软件定义网络资源优化技术研究
发布时间：2021-01-20 08:18
随着网络流量的爆炸式增长和各类新兴网络功能的不断部署应用,传统的互联网体系变得越来越复杂,导致其服务质量劣化严重、网络效能低下等问题。软件定义网络（Software-Defined Networking,SDN）解耦了网络的控制平面和数据平面,具有逻辑集中控制、细粒度数据流控制、开放可编程等优势,通过全局网络视图实现了灵活高效的网络管理和资源调度,在简化网络运维成本、提高网络资源效用、改善用户体验等方面优势明显。然而,SDN数控分离、逻辑集中控制以及细粒度数据流控制等特性也导致了严重的资源紧缺问题,这使得SDN在进行大规模网络部署和应用时仍面临诸多挑战,其中主要包括:（1）集中的网络控制易使控制器过载,导致控制平面资源紧缺问题;（2）细粒度数据流控制易使交换机流表溢出,导致流表存储资源紧缺问题;（3）流量调度策略选路僵化易使链路拥塞,导致链路带宽资源分配不合理问题。本文围绕大规模部署应用场景下的软件定义网络资源优化技术展开研究,分别从软件定义网络的控制平面和数据平面入手,提高软件定义网络的资源利用率和网络服务性能,为SDN的大规模实际部署提供技术支撑。本文主要创新点如下:1、针对“现有...
【文章来源】：战略支援部队信息工程大学河南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
安装的流表规则数量对比
第三章基于分段路由的SDN流表规则优化机制第37页随机误差，在每一种流到达速率下，每种方案均在相同的实验条件下运行20次取平均值。从图中可以看出，PASR安装的流表规则数量比OpenFlow、AJSR要少。与OpenFlow规则安装机制相比，PASR可以减少61%的流表规则数量。由于基于MPLS的流表规则安装机制只在入口交换机安装流匹配规则，使得中间交换机不需要维护数据流状态信息，因此，它需要安装的流表规则最少。图3.7安装的流表规则数量对比图3.8数据包封装的MPLS标签数量对比图3.8显示了在不同的流到达速率下数据包包头封装的标签数量。从图中可以看出，
第三章基于分段路由的SDN流表规则优化机制第39页（b）数据包封装的MPLS标签数量（d）平均数据包MPLS标签数量图3.9不同拓扑下网络性能指标对比从图3.9(a)~(d)可以看出，在不同的网络拓扑下，所提算法均可在不同程度上实现流表规则数目和标签负载减少效果。AJSR通过在源路由的基础上采用中继的方式，在保证标签不过载的情况下，通过选择中间节点来安装流表规则来路由每个数据流，也减少了SDN控制器安装的流表规则数目，但它仍需在中间节点安装大量的流匹配规则。PASR通过路径分段和规则共享，能最大限度地减少标签数量和流表规则数目。随着网络规模的增大，本文所提机制的优化效果越明显，这是因为网络规模越大，数据流路径越长，采用路径分段和规则共享的场景越多。因此，本文所提PASR机制更适合大规模SDN网络。3.6本章小结本章针对SDN细粒度数据流控制导致交换机流表存储资源不足问题展开研究，提出将SR技术应用于SDN网络以解决路径聚合、流表膨胀等问题。首先，引入SR到SDN架构中，设计了基于分段路由的SDN网络架构；然后，提出在线数据流路径编码算法，通过对数据流路径进行分段聚合、规则共享，使经过同一路径段的数据流能匹配相同的路径规则，以减少需要安装的规则数目。仿真结果表明，与当前的SDN流表规则安装机制相比，本章所提机制能有效降低需要安装的流表规则数目，且保证较小的标签负载。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于深度增强学习的软件定义网络路由优化机制[J]. 兰巨龙,于倡和,胡宇翔,李子勇. 电子与信息学报. 2019(11)
[2]SDN中基于分布式决策的控制器负载均衡机制[J]. 胡涛,张建辉,邬江,何为伟,江逸茗,赵伟. 电子学报. 2018(10)
[3]流特征感知的软件定义网络控制器动态关联机制[J]. 张少军,兰巨龙,江逸茗,孙鹏浩. 电子与信息学报. 2018(09)
[4]一种基于分段路由的多路径流传输机制[J]. 黄建洋,兰巨龙,胡宇翔,马腾. 电子学报. 2018(06)
[5]Performance Analysis of ACO on the Quadratic Assignment Problem[J]. XIA Xiaoyun,ZHOU Yuren. Chinese Journal of Electronics. 2018(01)
[6]软件定义网络可扩展性研究综述[J]. 付永红,毕军,张克尧,吴建平. 通信学报. 2017(07)
[7]软件定义网络控制平面可扩展性研究进展[J]. 张少军,兰巨龙,胡宇翔,江逸茗. 软件学报. 2018(01)
[8]一种考虑软件定义网络控制节点故障的控制器部署和交换机迁移方法[J]. 伊鹏,刘邦舟,王文博,张少军. 电子与信息学报. 2017(08)
[9]一种新的求解集合覆盖问题的启发式算法[J]. 权光日,洪炳熔,叶风,吴葳. 哈尔滨工业大学学报. 1998(05)
[10]集合覆盖问题的启发函数算法[J]. 权光日,洪炳熔,叶风,任世军. 软件学报. 1998(02)
本文编号：2988710
【文章来源】：战略支援部队信息工程大学河南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
安装的流表规则数量对比
第三章基于分段路由的SDN流表规则优化机制第37页随机误差，在每一种流到达速率下，每种方案均在相同的实验条件下运行20次取平均值。从图中可以看出，PASR安装的流表规则数量比OpenFlow、AJSR要少。与OpenFlow规则安装机制相比，PASR可以减少61%的流表规则数量。由于基于MPLS的流表规则安装机制只在入口交换机安装流匹配规则，使得中间交换机不需要维护数据流状态信息，因此，它需要安装的流表规则最少。图3.7安装的流表规则数量对比图3.8数据包封装的MPLS标签数量对比图3.8显示了在不同的流到达速率下数据包包头封装的标签数量。从图中可以看出，
第三章基于分段路由的SDN流表规则优化机制第39页（b）数据包封装的MPLS标签数量（d）平均数据包MPLS标签数量图3.9不同拓扑下网络性能指标对比从图3.9(a)~(d)可以看出，在不同的网络拓扑下，所提算法均可在不同程度上实现流表规则数目和标签负载减少效果。AJSR通过在源路由的基础上采用中继的方式，在保证标签不过载的情况下，通过选择中间节点来安装流表规则来路由每个数据流，也减少了SDN控制器安装的流表规则数目，但它仍需在中间节点安装大量的流匹配规则。PASR通过路径分段和规则共享，能最大限度地减少标签数量和流表规则数目。随着网络规模的增大，本文所提机制的优化效果越明显，这是因为网络规模越大，数据流路径越长，采用路径分段和规则共享的场景越多。因此，本文所提PASR机制更适合大规模SDN网络。3.6本章小结本章针对SDN细粒度数据流控制导致交换机流表存储资源不足问题展开研究，提出将SR技术应用于SDN网络以解决路径聚合、流表膨胀等问题。首先，引入SR到SDN架构中，设计了基于分段路由的SDN网络架构；然后，提出在线数据流路径编码算法，通过对数据流路径进行分段聚合、规则共享，使经过同一路径段的数据流能匹配相同的路径规则，以减少需要安装的规则数目。仿真结果表明，与当前的SDN流表规则安装机制相比，本章所提机制能有效降低需要安装的流表规则数目，且保证较小的标签负载。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于深度增强学习的软件定义网络路由优化机制[J]. 兰巨龙,于倡和,胡宇翔,李子勇. 电子与信息学报. 2019(11)
[2]SDN中基于分布式决策的控制器负载均衡机制[J]. 胡涛,张建辉,邬江,何为伟,江逸茗,赵伟. 电子学报. 2018(10)
[3]流特征感知的软件定义网络控制器动态关联机制[J]. 张少军,兰巨龙,江逸茗,孙鹏浩. 电子与信息学报. 2018(09)
[4]一种基于分段路由的多路径流传输机制[J]. 黄建洋,兰巨龙,胡宇翔,马腾. 电子学报. 2018(06)
[5]Performance Analysis of ACO on the Quadratic Assignment Problem[J]. XIA Xiaoyun,ZHOU Yuren. Chinese Journal of Electronics. 2018(01)
[6]软件定义网络可扩展性研究综述[J]. 付永红,毕军,张克尧,吴建平. 通信学报. 2017(07)
[7]软件定义网络控制平面可扩展性研究进展[J]. 张少军,兰巨龙,胡宇翔,江逸茗. 软件学报. 2018(01)
[8]一种考虑软件定义网络控制节点故障的控制器部署和交换机迁移方法[J]. 伊鹏,刘邦舟,王文博,张少军. 电子与信息学报. 2017(08)
[9]一种新的求解集合覆盖问题的启发式算法[J]. 权光日,洪炳熔,叶风,吴葳. 哈尔滨工业大学学报. 1998(05)
[10]集合覆盖问题的启发函数算法[J]. 权光日,洪炳熔,叶风,任世军. 软件学报. 1998(02)
本文编号：2988710
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