面向协议无感知转发技术的SDN试验床

基于OpenFlow的软件定义网络(SDN)中的转发设备不便于支持新协议的转发,因此协议无感知转发(Protocol Oblivious Forwarding,POF)技术被提出.本文基于POF技术和OpenFlow控制器POX,设计并实现了一种支持POF技术的SDN控制器,POF控制器可以充分利用POF转发设备并且体现了SDN的可编程性.同时,我们基于POF控制器搭建了POF试验床,实验结果表明POF控制器能够有效地管理POF网络,并提供高效的控制功能.     

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。     

一种协议无感知交换机的设计与实现

协议无感知转发(POF)支持任意协议的解析和处理,增强了软件定义网络(SDN)的可编程能力.为应对高速网络的性能需求,设计并实现了基于多核网络处理器平台的POF交换机,通过引入流缓存以提高POF数据路径的执行效率;为优化交换机的多核性能扩展性,基于硬件平台实现了基于流的负载均衡,以及流缓存的管理方案.实验结果表明,基于...     

用户QoS与网络资源感知的服务功能链部署方法

软件定义网络与网络功能虚拟化的发展,使得运营商可以更加灵活的根据用户请求部署服务功能链(Service Function Chains,SFC)为用户提供服务.当前对SFC部署方法的研究大多考虑了运营商的利益,不考虑用户体验到的服务质量(Quality of Service,QoS)或是考虑的维度单一.鉴于此,提出了一...     

基于标签的POF网络虚拟化技术研究

针对SDN新一代转发控制分离技术——协议无感知转发(POF),提出了协议字段全开放的SDN网络虚拟化架构。该架构提出了基于标签的网络虚拟化技术和POF物理交换机流表分配技术,通过网络虚拟化中间件将POF交换机与POF控制器之间传递的消息进行转换,对物理网络中传输的数据进行标签封装,从而区分不同网络切片与虚拟链路的流量信息。与已有的虚拟化中间件Flow Visor、Open Virtex、Co Visor等相比,该虚拟化中间件全面支持POF协议,通过物理网络中的数据的标签化处理,实现了SDN转发平面全字段开放的网络虚拟化。同时,基于该套架构,实现了POF网络虚拟化中间件系统POFHyper Visor,并验证了该POF网络虚拟化中间件系统的功能与性能,经测试,虚拟化消息处理能力损失在17.1%~29.9%。     

基于机器学习的数据流突变型服务功能链构建策略

在SDN/NFV协同的未来网络架构下,针对增强移动宽带场景中因数据流突变造成的服务功能链低可用问题进行了研究,并提出了一种基于启发式闭环反馈算法的服务功能链动态构建策略。该算法分服务功能链的部署模块和反馈调整模块两部分。首先,基于资源优化模型实现服务功能链的初始化部署,其中对资源优化模型的求解选择利用遗传算法;然后,通过引入机器学习算法随机森林回归对当前服务功能链可承载的数据流量大小进行实时预测,以实现相应的反馈调整。整个服务功能链的构建策略是一种基于遗传和随机森林回归预测的启发式闭环反馈算法设计。仿真结果表明,在应对突变数据流时与现有的遗传和禁忌搜索算法相比,所提算法的用户接受率提高了12%,对底层资源的占用降低了19%。     

基于在线实例配置的服务功能链部署方法

为应对实际环境中网络流量的动态变化,同时降低运营商的运营成本,提出基于在线服务功能扩展的服务功能链部署方法。将空置状态虚拟功能实例的生命周期管理问题建模为雪橇租赁模型,采用雪橇租赁问题的最优解配置空置服务功能实例的生命周期,并设计自适应扩展开销最小化的在线服务功能实例扩展算法。以服务功能实例自适应扩展的结果作为约束条件,将每一时刻的服务功能链部署问题建模为整数线性规划问题,利用遗传算法求解带宽开销最小化的服务功能路径,实现动态场景下的服务功能链部署。仿真结果表明,该方法能根据网络流量变化动态调整虚拟资源,降低服务功能实例自适应扩展成本,节省带宽资源。     

服务功能链中基于机器学习的QoE评估与预测

在软件定义网络与网络功能虚拟化协同的网络架构下,只考虑单个服务质量（QoS）指标的服务功能链部署无法满足用户的多业务体验需求。提出一种基于机器学习的服务功能链部署模型。基于层次分析法构造MPNQ2算法以建立QoS与体验质量（QoE）的映射关系,得出影响QoE的网络参数并评估其影响权重。在此基础上,利用具备较强综合学习和泛化能力的随机森林模型对服务功能链的QoE进行预测。实验结果表明,与梯度提升决策树、线性判别分析等机器学习模型相比,随机森林模型为预测QoE的最佳模型,同时在影响QoE的网络参数中,丢包率对服务功能链的部署影响最大。     

多源多播服务功能链优化部署算法

在软件定义网络和网络功能虚拟化环境下,针对多播中的服务功能链（SFC）部署,探究了多源多播中的联合虚拟网络功能（VNF）部署和流量路由问题,目的是最小化节点资源消耗和链路资源消耗总成本。同时考虑到节点、链路及带宽延迟限制,建立了整数线性规划模型,并提出一种名为多源多播树优化的启发式算法。该算法旨在为所有用户找到最近的源节点,获得多个源、目节点组,为每个组构造一棵多播服务功能树,然后优化多播服务功能树。实验仿真结果表明,与其他启发式算法相比,该算法有效地降低了总成本、链路利用率及时延。     

基于VNF组合的服务功能链设计及映射算法

为优化网络功能虚拟化中服务功能链的设计和映射过程,提高物理资源利用率,提出一种基于虚拟网络功能(VNF)组合的服务功能链设计及映射算法A-VNFC.使用整数线性规划(ILP)模型,在小规模物理网络中求出目标函数总带宽消耗(TBC)的最优解,寻找可组合的VNF,并利用VNF决策树检查所有组合策略,通过迭代和优化降低TBC.仿真结果表明,A-VNFC算法可在不同场景下有效降低带宽消耗,其TBC数值接近ILP模型获得的最小带宽消耗值.     

节点效用最大化的服务功能链构建方法

网络严重依赖中间件盒子来提供关键的服务功能,随着软件定义网络（SDN）与网络功能虚拟化（NFV）技术的发展,如何利用新技术部署中间件盒子并引导流量通过特定顺序的中间件盒子完成服务功能链构建成为亟待解决的问题。针对SDN+NFV环境下的服务功能链构建问题,提出一种节点效用最大化的服务功能链协同构建方法NUM（Node Utility Maximization）。首先结合SDN+NFV技术设计了一种服务功能链协同构建机制;其次,根据机制中资源处理器所解决的中间件盒子部署和流量引导问题,建立了节点选择模型和效用最大化模型;最后,利用禁忌搜索改进组合模拟退火算法对该模型进行求解。仿真实验表明,NUM方法与主流方法相比在构建时间、构建成功率以及网络拥塞率上具有优越性,同时采用所提出的服务链构建方法在节点效用上提高约20%。     

基于成本的服务链组成与部署联合优化策略

网络功能虚拟化（NFV）通过将虚拟网络功能（VNF）部署在虚拟设备中,提高了网络管理的灵活性,但随着服务需求的扩大,网络供应商消耗的运营支出（OPEX）也不断增加。由于VNF改变流大小的特性、VNF间的依赖性以及组成和部署方式的复杂性,面向OPEX的VNF组成和部署问题充满挑战。提出一种面向成本的虚拟网络链组成和部署联合优化策略,将节点映射成本、链路映射成本、激活成本和能耗成本公式化为OPEX,构建混合整数非线性规划模型。为分析影响成本的不同因素,同时提高特殊依赖情况下的处理效率,根据不同依赖关系将VNF请求集分为完全无序、部分有序和完全有序VNF集合进行分析,并设计3种相应优化算法。实验结果表明,在完全无序、部分有序情况下,算法性能优于首次适应算法、随机拟合算法等同类算法,对于完全有序算法,当节点资源配比在50%以上时,可获得小规模网络下近似线性规划模型精确解的方案。     

两段式虚拟网络功能硬件加速资源部署机制

设计硬件加速机制,解决软件定义网络/网络功能虚拟化（SDN/NFV）架构中虚拟网络功能（VNF）的性能受限问题,成为当前的研究热点。在引入VNF硬件加速资源后,如何实现对加速资源的统一管理和部署,是亟待解决的问题。为此,首先提出了基于服务器端加速卡和OpenFlow交换机的VNF加速资源的统一管理架构;在此基础上,对加速资源部署问题进行建模,通过分析VNF加速资源对服务链映射的影响,提出了VNF加速资源部署策略的评价指标;最后,设计了两段式的加速资源部署算法求解该问题。实验结果表明,与只考虑节点单一属性的部署算法（SARD）和均匀部署算法（UARD）相比,所提机制能够优化部署加速资源,加速资源承载的流量和加速资源的利用率分别提升41.4%和14.5%。     

5G-C-RAN中最大化效用服务功能链部署算法

为解决5G无线虚拟化网络中的服务功能链的部署问题,保障多样化业务带来的网络差异化性能需求,并提高基础设施运营商和无线虚拟运营商的联合收益,提出一种基于最大化效用的服务功能链部署策略。该策略在考虑5G-C-RAN的架构特性下,联合考虑虚拟运营商的最大容忍端到端时延、最小服务速率需求和基础设施运营商的计算资源及链路资源限制,同时考虑不同服务功能链部署方案对网络性能的影响,采用商业化模型,以最大化基础设施运营商及虚拟运营商联合收益建立效用模型。最后,通过遗传算法和Matlab函数Linprog进行迭代求解。仿真结果表明,该方案可保证虚拟运营商的网络性能的同时提高基础设施运营商和虚拟运营商的联合总收益。     

面向并发业务的卫星网络服务功能链优化算法

在空间信息网络中,卫星硬件在线升级难度大且并发业务数量多,导致现有服务功能链(SFC)映射算法的服务请求接收率降低且资源开销过大.利用流量缩放因子与虚拟网络功能间的依附关系构建SFC,以最小化处理请求时延与总资源消耗为目标,提出一种空间信息网络SFC映射算法.通过调整预测函数的权值来控制搜索范围,从而获得全局最优的快速...     

一种基于动态规划的vEPC服务功能链部署方法

5G移动通信网虚拟化场景下,如何高效部署核心网服务功能链是实现虚拟化演进分组核心网业务高效部署的关键问题。针对现有部署方法难以满足移动通信低时延业务需求的问题,本文提出了一种基于动态规划的服务功能链部署方法。该方法通过解决相互依赖的每个虚拟网络功能部署这一子问题,然后递归的解决整个服务功能链的部署问题,找到网络服务时延开销最小的部署方案。仿真实验表明,该方法在网络服务的处理时间、请求接受率、收益和算法执行时间等方面具有良好的性能。     

可编程数据平面的业务相关路由方法

传统软件定义网络（SDN）通过在控制器上进行算法改进保证业务的服务质量,而数据面只做普通转发,并没有参与对具体业务的划分,导致分类速度慢。同时,路由决策存在链路状态信息时效性不足导致选路不好。针对这些问题,提出了一种基于业务相关的选路方法,通过在可编程数据平面上灵活设计数据包的处理流程,实现流量的业务区分;并根据可编程数据面得到的网络状态参数,为特定的业务规划出合适的路径。实验表明,该方法可以对业务快速自动分类并为不同业务提供合适有效的传输路径,保证了不同业务的服务质量。     

基于双线性对的高效不经意传输协议

不经意传输协议是密码学的基础工具,利用双线对设计不经意传输协议不仅可以扩展双线性对的应用范围,而且可以增加不经意传输的设计方法.因此,采用双线性对设计k-out-of-n的不经意传输协议.该协议能够保护接收者和发送者的隐私,同时抵抗冒名攻击、重放攻击以及中间人攻击,可用于不安全信道,协议在完成一次信息传输中仅需要发送方和接收方参与,不受其他方的干预,执行效率较高.