机动通信场景中基于SDN的多控制器系统设计与实现

发布时间：2020-06-22 00:04

【摘要】：在机动通信网络中,日益多元化的机动通信任务对网络的配置和互操作性提出更高的要求,将软件定义网络(Software Define Network,SDN)应用于机动通信网络中能简化网络配置,提高网络灵活性。然而,受机动通信网络高度动态性的影响,多个控制器同步数据将引发网络更新缓慢以及控制器开销较大的问题。同时,机动通信网络中交换机与控制器的链路在移动过程中存在断开的情况,导致交换机无法处理新的数据流。本文设计并实现了SDN多控制器系统,主要工作内容如下:(1)针对多个控制器同步数据引发网络更新缓慢以及控制器开销较大的问题,本文设计了控制器拓扑同步方案。首先,设计了网络状态感知模块对网络状态信息收集,包括链路时延、链路剩余带宽等信息。接着,设计域间链路维护模块来发现域间链路并维护域间链路信息,根据网络感知模块收集的域内信息对同一个网络的域间交换机建立彼此的虚拟链路。最后,生成抽象版本的全局网络信息。(2)针对交换机与控制器链路受移动性断开的问题,设计了交换机连接管理方案。首先,控制器对连接的交换机创建配置对象,使控制器能通过OVSDB管理协议远程配置交换机。接着,控制器定期收集控制器与交换机的时延,通过时延信息判断交换机与控制器的链路状态。当控制器检测到交换机存在更适合的控制器时,执行交换机迁移。本文设计并实现了机动通信场景中的SDN多控制器系统,对系统中的拓扑抽象方案和交换机连接管理方案进行了功能和性能的测试。系统功能和性能测试实验结果表明,本文设计的SDN多控制器系统在机动通信场景中能够避免控制器同步开销过大,并能有效地减少交换机无法处理新数据流的情况,对机动通信场景具有一定的研究意义。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5
【图文】：

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础设施存在丧失风险，如洪水、地震等灾害可能导致大规模建筑物被破坏。机动通信网络具有机动性强，受环境限制等特点[1]，常被应用于应急通信和战术行动等场景[2]。机动通信网络如图 1.1 所示，机动通信网络节点包括通信车、信号采集车、单兵发射前端。单兵和信号采集车等通讯设备负责将信息通过机动通信网络转发至固定指挥中心。固定指挥中心包括服务器、路由器、显示屏等设备，负责接收现场信息和完成信息处理，并将上级命令下发到执勤现场。没有基础设施的地区搭建临时网络通信的解决方案是在机动通信场景中部署移动自组织网络(MANET)。移动自组织网络是具有自组织能力的分散式系统，因此具有机动通信所需的稳健性和可扩展性。然而，移动自组织网络由于网络拓扑的变化存在复杂的配置要求和协议开销问题。同时，战术场景对联合行动的需求日益增加，联合行动实现数据流通同时需要确保敏感信息在规定的范围传播。尽管军队在联合行动上做出了努力，但如今的移动自组织网络难以实现联合互操作机制。

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多控制器研究现状个控制器的控制平面是在 SDN 初期广泛使用的一种控制模式，可满足需求[16]。然而，单控制器存在单点失效[17]以及处理器计算瓶颈等问题在性能上不能得到有效保证，接下来将导致整个 SDN 网络的服务能力网络瘫痪[18]。在大规模网络下，多控制器与单控制器的多线程技术相提高了网络可扩展性和稳健性[19]，同时避免了单个控制器故障导致网[20]。多控制器根据其结构分为两类：分层组织架构[21,22]和平面型组织织架构将控制器分为全局控制器和局部控制器，全局控制器管理整个责处理局部控制器的请求。平面型组织架构从逻辑上划分网络，每个enFlow 交换机由一个或者多个的控制器管理，控制器通过同步数据获信息。

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