软件定义车联网的数据转发机制

针对现有车联网（VANET）中数据转发效率低的问题,提出了软件定义网络（SDN）的数据转发机制。首先,设计了软件定义车联网的分层次网络模型,该模型由局部控制器和车辆组成,实现控制与数据转发分离,具有可扩展性、独行性等特点;其次,设计了车辆路由转发机制,该机制采用动态规划和二分搜索的方法,以实现高效的数据转发;最后,通过仿真验证,对比无线自组网按需平面距离向量路由（AODV）、目的节点序列距离矢量路由（DSDV）、动态源路由（DSR）和最优链路状态路由（OLSR）算法,所提的数据转发机制在传递成功比上提高大约100%,而端到端延迟时间降低大约20%。实验结果表明,软件定义车联网的数据转发机制能够提高路由转发效率、减小延迟。     

一种基于路径跟踪反馈的SDN网络可信传输方案

针对软件定义网络(SDN)中的转发设备存在不可避免的漏洞和后门、缺乏主动监测或被动检查网络行为的机制等问题,提出一种基于路径跟踪反馈的SDN网络可信传输方案,设计基于跟踪反馈的传输路径可信验证机制,依据反馈信息分析节点的可信性,以此评估路径的可信度;同时,提出一种基于路径跟踪反馈的不相交多路径可信路由算法DMTRA-PTF,能够通过路径跟踪反馈和可信评估引导新的路径及时规避恶意交换机节点,构造不相交多路径路由方案以增强SDN网络传输服务的可信性。对比实验结果表明,路径跟踪反馈机制能够以较小的性能代价准确识别恶意交换机,提出的可信路由算法能够以此为后续路由动态规划不相交多条可信路径,有效提升网络整体的可信性。     

软件定义车联网的数据转发策略和路由选择技术

针对目前车联网（VANET）数据转发效率低的问题,提出了软件定义网络（SDN）的数据转发策略和路由选择技术。首先,采用了软件定义车联网的分层控制结构,由局部控制器和全局控制器组成,实现数据转发和控制分离,可灵活控制数据转发的方向;然后,设计了单条路段的车辆路由机制,该机制预测车辆节点位置并采用贪心策略,实现数据的稳定传输;其次,设计了多个需求间的路段路由机制,该机制采用广度优先搜索（BFS）算法和边集相结合的方式,实现多个需求间路径不相交,缓解带宽瓶颈问题;最后,通过仿真验证,对比无线自组网按需平面距离向量（AODV）路由,所提出的数据转发策略和路由选择算法在数据分组接收率上提高40%以上,平均延迟时间降低60%左右。实验结果表明,软件定义车联网的数据转发策略和路由选择技术能够提高数据转发效率,减少平均收包延时。     

基于SDN网络的安全设备路由研究

SDN（Software Defined Networking,软件定义网络）是一种新型的网络架构,是网络实现自动化部署灵活管理的一个重要方式。SDN技术将网络的数据平面和控制平面相分离,从而实现了网络流量的灵活控制。因此,基于SDN技术提出了一种基于SDN网络的安全设备路由模型,该模型结合改进的内嵌式安全设备最短路由算法和旁路式最短路由算法及神经网络最短路由算法,得到一种高效的安全设备路由策略,并且在此基础上构建了一个网络安全服务调度系统,能够在安全设备混合部署的复杂网络环境中,按用户需求提供个性化的安全服务;同时,通过计算较低网络成本的最短安全路径,提高了网络的路由效率和资源利用率。     

基于软件定义网络的边缘控制部署机制

针对软件定义网络（software-defined Networking,SDN）中单一控制器容易发生过载导致较长时延的问题,提出一种基于SDN的边缘控制模型,该模型采取分层部署方式将边缘计算集成到SDN中,每个边缘控制器控制其覆盖范围内部署的所有子边缘控制器和交换机,负责区域内网络设备的通信量。为了方便管理边缘控制器之间的交互,该模型引入一个控制器代理模块,将设备请求转发给父控制器或将路由信息发送给子控制器来协调控制器之间的工作。实验结果表明,与基于SDN的传统网络相比,该方法依托部署在网络设备边缘的计算和存储服务,减轻了SDN主控制器上的负载,降低了转发平面和控制平面之间的延时,显著地改善了总处理延时和带宽使用情况。     

一种软件定义车载自组织网络的QoS路由算法

车载自组织网络（VANET）是由移动车辆节点组成的移动自组织网络（MANET）,其不依赖基础设施即可建立通信链路实现通信。由于车辆的高机动性和无线通信资源的限制,VANET难以保障车辆业务的服务质量（QoS）。针对该问题,引入软件定义网络（SDN）,提出一种适用于软件定义车载自组织网络（SDN-VANET）的多约束QoS路由算法。利用SDN控制转发分离的优势保障各业务的QoS,SDN控制器会根据车辆业务的截止日期对业务实现顺序调度,并基于蛙跳算法设计自适应中继节点选择算法(AH-SFLA),SDN控制器根据QoS指标和全局拓扑信息计算数据在传输链路上的适度值,以此为基准搜索优化路径。在此基础上设置备选链路机制和QoS资源消耗阈值共同实现路由维护,减少网络故障发生的概率。联合Mininet-wifi和SUMO搭建SDN-VANET环境,并将AH-SFLA路由算法与IGA、IICSFLA进行对比验证分析。实验结果表明,与IGA和IICSFL相比,AH-SFLA在平均端到端延迟指标上分别提高了57.74%和46.6%,丢包率平均降低了29.9%和18.6%,标准化路由开销提升了36.93%和...     

软件定义的内容中心网络的分段路由策略

为降低软件定义的内容中心网络(SD-CCN)的内容请求时延,减少网络拥塞,快速应对网络中的节点或链路故障,借用软件定义网络(SDN)流量工程中的分段路由思想设计了软件定义的内容中心网络的分段路由策略(SD-CCN-SR)。通过控制器选取最优的缓存或内容源节点作为目的节点查找最优路径,向入口边界节点下发分段标签序列。将分段标签序列中的标签依次作为分段的目的节点进行最短路径转发,实现控制器通过少量控制信息对兴趣包上行链路的整体控制。仿真结果表明,本策略能够有效降低平均请求时延及平均路由跳数。     

基于重构SPT的单链路故障路由保护方法

为了减少故障对网络运行带来的影响,提出了一种基于重构SPT的单链路故障路由保护算法SLFRPRSPT。该算法在最短路径树SPT的基础上实现,通过制定一系列定义和规则,对SPT进行重构,搜索节点关系发生改变的节点,为每个节点计算最佳备份下一跳节点,从而达到提高路由可用性的目的。经过实验验证,其在网络拓扑中故障保护率可以达到1,并且具有较低的路径拉伸度,可以有效避免单链路故障带来的影响。该方案支持增量部署和逐跳转发,便于实现。     

基于节点多样性的域内路由保护算法

已有的路由保护方案都没有考虑网络中节点的重要程度,然而在实际网络中不同节点在网络中的重要程度是不相同的。针对该问题,提出一种基于节点多样性的域内路由保护算法（intra-domain routing protection algorithm based on node diversity,RPBND）。计算节点构造以目的为根的最短路径树（shortest path tree,SPT）,从而保证RPBND算法和目前互联网部署的路由算法的兼容性;在该最短路径树的基础上构造特定结构的有向无环图（directed acyclic graph,DAG）,从而最大化路由可用性。实验结果表明,RPBND极大地提高了路由可用性,降低了故障造成的网络中断时间,为ISP部署域内路由保护方案提供了充分的依据。     

基于SDN的混合分段路由概率流调度机制

针对数据中心网络流量路径分配不均匀、易造成大流碰撞,以及控制器流表开销大等问题,提出了一种基于SDN的混合分段路由概率流调度机制SRPFS（segment routing probability flow scheduling）。利用SDN集中控制与全局视图特性,首先采用混合分段路由完成流量初始转发;然后选用粒子群优化算法,重定义粒子群内部寻优过程来对流量进行筛选;最后构造全局节点概率矩阵,设计概率调度算法选举出流量转发最优路径。实验结果表明混合分段路由转发技术在流表开销方面优势较大,并且SRPFS相比于其他较典型的流传输机制,在平均网络吞吐量、链路利用率、标准网络吞吐率等方面有明显优势,能够有效减轻控制器的流表负载,保证了较好的网络性能。     

基于协议无感知转发技术的信息中心网络：设计、实现与应用

软件定义网络(SDN)的核心思想是将网络中控制平面和数据平面进行解耦,采用集中控制的方式给用户提供开放可编程的接口。信息中心网络(ICN)则集中在对内容进行命名和基于内容名字的路由。协议无感知转发(POF)是一种支持自定义协议的SDN转发技术。随着未来网络技术的研究与发展,基于SDN思想来实现ICN则可能成为一种解决方案,因而提出了一种基于POF技术的ICN网络设计方案与实现,并搭建了基于POF技术的ICN实验床。多人视频会议应用表明,该设计方案的正确性与可行性,不仅能转发ICN数据包,还能很好地实现实时性应用。     

基于SDN的CDN体系架构及关键技术研究

互联网应用带来流量持续增长,CDN成为提升用户体验的必然选择。在新业务需求和新技术的双重驱动下,电信运营商CDN需要提升CDN智能化能力,以适应快速变化的新业务。SDN是一种新型网络架构,通过将网络设备控制平面与数据转发平面分离,实现了网络的灵活控制。本文首先分析了SDN对CDN发展的影响,然后介绍了基于SDN的CDN体系架构,最后对实现基于SDN的CDN的关键技术进行探讨。     

Improving the performance of load balancing in software-defined networks through load variance-based synchronization

Software-Defined Networking (SDN) is a new network technology that decouples the control plane logic from the data plane and uses a programmable software controller to manage network operation and the state of network components. In an SDN network, a logically centralized controller uses a global network view to conduct management and operation of the network. The centralized control of the SDN network presents a tremendous opportunity for network operators to refactor the control plane and to improve the performance of applications. For the application of load balancing, the logically centralized controller conducts Real-time Least loaded Server selection (RLS) for multiple domains, where new flows pass by for the first time. The function of RLS is to enable the new flows to be forwarded to the least loaded server in the entire network. However, in a large-scale SDN network, the logically centralized controller usually consists of multiple distributed controllers. Existing multiple controller state synchronization schemes are based on Periodic Synchronization (PS), which can cause undesirable situations. For example, frequent synchronizations may result in high synchronization overhead of controllers. State desynchronization among controllers during the interval between two consecutive synchronizations could lead to forwarding loops and black holes. In this paper, we propose a new type of controller state synchronization scheme, Load Variance-based Synchronization (LVS), to improve the load-balancing performance in the multi-controller multi-domain SDN network. Compared with PS-based schemes, LVS-based schemes conduct effective state synchronizations among controllers only when the load of a specific server or domain exceeds a certain threshold, which significantly reduces the synchronization overhead of controllers. The results of simulations show that LVS achieves loop-free forwarding and good load-balancing performance with much less synchronization overhead, as compared with existing schemes.     

基于SDN的OpenFlow交换机数据包流水线处理机制

目前,软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)已成为网络研究与开发的重点,但相关的研究与开发工作还仅仅局限于园区网络和数据中心网络等。由于SDN控制层与数据层处理效率的限制,SDN面向互联网这样超大规模网络的研究还基本处于空白阶段。为了提升SDN的性能以使其适应大规模网络的特点,挖掘SDN数据层中并行加速处理的可能性,提出了将流水线技术应用到SDN数据层中交换机对数据包的转发过程。另外,结合SDN南向接口OpenFlow协议提供的交换机工作规范,设计了适用于OpenFlow交换机数据包转发的三级流水线处理机制。仿真实验说明,将流水线应用到SDN中能有效加快OpenFlow交换机的数据包转发速度。     

A tool for tracing network data plane via SDN/OpenFlow

SDN provides an approach to create desired network forwarding plane by programming applications. For a large-scale SDN network comprised of multiple domains and running multiple controller applications, it is difficult to measure and diagnose the problems of flow tables in data plane. Tracing the forwarding path of SDN is one of effective way for data plane state measurement. Previously proposed methods for debugging SDN were applied to a single administrative domain. There is less effort to trace the flow entries of the data plane in large-scale multi-domain SDN networks. In this paper, we propose a method of software defined data plane tracing in large-scale multi-domain SDN networks. Our method can trace forwarding paths, and get the matched flow entries and other customized trace information. We present the designs compatible with OpenFlow 1.0 and 1.3 switches. The performance and deployment effect are evaluated by simulation test and analysis. It shows that our method has better performance than traditional IP traceroute, and its deployment at about 20% of AS nodes can enable 70% of AS paths to be traceable.     

Dependability modeling of Software Defined Networking

Software Defined Networking (SDN) is a new network design paradigm that aims at simplifying the implementation of complex networking infrastructures by separating the forwarding functionalities (data plane) from the network logical control (control plane). Network devices are used only for forwarding, while decisions about where data is sent are taken by a logically centralized yet physically distributed component, i.e., the SDN controller. From a quality of service (QoS) point of view, an SDN controller is a complex system whose operation can be highly dependent on a variety of parameters, e.g., its degree of distribution, the corresponding topology, the number of network devices to control, and so on. Dependability aspects are particularly critical in this context. In this work, we present a new analytical modeling technique that allows us to represent an SDN controller whose components are organized in a hierarchical topology, focusing on reliability and availability aspects and overcoming issues and limitations of Markovian models. In particular, our approach allows to capture changes in the operating conditions (e.g., in the number of managed devices) still allowing to represent the underlying phenomena through generally distributed events. The dependability of a use case on a two-layer hierarchical SDN control plane is investigated through the proposed technique providing numerical results to demonstrate the feasibility of the approach.     

A novel forwarding and routing mechanism design in SDN-based NDN architecture

Combining named data networking (NDN) and software-defined networking (SDN) has been considered as an important trend and attracted a lot of attention in recent years. Although much work has been carried out on the integration of NDN and SDN, the forwarding mechanism to solve the inherent problems caused by the flooding scheme and discard of interest packets in traditional NDN is not well considered. To fill this gap, by taking advantage of SDN, we design a novel forwarding mechanism in NDN architecture with distributed controllers, where routing decisions are made globally. Then we show how the forwarding mechanism is operated for interest and data packets. In addition, we propose a novel routing algorithm considering quality of service (QoS) applied in the proposed forwarding mechanism and carried out in controllers. We take both resource consumption and network load balancing into consideration and introduce a genetic algorithm (GA) to solve the QoS constrained routing problem using global network information. Simulation results are presented to demonstrate the performance of the proposed routing scheme.     

软件定义网络控制平面的研究综述

软件定义网络(Software-defined network,SDN)作为一种新兴的网络范式,通过解耦控制平面与数据转发平面,集中控制并且聚集全网视图,在控制平面与数据平面建立开放接口,启用外部应用使得网络具有可编程性,从而弥补当前网络架构所存在的不足与限制。其中,控制器作为SDN中重要的组成部分,成为了研究的热点。针对软件定义网络控制平面控制器的研究,首先总结了当前SDN控制平面控制器技术发展的现状并对其进行归类;其次着重分析了当前控制器存在的一致性、可扩展性、负载均衡等一系列问题;最后探讨了软件定义网络技术未来的研究发展方向及趋势。     

面向智慧医疗云的SDN动态负载均衡方法

文中 引入软件定义网络(Software Defined Network,SDN)对智慧医疗云进行网络管理,并且针对传统SDN控制器存在单点失效和负载均衡的问题,设计了智慧医疗分布式SDN控制器系统。SDN控制系统分为SDN控制器集群、数据转发平面和智慧医疗云服务系统3层。在此基础上,提出一种实时负载动态自调节的快速负载均衡算法DAF(Dynamic Adaptive and Fast Load Balancing)。在该算法中,负载信息感知组件周期性地采集自己的负载信息,自动地进行控制器间的负载信息交互;控制器的负载值超过阈值时,会触发交换机迁移动作,以动态配置交换机与控制器之间的映射关系。实验结果表明,面向智慧医疗云的分布式SDN控制系统的性能良好,且DAF算法能够快速地实现SDN控制器间的负载均衡,提升了智慧医疗云的网络吞吐量。     

面向SDN/NFV环境的网络功能策略验证

SDN与NFV技术带来了网络管理的灵活性与便捷性,但SDN的动态转发策略可能导致网络功能策略失效,同时不同网络功能的策略可能互相影响,引起冲突问题.为了在基于SDN/NFV的云网络中对网络功能的策略进行验证,分析了网络功能与SDN设备之间、跨网络功能之间的策略冲突,建立了统一策略表达进行策略解析,设计策略验证方案、框架...