软件定义网络联合路由选择及流分配算法研究

发布时间：2020-10-16 19:07

　　 软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)是一种新兴的网络架构,其主要特点为逻辑上集中控制,控制平面与数据平面解耦合,各平面间通过开放的、可编程的接口相连接,可有效简化网络控制过程,提供了具有服务质量(Quality of Service,QoS)保障的用户应用程序。为实现SDN中非相邻交换机间的数据传输,需设计有效的路由选择算法;同时,针对网络中多用户流资源竞争问题,需设计合理的流分配算法。本文针对SDN联合路由选择及流分配算法进行研究,包括以下几个方面内容:本文介绍了SDN的概念、架构及关键技术,并对SDN路由选择算法、流分配算法、联合路由选择及流分配算法的研究进展进行了总结分析。针对SDN网络中单用户流、多用户流的数据传输问题,本文提出了基于时延优化的SDN联合路由选择及流分配算法。假设用户流可以在中继交换机处拆分,综合考虑流守恒、交换机与链路资源以及QoS需求等限制条件,以端到端时延最小化为目标,建模联合路由选择及流分配问题为端到端时延优化问题。由于该优化问题为非确定多项式(Non-polynomial,NP)完全问题,采用传统方法难以有效求解,本文分别考虑单用户流及多用户流场景进行求解。针对单用户流场景问题求解,提出了一种改进的最小费用流算法;针对多用户流场景,采用改进的最小费用流算法以及拉格朗日对偶算法求解联合路由选择及流分配问题。针对SDN网络中多业务流同时传输及资源竞争问题,并权衡用户时延与网络负载率两个性能指标,引入效用函数的概念,将联合网络性能表征为时延与网络负载率的加权和,建模多用户流联合路由选择及资源分配问题为效用函数最小化的优化问题。综合考虑用户QoS需求、网络性能与路由选择及资源分配等约束条件,以效用函数最小化为目标,设计了一种基于Dijkstra算法以及拉格朗日对偶算法的SDN联合路由选择及资源分配算法。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP393.02
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 软件定义网络概述
        1.2.1 软件定义网络定义
        1.2.2 软件定义网络架构
        1.2.3 软件定义网络关键技术
    1.3 主要研究内容
    1.4 本文结构安排
第2章 软件定义网络路由选择及流分配概述
    2.1 引言
    2.2 路由选择算法
        2.2.1 基于QoS保障的路由选择算法
        2.2.2 基于能效的路由选择算法
        2.2.3 基于负载均衡的路由选择算法
    2.3 流分配及资源分配算法
        2.3.1 流分配算法
        2.3.2 控制器\交换机资源分配算法
        2.3.3 链路资源分配算法
    2.4 联合路由选择及流分配算法
    2.5 本章小结
第3章 基于时延优化的联合路由选择及流分配算法
    3.1 引言
    3.2 系统模型及问题描述
        3.2.1 系统模型
        3.2.2 问题描述
    3.3 优化问题建模
        3.3.1 端到端时延建模
        3.3.2 约束条件建模
        3.3.3 优化问题建模
    3.4 优化问题求解
        3.4.1 单用户流场景算法求解
        3.4.2 多用户流场景算法求解
    3.5 仿真结果及分析
    3.6 本章小结
第4章 基于效用函数优化的联合路由选择及资源分配算法
    4.1 引言
    4.2 系统模型及问题描述
        4.2.1 系统模型
        4.2.2 问题描述
    4.3 优化问题建模
        4.3.1 效用函数建模
        4.3.2 约束条件建模
        4.3.3 优化问题建模
    4.4 优化问题求解
        4.4.1 多用户流路由选择子问题求解
        4.4.2 共享资源分配子问题求解
    4.5 仿真结果及分析
    4.6 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果

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本文编号：2843652