网络资源的利用效率。同时，通过构建开源仿真框架MiniSFC，为学术界提供了一个有力的研究平台。未来的工作将继续围绕如何进一步提高算法的性能展开，探索更高效的迁移策略，并寻求与其他新兴技术如人工智能结合的可能性，以期在实际应用中取得更大的突破。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2724398

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/drones

Drones 期刊介绍

主编：Prof. Dr. Diego González-Aguilera, University of Salamanca, Spain

期刊主要涵盖无人机、无人机系统、远程驾驶航空器系统、水下无人机、无人地面载具、全自动驾驶和太空无人机等相关的最新科学技术及应用。目前期刊已被EI、Scopus和SCIE (Web of Science) 数据库收录，位于Q1分区。

2023 Impact Factor：4.4

2023 CiteScore：5.6

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