软件定义网络中智能感知路由算法与高效内容缓存机制的研究

发布时间：2020-07-24 10:49

【摘要】：近20年来,计算机通信和信息技术获得了快速的发展,而移动互联网和4G时代的到来,更是让人们对数据内容的需求呈爆炸式增长,传统的网络通信架构逐渐不能满足大数据时代海量高速的信息传输需求。为了适应这一转变,基于集中控制的软件定义网络和高可靠、低时延的内容中心网络架构被提出。由于路由技术和缓存技术是影响网络中信息传输性能的关键技术,所以设计出合适的路由算法及高效缓存机制并与这两种革新式的网络架构有机结合是本课题的研究重点。在传统网络中,由于无法知道网络全局拓扑,路由算法无法考虑链路的实时状态,导致链路利用率较低。而在软件定义网络中,路由计算不仅可以获得全局性视图,还能从转发设备中分离出来,由控制器独立完成。因此本文针对软件定义网络中的路由机制进行研究,提出一种遗传蚁群融合感知路由算法。该算法首先通过遗传算法进行全局搜索,产生优选方案,然后蚁群算法再充分利用这种正反馈信息,缩小搜索次数,快速、精确地找到最优路径。即使设计出基于软件定义网络的高效路由算法,也只能保证每次的报文转发路径是最佳的。如果没有高效的缓存策略,网络中会出现许多相同内容请求的冗余传输,消耗掉大部分的系统资源,影响整体网络性能。因此,本文引入内容中心网络的思想,提出一种基于节点介数和跳数的高效缓存策略。该策略在比较节点重要程度的同时强调缓存分布的公平性,有效减少重复数据的传输,提高传输效率,从而对海量数据内容及大流量视频信息的处理、存储和转发具有一定的理论价值和实践指导意义。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.02;TP18
【图文】：

在网络设备中，一般认为流表是ＯｐｅｎＦｌｏｗ对数据转发功能的一种抽象，在逡逑传统的网络中，路由器和交换机的数据转发取决于保存在设备中的ＭＡＣ地址转逡逑发表或ＩＰ地址路由表。ＯｐｅｎＦＩｏｗ交换机中使用的流表与之类似，但是网络中每逡逑个级别的网络配置信息都集成在其条目中，因此，更多的规则可用于数据转发。逡逑在ＯｐｅｎＦＩｏｗ的流表中，流表项是由三个部分构成：匹配域，计数器和动作。它逡逑们分别用于数据包匹配，计算匹配数据包数量，以及如何处理匹配数据包。逡逑匹配域用来匹配交换机接收的数据包的报头内容，它包括了邋１２个元组。匹逡逑配的元组覆盖了国际标准化组织（ＩＳＯ）中的数据链路层、网络层和传输层的网逡逑络配置信息。逡逑计数器可以用来维护交换机中的各个流表、设备端口、数据流和转发队列，逡逑并且可以用于收集有关数据流量的统计信息。逡逑动作用来指导交换机如何针对收到的匹配数据进行后续操作。在传统交换机逡逑中，转发表只需要指出数据包的转发端口，但由于ＳＤＮ中的控制能力被转移到逡逑控制平面中，所以交换机不但需要转发匹配数据包，还必须要在动作中详细说清逡逑楚该数据包后续需要如何进行处理。逡逑逦

行、高效以及全局搜索，在搜索过程中，它可以自主地寻找和累积相关的搜索空逡逑间知识，然后自适应地控制全程，最后找到最优的解决方案。逡逑遗传算法的流程图如图３－１。逡逑（开始邋）逡逑逦］邋［逦逡逑编码和初始化逡逑逦￡逦逡逑计算适应度逡逑逦？逡逑逦Ｊ逦逡逑｜逦选择逡逑逦Ｊ逦逡逑｜逦交叉逡逑逦］邋［逦逡逑｜逦变异邋＿逡逑逦）邋［逦逡逑Ｉ计算适应度逡逑Ｓ逦度达到期望＾逡逑最大迭代次逡逑是逡逑逦］邋［逦逡逑输出最优解逡逑逦］邋［逦逡逑（结－束１逡逑图３－１遗传算法流程图逡逑在遗传算法里，需要进行优化的问题的解被称为个体，它可以用一个被称为逡逑染色体的变量序列来表示。该算法在初始化时随机生成一定数量的个体形成种群，逡逑有时候根据需要也可以通过干预这个随机产生过程来提高初始种群的质量。在每逡逑一代中，首先需要通过适应度函数对每一个个体进行评价，以得到适应度数值，逡逑而适应度数值的大小则可以用来区分不同个体的优劣，一般来说，适应度值越大，逡逑解的质量越好［２４］。然后根据适应度在种群中进行选择，这种选择不应完全以适应逡逑度高低作为唯一导向，否则可能会出现早熟现象，导致算法快速收敛到局部最优逡逑解。之后，根据算法所设定的交叉率，从被选择的个体中随机选择两个个体进行逡逑交配

到达过的城市，直到所有蚂蚁去过全部的城市；紧接着计算各蚂蚁的路径长度，逡逑记录本次迭代最优解，同时对路径上的信息素进行更新；最后循环以上过程直到逡逑达到最大迭代次数，然后输出结果［２７］。其流程图如图３－２所示。逡逑（开始）逦（结束）逡逑ｉ邋ｋ逡逑逦］邋［逦逡逑输出最优解逡逑▲逡逑＜逦逡逑逦Ｉ邋［逦逡逑是逡逑蚂蚁位置初始化逡逑否逦到最逡逑逦「一１ｉ逦代次数？／＾逡逑计算状态转移概率逦／逡逑｜选择下一个城市逦丫逡逑逦＾邋ｒ逦逦逡逑修改禁忌表逦更新信息度浓度逡逑ｉ邋＾逡逑＾逦－＾逦Ｊ计算路径长度逡逑＾迭代？邋ｙ逦１记录本次最优解逡逑图３－２蚁群算法的流程图逡逑以ＴＳＰ为例，利用基本蚁群算法求解最短路径的过程包括如下几步：逡逑（１）

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本文编号：2768733