基于软件定义数据中心网络的节能路由算法

由于数据中心网络是云计算和下一代网络技术的平台和基础设施,日益增长的网络数据在满足用户需求的同时,也大幅增加了数据中心的能耗.许多针对数据中心网络的节能策略被提出,多数采用硬件与软件相结合的策略来完成节能模型的设计.为了进一步降低能耗,从网络负载均衡和节能路由设计的角度提出了一种新的节能路由算法,其基本思想是首先对负载均衡进行量化分析,然后提出带宽限定的负载均衡与节能相结合的节能路由算法,充分考虑到网络整体的可达性和可靠性.该算法为数据中心节能提供了一种新的视角.通过与传统的节能路由作比较,验证了该算法能够在保证较高网络可靠性的同时能耗较低.通过对实验数据的分析和解释得到了若干有益的结论,为进一步的研究工作奠定了基础.     

软件定义数据中心网络多约束节能路由算法

数据中心网络的节能路由算法大体可分为流量感知和拓扑感知两大类. 前者性能的好坏很大程度取决于流量矩阵预判的准确性. 由于实际网络流量动态、随机产生,具有突发性,预判流量矩阵不一定与网络实时流量状态相符,因此,这类算法往往难以保证突发流的可靠传输. 而后者在休眠冗余设备时,仅从保证网络拓扑具有某种程度的连通性出发,并未考虑网络负载情况,可能导致低负载时设备空闲率较高,节能效果有限. 为此,针对fat-tree拓扑的软件定义数据中心网络(software-defined data center network, SDCN),将网络流量因素引入拓扑感知节能路由机制,提出等效节点、最小网络连通子集、孤岛交换机、无效链路等概念以及辅助图模型和SDCN连通条件,给出多约束节能路由优化模型,同时还提出一种多约束节能路由算法(multi-constrained energy-saving routing, MER). MER算法在保证数据流的时延和可靠性要求前提下,尽可能多地休眠冗余交换机和链路,以降低网络能耗. 最后,通过Mininet和Floodlight进行仿真测试. 仿真结果表明：与文献中已有算法相比,MER具有更低的平均分组时延和丢包率,并且可以达到理想的节能效果.     

基于软件定义网络的卫星网络容错路由机制

鉴于卫星网络对安全性和应对故障的能力有很高的要求，引入了软件定义网络（SDN）技术，在网络中放置中央控制器来增强网络对故障的应对能力。首先，基于SDN的思想设计了一种卫星网络模型，计算了三层轨道上卫星运行的参数并构建星座；然后，采用分层路由的方法，设计了一种针对卫星网络的容错路由机制；最后，在Mininet平台上进行了仿真实验，将容错路由算法（FTR）的实验结果与基于链路感知的星间路由算法（LRSR）和多层卫星网络路由算法（MLSR）的实验结果进行了对比。对比结果表明，在网络中无损坏节点和链路的情况下，FTR的路由总延时比LRSR平均降低了6.06%，说明了引入SDN集中控制的有效性；FTR的丢包率比同样以最小延时为目标的MLSR降低了25.79%，说明了在网络模型中为中轨道（MEO）卫星设计临时存储路由机制的有效性。而当网络中节点和链路的失效情况比较严重时，FTR的路由总延时比LRSR降低了3.99%，比MLSR降低了19.19%；其丢包率比LRSR降低了16.94%，比MLSR降低了37.95%，说明了FTR的容错有效性。实验结果验证了基于SDN的卫星网络路由机制具有更好的容错能力。     

低故障恢复开销的软件定义网络控制器布局算法

控制器部署技术是软件定义网络的重要研究方向。现有控制器布局技术更多地关注节点故障时网络的鲁棒性布局方法,缺乏对连边故障情况下的灾备分析。为了解决这个问题,建立了一种低故障恢复开销软件定义网络控制器布局模型,该模型针对连边故障进行设计,并利用基于模拟退火思想的算法进行求解。仿真结果表明,该模型及算法在尽量少地损失网络时延代价的同时,有效降低了控制路径出现故障时网络的故障恢复开销。     

软件定义网络架构下基于流调度代价的数据中心网络拥塞控制路由算法

针对传统数据中心网络极易发生拥塞的问题,提出了在软件定义网络（SDN）的架构下设计基于流调度代价的拥塞控制路由算法加以解决。首先,进行拥塞链路上的大小流区分,并对所有大流的各条等价路径进行路径开销权重的计算,选择权重最小的路径作为可用调度路径;然后,使用调度后路径开销变化量和流占用带宽比例来共同定义流调度代价;最终选择调度代价最小的流进行调度。仿真结果表明,所提算法能在网络发生拥塞时降低了拥塞链路上的负荷,并且与仅进行流路径选择的拥塞控制算法相比,提高了链路利用率,减少了流传输时间,使得网络链路资源得到更好的利用。     

基于网络熵的域内节能路由方案

减少网络能耗和建立绿色网络已经成为学术界和工业界研究的关键科学问题。已有的节能方案均在已知流量矩阵的前提下展开研究,但是获得实时流量数据并不容易。因此,文中研究了如何在未知流量矩阵的情况下降低网络能耗,提出了一种基于网络熵的域内节能路由方案(Intra-domain Energy Efficiency Routing Scheme Based on Network Entropy,EERSBNE),该方案通过关闭网络中的链路来实现节能的效果。首先提出了链路关键度模型和网络熵模型,然后根据链路关键度计算网络中所有链路的重要程度,最后根据链路的重要性和网络熵模型依次关闭网络中的链路。实验结果表明,该算法在降低网络能耗的同时不会引入较大的路径拉伸度。     

软件定义网络中基于分段路由的多路径调度算法

针对当前软件定义网络(SDN)在应对大量数据流时造成的流表利用率低、转发响应较慢以及当前网络调度算法容易造成网络局部拥塞和负载不均衡等问题,提出一种基于分段路由的多路径调度算法SRMF。首先,SDN控制器根据网络拓扑连接情况下发初始流表;综合考虑网络链路剩余带宽、丢包率和数据流估测带宽需求进行路径权重计算;最后,根据路径权重选择最优路径并构造分段流表下发到边缘交换机。实验结果表明分段路由转发技术在多种网络拓扑下较一般转发技术在流表项开销方面有明显优势,SRMF算法与Hedera、ECMP相比,在业务流端到端时延、端到端时延抖动、网络吞吐率、丢包率等方面有一定的优势。     

一种软件定义网络中基于博弈的混合路由算法*

现存软件定义网络中的流量工程算法考虑单一,难以实现流量均衡,且缺乏对端到端的时延优化。对此提出一种博弈混合路由算法,以少量的显式路由与基于目的的聚合流量配置,在保证流量均衡的同时,优化网络的平均端对端时延。聚合流量配置采用纳什议价博弈理论对流量均衡与端对端时延优化场景进行联合优化建模,并设计了相应的启发式算法进行求解。实验结果表明,与现有算法相比,流量均衡程度和平均端对端时延均得到一定程度的改善,在Splintlink拓扑中,最大链路利用率平均减少6%,平均端对端时延减少12%。     

基于时延优化的软件定义网络控制层部署策略

当前大多数软件定义网络（SDN）中控制器的部署方案均重点考虑正常网络状态下传播时延对性能的影响,而忽略了链路故障状态下对时延的影响,针对此问题,提出了一种基于时延优化的控制层部署方案。首先,在综合考虑网络正常运行以及单链路故障等多种网络状态下的最坏情况时延最小化问题的基础上,以网络状态时延作为新的时延优化目标并建立了相应的数学模型。其次,提出了解决上述模型的两种启发式部署算法：基于贪婪算法的控制层部署算法（GA-CPA）和基于粒子群优化（PSO）算法的控制层部署算法（PSO-CPA）。最后,选取了真实网络拓扑及数据进行验证。仿真结果表明,GA-CPA和PSO-CPA两种部署算法均能在不同程度上降低网络状态时延,从而保证了大部分网络状态下的最坏情况时延维持在较低范围。     

基于人工电场优化的软件定义物联网路由算法

软件定义异构物联网难以保证数据传输的可靠性,提出一种基于人工电场优化算法的软件定义物联网路由算法.将软件定义网络技术与物联网结合,建立软件定义物联网的数据传输模型,利用滞环曲线分析路由中继节点的可靠性,选择高可靠性节点作为路由中继节点.设计离散人工电场优化算法选择最佳的路由,实现高效、高可靠性的数据聚合处理.仿真结果表明,该算法在保证可靠性的情况下,有效提高了网络的吞吐量.     

基于混合软件定义网络的单节点故障保护方法

软件定义网络(Software Defined Network,SDN)是由美国斯坦福大学Clean Slate课题组提出的一种新型网络体系架构,该架构通过解耦控制平面和转发平面的功能来实现网络流量的灵活转发.但是,由于经济开销和技术条件的限制,互联网服务提供商的骨干网必定长期处于传统设备和SDN设备共存的混合SDN状...     

无线软件定义网络研究前景展望

软件定义网络是一种新型网络创新架构,其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来,从而实现了网络流量的灵活控制,为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。软件定义网络能够改变现有的数据发送规则,由转发设备决定的僵硬模式能够显著提高数据发送的服务质量。目前软件定义网络的无线网络条件下应用的研究还处于起步阶段,本文分析了无线网络中实现软件定义网络可能遇到的困难与机遇。     

软件定义卫星网络的链路故障检测和恢复方案

针对具有星间链路的卫星网络,提出了一种软件定义卫星网络架构下的链路故障检测和恢复方案。首先基于软件定义卫星网络架构设计了一种主动上报式故障检测机制,并设计了链路故障检测算法,实现对卫星网络中链路故障的快速发现和准确定位。在此基础上,提出了一种保护加恢复式故障恢复机制来快速恢复因故障导致的业务中断。最后在原型系统中对该方案进行了验证。实验结果表明,该方案可以在毫秒级的时间内快速检测并准确定位到链路故障,并可以在10±2ms的时间内对故障进行快速恢复。同时,该方案可适用于多种卫星网络拓扑。     

基于软件定义网络的智能变电站网络架构设计

随着智能变电站二次装置标准化、智能化水平的提升,需要有一种更高效、智能的通信网络以满足变电站运行和维护要求,能够实现设备即插即用、智能监测、子网间安全隔离以及设备通用互换。针对智能站网络统一管理、子网间安全隔离以及设备兼容性、互换性的应用需求,提出了一种基于软件定义网络（SDN）技术的变电站网络架构,将IEC61850和OpenFlow协议用于网络架构设计,利用OpenFlow控制器管控和隔离各独立子网,以实现网络设备管理和子网安全隔离。实验结果表明,所提架构可实现流量基于业务类型的精准控制和数据的安全隔离,对于提升变电站运行和维护水平有着非常重要的应用价值。     

基于软件定义的安全功能服务链部署方法

为减少传统安全设备实现安全功能灵活性差、部署成本高等弊端,深入研究软件定义网络(SDN)、网络功能虚拟化(N F V)和基于软件定义的安全服务部署技术,建立安全服务链部署模型,提出一种启发式算法.从节点的安全功能需求、物理资源需求,以及节点之间的网络资源需求和传输时延等方面综合评估部署安全功能服务链的资源需求,优先部署资源需求较大的安全功能服务链,避免资源能力成为瓶颈.实验结果表明,该算法可有效提升部署成功率.     

基于软件定义网络的多约束QoS双路径路由优化方法

针对当前SDN架构存在路由算法复杂度高、QoS流满意度低和单链路故障等问题,提出了一种基于软件定义网络的多约束QoS双路径路由优化算法(SDN＿MCQDP)。利用控制器获得全局网络状态信息,生成基于目的节点的有向无环图。在多约束QoS路由选择阶段,通过拉格朗日松弛对偶算法将多约束问题转化为线性规划问题。使用反向链路删减得到满足多约束QoS的节点不相交的双路径冗余链路,使链路故障后的数据传输得到保障。从路由计算时间、链路利用率、QoS流满意度等方面对算法进行仿真实验。结果表明,与MODLARAC、QT、RMCDP＿RD、H＿MCOP算法比较,SDN＿MCQDP能够有效降低传输时延,减少路由计算时间,提高链路利用率,且在链路发生故障后仍能满足QoS需求。     

基于软件定义网络的域内路由保护方案研究

软件定义网络（SDN）是一种将控制平面和转发平面分离的新型网络体系结构。由于其灵活性和可控性得到了业界的青睐。然而,目前SDN采用最优路径转发报文,很难应对网络中频繁出现的节点或者链路故障。因此,为了提高SDN网络的可用性,提出了一种基于软件定义网络的域内路由保护方案（intra-domain routing protection scheme based on software defined network,RPBSDN）。该方案可以为网络中的每个源-目的对计算出多个备份下一跳,利用节点加入到最短路径树的偏序关系来保证转发路径没有路由环路。实验结果表明,该方案不仅具有较小的计算复杂度,而且大大提高了网络的可用性。