基于博弈论的SDN中应用与网络资源分配冲突解决方案

发布时间：2020-03-01 07:55

【摘要】：在进行网络资源分配时,应用与网络的优化目标并不一致。应用的优化目标往往是最佳的用户体验,而网络的优化目标往往是负载均衡、节能等。这些目标之间常常是相互矛盾的。此外,应用和网络拥有不同的决策变量。网络可以通过调整业务的路径、带宽等决策变量来达到其优化目标。而应用也有自身的决策变量,例如分布式Web应用可以控制每个请求被哪个服务器来响应。很明显,网络与应用所做的决策是相互影响的。但各自在决策时都采取理性的、非恶意的态度,都努力追求双赢。此时的资源分配模型是基于博弈论的框架。已有研究表明,如果没有合适的协调机制,应用与网络的决策各自交替进行,则一般情况下二者是不会收敛的,网络性能会持续振荡,而且即使收敛,收敛后的解也不一定是全局意义上的最佳解。本文基于以上现状,以“应用与网络合作的资源分配”作为核心理念,寻求基于博弈论的应用与网络合作方案,目的是为了解决应用与网络冲突、折中双方利益。本文第二章首先研究了上层应用是Overlay的场景下,应用与网络的跨层博弈问题。应用和网络的重复博弈,结果振荡不收敛、性能差。为了减少博弈的振荡,本文提出了一种协作的资源分配方案NFOR。较之非合作重复博弈,NFOR振荡小、应用和网络的性能都得到提升。NFOR中振荡虽减小但仍然存在,使得整个系统的消耗仍然存在。且在现实中,网络和应用的地位一般是不对等的,网络掌握着更多的信息,拥有整个网络流量的决策权。所以本文第三章将应用和网络之间的跨层博弈建模为Stackelberg博弈,设计SGA算法求解Stackelberg均衡解,提出了基于Stackelberg博弈的应用与网络资源分配冲突解决方案,仿真结果不振荡,且Stackelberg方案达到了网络利益和应用利益的折中。基于Stackelberg博弈的方案主要是站在网络的角度进行资源分配,网络如果在Stackelberg博弈中愿意适当牺牲自身的利益,则可以得到更有利于应用的方案。基于这些考虑作者创造性地提出了网络与应用合作的友好博弈模型Friendly Stackelberg(FS),提出了对应用的友好机制,并设计FSA算法,探究了不同的友好系数下FS的折中效果。第三章的结论是Stackelberg博弈可以解决多种应用和网络之间目标的冲突,还可以利用Friendly Stackelberg达到不同的折中效果。除了上述研究的场景外,现实中,应用与网络的资源分配还有一些典型的、具有现实意义、值得研究的场景。所以第四章对以下场景的Stackelberg博弈的适用性问题进行了研究。(1)多个Overlay共同运行于ISP之上时,多个Overlay和ISP之间多个追随者的Stackelberg博弈。(2)内容服务提供商的服务器选择和ISP的Stackelberg博弈。(3)非完全信息场景下,网络未知应用业务信息时的Stackelberg博弈。第五章基于Floodlight和Mininet搭建SDN实验平台验证理论仿真部分的结论。本章包括实验平台的设计思路、实验平台的部署细节、模块的编写、平台可靠性测试。最后测试并验证了理论部分的结论,基于Stackelberg博弈的方案和Friendly Stackelberg方案在SDN实验平台下达到了网络和应用的利益折中。
【图文】：

覆盖网络,互联网,因特网

而且并不仅仅是从延时总和的角度优于 N Flow 的一样好。Overlay)断对因特网提出新的需求，例如云服务、多播。为了更好地满足这些要求，覆盖网络[25]iffServ 和 IP 组播并没有得到广泛接受，因而 Overlay 则不需要。本思想是在现有的因特网上构建一个完全位是由 ISP 提供的，而是由一种新型的服务商和内容提供商。覆盖网络存在于因特网基供的服务来向其用户提供更加优化的服务布在因特网上的一组提供服务的主机的集合层的基础设施，且可面向应用(application-o服务，如图 2-1 所示。

拓扑图,拓扑图,拓扑,利用率

网络的冲突一个例子来说明应用利益和网络利益的冲突。负载均衡目标，应用追求延时目标。(a)，(b)分别表示 ISP，Overlay 的拓扑。(a)中拓扑有逻辑链路。(b)中拓扑有 5 个点，5 条双向边，边上数有一个业务是1′5′，大小为 10 个单位。这个业务，为了让最大链路利用率最小，会让该业务的最大链路利用率是 12.5%，应用延时利用排队延时1 1 110 0 42880 10 80 10 80 10( ) . 时探测到网络中 1-2 和 2-5 没有业务，即是没有排队ay 中将自身的业务1′5′调整经过逻辑节点2′，即网络来说，，业务就变成了 1-2 有 10 个单位，2-5 有 1利用率是 16.7%，应用延时是 0.311。Overlay 的调整使使得网络的性能降低了。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP393.0

【参考文献】