SDN网络中资源偏好感知的路由与内容缓存机制研究

发布时间：2017-09-13 02:29

  本文关键词：SDN网络中资源偏好感知的路由与内容缓存机制研究

  更多相关文章： SDN ICN SD-ICN 流表 批路由 网络内缓存

【摘要】：软件定义网络(SDN)和信息中心网络(1CN)是未来网络发展的两大方向。通过转发平面和控制平面的分离,SDN网络实现了从传统分布式网络到集中式网络架构的转变。鉴于现有网络越来越多的内容分发的需求,通过内容命名和网络内缓存等方式,ICN网络实现了从传统主机为中心的网络到信息、(内容)为中心的网络架构的转变。将SDN和ICN融合成软件定义信息中心网络(SD-ICN),可同时继承SDN和ICN网络的优点,实现了对ICN网络的集中控制。SD-ICN控制平面可以通过编程实现复杂的逻辑决策,而转发平面只需根据控制平面的指令执行简单的操作。SD-ICN正得到越来越多的研究者的关注。SDN网络控制平面基于OpenFlow协议实现对数据平面的集中管理,并通过向OpenFlow交换机下发流表控制交换机的行为。OpenFlow交换机的流表存储基于三态内容寻址存储器(TCAM)实现。TCAM查询速度快、能耗高,导致可用TCAM资源受限,因此交换机的流表资源是有限的昂贵资源。现有一些ICN网络架构(如命名数据网络NDN)很难实现对网络内容的集中控制,导致网络内容查找效率低,内容路由不可靠。同时,ICN网络的on-path缓存策略(如LCE)使得流行内容在网络中大量复制,导致缓存冗余。针对上述问题,本文分别提出了对应的路由和缓存策略,以有效使用网络资源。论文的主要贡献如下：(1)针对SDN网络中流表和带宽资源有限性的问题,本文首先提出了SDN网络中资源偏好感知的批路由策略BRP-SA。SDN网络中有限的交换机流表资源限制了流经节点的业务流数目,有限的带宽资源限制了流经链路的业务流数据流量。BRP-SA将业务流分为长流和短流,并基于业务流特点分别定义带宽资源偏好和流表资源偏好度。基于SDN网络集中控制的特点,BRP-SA提出使用批路由策略处理多个同时到达SDN控制器的业务流请求。仿真结果表明,BRP-SA算法可以有效地均衡流表资源和带宽资源的使用,因此可以使网络接纳更多的业务流请求。(2)本文将SDN和ICN融合,提出了一种新的SD-ICN网络架构,并扩展OpenFlow协议使其支持内容相关的操作。SD-ICN实现了对ICN网络的集中控制,亦简化了ICN网络内容相关的操作流程。针对缓存策略,本文基于SD-ICN网络集中式的特点,提出了SD-ICN网络中资源偏好感知的反应式邻居缓存策略PRNC。PRNC考虑了内容请求的流行度及其对链路带宽和节点存储资源的偏好度,充分利用了内容请求和网络拓扑的特性,将网络流行内容缓存在内容请求者的邻居节点。仿真结果表明PRNC可以实现网络节点存储资源和链路带宽资源的均衡使用,降低网络缓存冗余、减少网络内容转发流量,同时在高负载时可缓解网络拥塞。
【关键词】：SDN ICN SD-ICN 流表 批路由 网络内缓存
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.0
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 SDN网络研究背景14-19
• 1.1.1 SDN网络产生的动机14-16
• 1.1.2 SDN网络架构概述16-18
• 1.1.3 应用感知SDN网络18-19
• 1.2 ICN网络研究背景19-24
• 1.2.1 ICN产生背景19-20
• 1.2.2 ICN基本思想20-21
• 1.2.3 ICN架构概述21-24
• 1.3 SDN网络交换机流表资源有限性24-25
• 1.4 ICN网络架构及其缓存挑战25-26
• 1.4.1 现有ICN架构的挑战25
• 1.4.2 ICN缓存面临的挑战25-26
• 1.5 论文主要内容及结构26-28
• 第2章 SDN/ICN网络中路由和缓存机制相关研究28-38
• 2.1 SDN网络中路由相关研究28-30
• 2.1.1 SDN网络中流表资源有限性相关研究28-30
• 2.1.2 SDN网络中批路由相关研究30
• 2.2 SD-ICN网络架构概述30-35
• 2.2.1 现有SD-ICN架构30-33
• 2.2.2 SD-ICN架构可扩展性研究33-35
• 2.3 ICN网络下的缓存机制研究概述35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 SDN网络中资源偏好感知的批路由策略38-48
• 3.1 BRP问题描述38-40
• 3.1.1 批路由问题38-39
• 3.1.2 交换机流表资源受限39-40
• 3.1.3 业务资源偏好40
• 3.2 BRP系统模型40-43
• 3.2.1 业务资源偏好度定义40-41
• 3.2.2 单位路由开销定义41
• 3.2.3 优化模型41-43
• 3.3 BRP-SA算法设计43-44
• 3.3.1 BRP-SA算法描述43-44
• 3.3.2 算法性能分析44
• 3.4 BRP-SA算法性能评估44-47
• 3.4.1 仿真场景和参数44-45
• 3.4.2 仿真结果和性能分析45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 SD-ICN网络中资源偏好感知的反应式邻居缓存策略48-64
• 4.1 引言48-49
• 4.2 SD-ICN网络架构设计49-52
• 4.2.1 SD-ICN架构概述49-50
• 4.2.2 OpenFlow协议扩展50-51
• 4.2.3 内容路由和缓存51-52
• 4.3 资源偏好感知反应式邻居缓存策略52-58
• 4.3.1 系统模型52-53
• 4.3.2 PRNC数学建模53-55
• 4.3.3 PRNC算法设计55-58
• 4.4 算法性能评估58-62
• 4.4.1 仿真场景和参数58-59
• 4.4.2 仿真结果和性能分析59-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 结束语64-66
• 5.1 论文总结64-65
• 5.2 研究展望65-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-74
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果74

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