软件定义网络中基于时延和负载的多控制器部署策略研究

多控制器体系结构的出现,解决了经典软件定义网络(SDN)架构控制层以单一集中控制器为主,在大规模网络环境中的可扩展性问题。在多控制器体系结构中,由于生成转发规则并将其填充到交换机的任务被委托给了控制器,网络的性能在很大程度上取决于控制器的放置。该文以降低总时延和均衡控制器间负载为目标,提出了一种基于子网划分的多控制器部署算法(MCPA)。该算法改造谱聚类算法以保证网络连通性并加入离群点处理算法和负载均衡处理算法。仿真结果表明,该算法能够有效地对网络进行划分,在保证网络总时延较低的情况下使各个控制器的负载保持均衡。     

软件定义网络中基于负载均衡的多控制器部署算法

随着软件定义网络规模扩大,控制层与数据层解耦带来了诸如控制器部署等新问题。该文提出基于负载均衡的多控制器部署算法(Multi-Controller Deployment Algorithm Based on Load Balance, MCDALB)。算法首先根据网络拓扑结构及其负载情况,确定控制器数量K;然后根据控制器容量限制,提出一种近似比为2的多控制器负载均衡算法,将网络划分成K个控制区域;最后根据区域内所有交换机到控制器距离总和最小原则,在控制区域部署控制器。为了验证算法的性能,选取实际网络拓扑进行实验。实验结果表明,与AL, WL算法相比,该算法在满足控制器负载近似比为2的同时,网络最大延时差距不超过0.65 ms。     

软件定义网络中面向时延和负载的多控制器放置策略

在多控制器管理的软件定义网络(SDN)中,时延和负载是控制器放置问题(CPP)要考虑的重要因素。该文以降低控制器之间的传播时延、流请求的传播时延和排队时延、均衡控制器间负载为目标,提出一种控制器放置及动态调整的策略,其中包括用于初始控制器放置的负载均衡算法(BCRA)和遗传算法(GA),用于动态调整控制器负载的在线调整算法(ADOA)。以上算法均考虑网络连通性。仿真结果表明：在初始控制器放置时,在保证流请求的传播时延、排队时延和控制器传播时延较低的情况下,BCRA部署在中小型网络中时,其负载均衡性能与GA相近且优于k-center和k-means算法;GA部署在大型网络中时,与BCRA, k-center和k-means算法相比,使得负载均衡率平均提高了49.7%。在动态情况下,与现有动态调整算法相比,ADOA可以保证较低排队时延和运行时间的同时,仍能使负载均衡参数小于1.54。     

软件定义网络中基于效率区间的负载均衡在线优化算法

在大型复杂软件定义网络中,为提高网络负载均衡,减少控制器与交换机间的传播时延,该文提出一种基于效率区间的负载均衡在线优化算法。在初始静态网络中,通过贪心算法选择初始控制器集合,并以其为根节点构建M棵改进代价的最小生成树(MST),确定初始M个负载均衡的子网;当网络流量发生变化时,通过广度优先搜索(BFS)调整子网间交换机映射关系使其满足效率区间,保证任意时刻网络的负载均衡。算法均以网络连通性为基础,且均以传播时延为目标重新更新控制器集合。仿真实验表明,该算法在保证任意时刻网络负载均衡的同时,可以保证较低的传播时延,与Pareto模拟退火算法、改进的K-Means算法等相比,可以使网络负载均衡情况平均提高40.65%。

     

一种考虑软件定义网络控制节点故障的控制器部署和交换机迁移方法

在软件定义网络(SDN)中,若控制节点发生不可恢复的故障,则相关交换机需向其他控制节点迁移,这将导致网络性能下降。针对这一问题,该文提出一种考虑SDN控制节点故障的控制器部署和交换机迁移方法。与现有算法仅优化交换机迁移方法不同,该方法同时考虑控制器部署位置的影响。首先利用标号传播算法构造备选子集并划分双层子集,然后在每个子集中选取合适位置部署控制器,最后为子集内节点分配相应的master和slave控制器。实验结果表明,与现有算法相比,所提方法可有效解决交换机迁移后控制器超载的问题;通过调整参数,权衡控制器故障前后网络性能,可明显改善交换机迁移后的控制链路平均时延。     

软件定义网络控制器安全策略部署

针对SDN(软件定义网络)环境下的安全问题,文章提出一种在SDN控制器上部署安全策略的方案,主要实现SDN防火墙的网站过滤设计。首先设计用户访问的网站的检测过滤模块,其次通过软件设计API(应用程序编程接口)方式实现网络的安全访问控制,最后设计数据库存储拦截过滤规则和拦截日志。通过系统测试表明该安全架构具有良好的可靠性应用。     

软件定义光网络中一种时延约束的控制器生存性部署方法

控制时延、控制平面的生存性和控制平面的控制冗余程度是软件定义光网络中网络性能是否良好的重要判断依据。该文提出时延约束下的控制器生存性部署方法,该方法充分考虑时延、生存性和控制器冗余等网络性能因素,在用户指定时延的前提下,确保每个网络节点至少有两条控制链路,以提高控制平面的生存性。同时,保证使用尽可能少的部署节点完成整个网络的覆盖,以减少控制平面的控制冗余。仿真表明,该方法能够有效地减少控制时延,提高控制平面的生存性,并减少控制器的部署个数,降低控制冗余,有效地提高了软件定义光网络的整体网络性能。该方法保证至少两条控制链路与C-MPC算法起到了相同的保护作用,与MCC算法相比,使SDON网络控制平面可靠性提高了20%。同时,在指定时延10 ms的约束条件下,在NSF和COST239网络中,与C-MPC算法相比所提算法分别减少了88%和75%的控制器部署。     

软件定义网络多控制器平台研究

文章针对软件定义网络单一控制器的处理能力不能满足需求的扩展性问题及当前分布式多控制器平台无法根据实际情况改变服务的问题,在控制层面上提出设计服务抽象层,对抽象服务层在控制器应用中对底层的操作或者应用之间交互设计的可行性进行实验验证及测试。     

生存性条件约束下的软件定义光网络控制器部署算法

软件定义光网络(SDON)作为智能光网络中最新一代网络架构,其控制平面承载着诸多核心功能,其中控制平面的生存性、控制冗余和控制时延等因素对网络整体性能起到至关重要的作用。该文提出一种以生存性条件为约束的软件定义光网络(SCD)控制器部署算法,在保证用户对网络生存性需求的前提下,利用最短路径和极小支配集等数学原理来降低控制时延和减少控制器部署个数,降低控制冗余,并利用联合判决条件选择管控中心部署节点,协调控制器间的工作。实验表明：首先,所提算法可以百分之百保证用户对网络的生存性要求;其次,所提算法相对于C-MPC算法至少降低了15%的网络故障告警概率,提高了网络生存性;同时,相对于以时延为约束的部署算法减少了约40%的控制器部署个数。特别是在生存性要求较高的场景中,所提算法表现出良好的适应性。此外,管控中心的部署算法在复杂的大规模网络中,可以动态地满足用户对网络生存性不同程度的需求。     

流特征感知的软件定义网络控制器动态关联机制

在部署分布式控制平面的软件定义网络中,控制器与交换机的关联仅以数据流请求的数量分布作为控制资源分配的依据。该文针对这一问题,以数据流的源目的地址特征为例,对不同特征数据流的控制资源消耗进行了分析,提出在控制资源分配中应对数据流的特征分布加以考虑。然后,设计了一种流特征感知的控制器关联决策机制,并针对网络流的动态变化特性设计了一种快速求解算法。仿真结果表明,与基于负载均衡的机制对比,所提机制在使用模拟退火算法求解时能节省10%～20%的控制资源消耗;所提快速求解算法可节省10%的资源消耗,且相比模拟退火算法具有较大的速度优势和良好的可扩展性。     

软件定义网络中基于密码标识的报文转发验证机制

针对软件定义网络(SDN)中缺乏安全高效的数据来源验证机制问题,该文提出基于密码标识的报文转发验证机制。首先,建立基于密码标识的报文转发验证模型,将密码标识作为IP报文进出网络的通行证。其次,设计SDN批量匿名认证协议,将SDN控制器的验证功能下放给SDN交换机,由SDN交换机进行用户身份验证和密码标识验证,快速过滤伪造、篡改等非法报文,提高SDN控制器统一认证与管理效率,同时可为用户提供条件隐私保护。提出基于密码标识的任意节点报文抽样验证方案,任何攻击者无法通过推断采样来绕过报文检测,确保报文的真实性的同时降低其处理延迟。最后,进行安全性分析和性能评估。结果表明该机制能快速检测报文伪造和篡改及抵抗ID分析攻击,但同时引入了大约9.6%的转发延迟和低于10%的通信开销。     

一种支持硬件加速的虚拟网络功能部署模型

为解决以软件实现的虚拟网络功能(VNF)性能受限问题,软件定义网络和网络功能虚拟化(SDN/NFV)等新型网络架构引入了硬件加速资源。硬件加速资源的部署,使得VNF能够为日益增长的数据流量提供服务保障。该文针对已有研究未考虑具有高性能数据处理需求的服务链VNF部署问题,提出一种支持硬件加速的VNF部署模型。该模型基于硬件加速资源的承载特性,在保证未加速VNF到商用服务器的优化部署下,优先实现交换机中加速资源的复用,并根据网络业务的性能需求,灵活调整加速资源与VNF的映射约束。仿真实验表明,与其他典型部署方法相比,在引入相同硬件加速资源的情况下,该模型可以承载更多的业务流量,满足服务链高性能数据处理需求,有效提高了部署在网络中加速硬件的资源利用率。     

软件定义时分波分复用无源光网络中基于带宽预测的资源分配策略

针对时分波分复用无源光网络(TWDM-PON)多个光线路终端(OLT)间资源缺乏协同集中调度问题,该文提出一种带有软件定义的基于带宽预测的资源分配策略(RABP)。在光线路终端间,设计粒子群优化的BP神经网络模型预测各光线路终端所需带宽,避免了控制器与光线路终端信息交互时延对资源分配实时性的影响;其次,在光线路终端内,动态设定滑动周期并基于光网络单元授权信息实时统计资源池共享带宽,同时,设计负载均衡的波长调度机制实现多波长的高效利用。仿真结果表明,该策略提高了信道资源利用率,降低了平均包时延。     

基于图卷积神经网络的软件定义电力通信网络路由控制策略

传输时延和数据包丢失率是电力通信业务可靠传输重点关注的问题,该文提出一种面向软件定义电力通信网络的最小路径选择度路由控制策略。结合电力通信网络软件定义网络(SDN)集中控制架构的特点,利用图卷积神经网络构建的链路带宽占用率预测模型(LBOP-GCN)分析下一时刻路径带宽占用率。通过三角模算子(TMO)融合路径的传输时延、当前时刻的路径带宽占用率和下一时刻的路径带宽占用率,计算出从源节点到目的节点间不同传输路径的选择度(Q),然后将Q值最小的路径作为SDN控制器下发的流表项。实验结果表明,该文所提出的路由控制策略能有效减小业务传输时延和数据包丢失率。

     

软件定义网络容错控制平面的最小覆盖布局方法

容错控制平面通过将多个控制器部署在不同的网络设备上进而增强网络的可靠性,但是大量的控制器部署带来了巨大的布局成本,严重地限制了容错控制平面在实际网络中的部署与应用。为了解决上述问题,该文首先构造了容错控制平面的最小覆盖布局模型,然后设计了一种基于局部搜索策略的启发式控制器布局算法,避免搜索结果陷入局部最优解。在不同规模网络中的仿真结果表明,相对于其他算法,所提算法可以在保证网络容错需求的同时,降低网络中部署控制器的数量。

     

Autonomous Domain Correlation-Based Cross-domain Network View Caching Method for SDN Distributed Controller

Software-defined networks (SDN) maintain a global view of the network,thus improving the intelligence of forwarding decisions.With the expansion of the network scale,distributed controllers are used in a variety of large-scale networks in which subnetworks managed by controller instance are called autonomous domains.We analyze statistic frequency of communication across the autonomous domain.We calculate the autonomous domain correlations for controller instances using acquired statistical information.We cache network views to highly correlated controller instances.Distributed controllers are capable of considering both the average response time and overall storage.An experiment shows that our method can fully take advantage of these two performance indicators.