软件定义网络中的分布式控制器系统优化研究

发布时间:2018-08-22 08:06
【摘要】:软件定义网络是近年来计算机通讯领域中备受学术界和产业界关注的技术,在数据中心网络、无线网络等环境下均有大量的研究和产品涌现。它的核心创新在于通过数控分离产生的可编程性,这一特性直接带来了网络管理的变革,使得网络能够根据程序员编写的策略自动灵活改变。软件定义网络为研究人员和网络管理人员实验新的网络协议和进行其他创新提供了良好的基础。在软件定义网络中,从转发设备分离出来的控制逻辑被集中到了控制器(也称作网络操作系统)上,网络管理工作的重要性使得控制器的研究工作在近年来十分活跃。随着网络规模的不断扩大,分布式控制器将会成为未来软件定义网络的必然选择,也因此涌现出大量架构各异的分布式控制器方案。其中,在实现控制器物理上的多节点分布后,需要对资源进行优化以实现多资源的平衡管理、减少不必要的控制器实例开销,只有实现资源的综合调度才能让分布式控制器作为网络操作系统有效管理网络的行为和状态。本文对现有的分布式控制器架构进行了系统地分析并建立了分布式系统中各种资源开销的模型,以此为基础提出了一套完整的分布式控制器优化方案,充分利用软件定义网络的可编程性实现系统资源的合理利用。该方案由控制器网络视图管理和应用管理两部分构成,完成了对分布式控制器的整体优化。具体的优化工作立足于弹性变化的分布式控制器,结合存储开销、计算开销、信息同步开销和系统响应时间制定合理的优化策略。经过优化后,分布式控制器能够更加有效地根据网络实时状态进行策略的制定与执行。本文提出的SDN分布式控制器优化方案通过大量实验证实了有效性,进而通过大量对比试验探究了优化策略的有效时间及对优化策略进行重新计算的触发条件。最后,本文对未来的工作进行了设想,提出了进一步的研究方向。
[Abstract]:In recent years, software defined network (SDN) is one of the most important technologies in the field of computer communication. In the data center network, wireless network and so on, a large number of research and products have emerged. Its core innovation lies in the programmability produced by the separation of numerical control, which directly brings about the change of network management and makes the network change automatically and flexibly according to the strategy written by the programmer. Software definition of network provides a good basis for researchers and network managers to experiment with new network protocols and other innovations. In the software defined network, the control logic separated from the forwarding device is concentrated on the controller (also known as the network operating system). The importance of network management makes the research of controller very active in recent years. With the continuous expansion of network scale, distributed controller will become the inevitable choice of software to define the network in the future. Therefore, a large number of distributed controller schemes with different architectures have emerged. Among them, after realizing the physical multi-node distribution of the controller, it is necessary to optimize the resources to realize the balanced management of the multi-resources, and to reduce the unnecessary overhead of controller instance. Only by implementing the comprehensive scheduling of resources can the distributed controller manage the behavior and state of the network effectively as a network operating system. In this paper, the existing architecture of distributed controller is systematically analyzed, and the model of resource overhead in distributed system is established. Based on this, a complete optimization scheme of distributed controller is proposed. Make full use of the programmability of the software definition network to realize the reasonable utilization of the system resources. The scheme consists of two parts: controller network view management and application management, and the overall optimization of distributed controller is completed. The specific optimization work is based on a flexible distributed controller, combining storage overhead, computing overhead, information synchronization overhead and system response time to formulate a reasonable optimization strategy. After optimization, the distributed controller can make and execute the strategy more effectively according to the real-time state of the network. The SDN distributed controller optimization scheme proposed in this paper is proved to be effective by a large number of experiments, and then the effective time of the optimization strategy and the trigger conditions for recalculating the optimization strategy are explored through a large number of comparative experiments. Finally, the future work is envisaged and the further research direction is proposed.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP393.02

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