基于OpenFlow的软件定义弹性光网络中频谱分配与碎片整理的研究与实现

发布时间：2020-01-24 02:43

【摘要】：由于较小的频谱粒度和敏捷的频谱管理方式,弹性光网络可以改善光路的频谱效率,并且使得光层更加的智能。软件定义网络由于将传统网络的控制平面和数据平面相分离,从而为网络带来可编程性、动态性、应用感知等优点。弹性光网络和软件定义网络的结合形成了软件定义弹性光网络,支持集中控制式的网络控制和管理,为增强弹性光网络的可编程性和灵活性带来了新的机遇,并且能够为网络管理者提供更多的自由去动态地定制网络设备。弹性光网络中存在频谱碎片化的问题,频谱碎片是指光纤链路上出现的那些大量孤立的、非对齐的、小块空闲频谱,频谱碎片的存在将导致频谱利用率的降低,并且增加未来请求的阻塞率。这种问题当弹性光网络需要支持高度动态的流量的时候尤为明显,例如在数据中心里高度频繁的光路建立和拆除操作。为了充分地挖掘弹性光网络的优势,并且解决弹性光网络中的频谱碎片化问题,迫切需要一个复杂且高效的控制平面对弹性光网络进行管理。本文同时研究了基于OpenFlow的单域和多域弹性光网络中的频谱分配和碎片整理问题。本文首先讨论了软件定义弹性光网络的整体系统设计以及针对弹性光网络的OpenFlow扩展方案,以支持基本的路由与频谱分配和基于光路重配置的在线碎片整理操作。在单域软件定义弹性光网络中,本文考虑了串行碎片整理和并行碎片整理。在串行碎片整理中,我们在本课题组之前的工作中提出的算法上进行了修改,确保光路重配置可以分批进行,并且每条光路的重配置都遵循" make-before-break "策略。修改后的算法将在一个OpenFlow控制器上进行实现,我们设计的OpenFlow扩展可以支持同步批次重配置,将大大减少配置数据平面设备的延时。为了简化碎片整理操作的复杂度,本文设计和实现了并行碎片整理,可以同时进行所有光路的重配置。所有的这些碎片整理算法都将在一个软件定义弹性光网络控制平面实验平台上进行实现,该实验平台包含了一个独立的OpenFlow控制器和14个独立的OpenFlow代理,并且都运行在高性能的Linux服务器上。然后本文探索了将频谱分配和碎片整理应用到多域网络的情形中。我们为多域的光路请求设计了控制平面的功能模块,并且提出了域间通信协议用于多域软件定义弹性光网络中的各个域的控制器之间的通信,以满足多域的路由与频谱分配操作。为了消除多域弹性光网络中的频谱碎片化问题,本文提出了利用多控制器的合作在多域软件定义弹性光网络中实现碎片感知的路由域频谱分配方案。本文提出的系统设计将在一个跨国的多域软件定义弹性光网络实验平台上实现,该实验平台包含的两个域分别位于中国和美国。
【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】：TN929.1

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