身份与位置分离网络负载均衡关键技术研究

发布时间：2017-09-01 12:01

  本文关键词：身份与位置分离网络负载均衡关键技术研究

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【摘要】：当前,在互联网研究领域所提出的各种未来网络架构中,基于身份与位置分离机制的网络架构具有可扩展性强,支持移动性和多家乡,安全性良好等方面的原生优势,是未来网络发展的主要方向之一。然而,在针对身份与位置分离网络的研究中,对于如何提升网络性能和资源利用效率,如何减小网络控制开销等方面的研究仍然不够充分,而这些方面对于网络的扩展部署、网络应用稳定性的支持以及用户服务质量的保证都是至关重要的。因此,本文基于身份与位置分离网络,对负载均衡及其相关问题展开了研究,论文的主要创新工作如下： 1.现有的身份与位置分离网络中的流量工程方法,均无法同时很好地实现实时、分布式、低控制开销的网络负载均衡。针对这一问题,提出了一种基于身份与位置分离网络的分布式实时负载均衡机制。该机制利用身份与位置映射关系,根据本地和通信对端的网络状态和拓扑信息,实时分配数据转发路径,从而实现了网络的负载均衡。在该机制中,执行路径选择的路由器无需获取全网的链路状态和流量需求,也无需中央控制器提供最优路由。同时,该机制不会带来路由收敛性和稳定性方面的问题。该机制仅带来了非常小的额外控制开销。为评估该机制,定义了待评估性能的解析公式,通过软件仿真实现了该机制及其数据包调度算法,对比并分析了空载链路的比率、归一化链路利用率、流量比率和网络控制开销。结果表明,该机制有效地提升了网络资源利用效率和网络性能,并仅带来了较小的控制开销。 2.在基于身份与位置分离网络的负载均衡机制中,为了进一步可靠地提升网络资源使用效率和网络性能,提出了一种基于反馈原理的负载均衡方法。该方法通过建立基于经典控制理论的闭环控制模型、设计数据流分配算法,实现了更为有效的全网负载均衡。该方法在获知网络状态观测值、网络性能经验估算值和性能要求的基础上,通过求解闭环控制模型得到路由器接口的理想输出速率,并由数据流分配算法基于该求解结果进行数据流分配。该方法保持了分离网络负载均衡机制的实时分布式运行的优点,并且未引入任何额外的控制开销。为评估该方法的性能,对其进行了仿真验证。结果表明,相比于经典调度算法及第二章所提出的算法,该方法有效降低了网络的最大链路利用率,进一步提升了网络性能和资源使用效率。 3.为实现基于身份与位置分离网络的负载均衡机制在实际网络中的完整性和可用性,优化路由可扩展性,降低网络配置复杂度,设计了一种基于平面化标识的路由优化协议。该协议通过修改现有路由协议中部分消息格式及内部数据结构,引入了自动生成的平面化标识作为身份与位置分离网络中的位置标识,用于数据包的路由转发。该协议显著降低了域内网络的路由表规模,有效简化了网络配置的复杂度。为评估该协议,基于实际的运营商拓扑数据,给出了待评估性能的解析表达式。结果表明,该协议能够有效提升路由可扩展性,降低网络配置复杂度和控制开销。 4.优化网络功耗通常意味着减少冗余的可用网络资源,而负载均衡则要求尽可能地最大化利用冗余网络资源。因此,为解决该矛盾,实现降低网络功耗和平衡网络负载的双重目标,提出了一种能够同时优化网络功耗和实现负载均衡的方法。该方法包含了一个非线性规划形式的权衡模型和一个启发式算法。该模型在目标函数中综合考虑了网络链路功耗和链路负载带来的代价,通过引入功率-带宽方程,设计代价函数,实现了对网络链路功耗和链路负载的协同优化。同时,提出的启发式算法能够快速求得该优化问题的近似最优解。为评估该方法的效果,将流量需求和实际拓扑导入规划模型求得局部最优解,并与所提出的启发式算法及其他模型进行了比较。结果显示,该权衡模型及启发式算法能够有效地优化网络功耗和实现网络负载均衡。同时,相比于权衡模型,该启发式算法具有很小的时间开销。
【关键词】：分离映射 负载均衡 绿色网络 网络优化 流量工程
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.0
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 目录11-14
• 图目录14-16
• 表目录16-17
• 主要~.略语对照表17-20
• 第1章 绪论20-38
• 1.1 研究背景20-23
• 1.2 身份与位置分离网络23-29
• 1.2.1 研究现状23-27
• 1.2.2 基本模型27-29
• 1.3 负载均衡技术的发展现状29-33
• 1.3.1 传统网络中的负载均衡技术29-32
• 1.3.2 身份与位置分离网络中的负载均衡技术32-33
• 1.4 论文的主要研究工作和贡献33-35
• 1.5 论文组织结构35-38
• 第2章 基于身份与位置分离网络的负载均衡机制38-64
• 2.1 引言38-40
• 2.1.1 研究背景38-39
• 2.1.2 研究现状39-40
• 2.2 负载均衡机制40-50
• 2.2.1 基于One-hop DHT的身份与位置分离网络模型40-42
• 2.2.2 多路径转发协议42-45
• 2.2.3 数据包调度算法45-49
• 2.2.4 时间复杂度分析49-50
• 2.3 性能分析50-63
• 2.3.1 仿真环境51-52
• 2.3.2 空载链路比率52-54
• 2.3.3 流量分布54-61
• 2.3.4 控制开销61-63
• 2.4 本章小结63-64
• 第3章 分离网络中基于反馈原理的负载均衡方法64-84
• 3.1 引言64-66
• 3.1.1 研究背景64-65
• 3.1.2 研究现状65-66
• 3.2 负载均衡模型66-73
• 3.3 算法设计73-77
• 3.3.1 数据流分配算法73-76
• 3.3.2 时间复杂度分析76-77
• 3.4 性能分析77-82
• 3.5 本章小结82-84
• 第4章 支持分离网络负载均衡机制的路由优化协议84-102
• 4.1 引言84-86
• 4.1.1 研究背景84-85
• 4.1.2 研究现状85-86
• 4.2 FIRP协议设计86-94
• 4.2.1 邻居关系建立部分87-89
• 4.2.2 LSA扩散部分89-92
• 4.2.3 映射关系存储节点One-hop DHT维护部分92
• 4.2.4 本地映射结构生成及维护部分92-93
• 4.2.5 数据包转发部分93-94
• 4.3 性能评估94-100
• 4.3.1 网络参数配置总量96-97
• 4.3.2 路由条目数量97-99
• 4.3.3 控制开销分析99-100
• 4.4 本章小结100-102
• 第5章 一种优化网络功耗和实现负载均衡的方法102-116
• 5.1 引言102-104
• 5.1.1 研究背景102-103
• 5.1.2 研究现状103-104
• 5.2 权衡模型104-106
• 5.3 启发式算法106-108
• 5.3.1 算法描述106-108
• 5.3.2 时间复杂度分析108
• 5.4 性能评估108-115
• 5.5 本章小结115-116
• 第6章 总结与展望116-120
• 6.1 总结116-117
• 6.2 研究展望117-120
• 参考文献120-126
• 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果126-130
• 学位论文数据集130

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张宏科;苏伟;;新网络体系基础研究——一体化网络与普适服务[J];电子学报;2007年04期

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本文编号：771945