基于路径及反馈的软件定义网络策略更新方案*

软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)虽是具有逻辑集中控制特点的网络架构,但其底层的数据平面依旧是分布式的系统,由此产生的策略更新不一致问题将导致数据包的错误处理,进而引起一系列不正确的网络行为。就此问题,本文提出了基于路径及反馈的策略更新方案,通过对旧流行踪的准确定位实现新、旧流的并行传输,并基于BP神经网络建立了相应的网络性能反馈模型,根据网络状态动态调节数据包重放时机,旨在确保一致性的同时,获得更加良好的网络性能。MATLAB训练结果以及基于POX、Mininet的仿真实验表明,反馈模型的建立能够准确刻画网络性能的变化,该方案与同类研究相比具有更优良的网络性能、更新效率、通用性、隔离性以及相当低的规则空间消耗。     

基于分类搜索的SDN流表无环一致性更新方案

在软件定义网络(Soft ware-Defined Networking,SDN)中,由于配置策略的改变导致控制器需要对多个交换机中的流表项进行更新时,会出现更新不一致的情况.其内在原因是控制器无法同时对所有交换机完成更新,不同的更新时延会导致网络状态在逻辑上的不一致,从而影响数据报文的正确转发.针对分类时序更新方案应用场景适用性差和更新时延长,最优化更新方案计算复杂度高等问题,本文在两者的基础上,提出基于分类搜索的无环更新一致性方案(Categorical Search based loop-free Consistent Update scheme,CSCU).方案通过设计交换机分类模型,并在分类的基础上,结合节点依赖思想设计环路搜索优化模型,实现更新时延短,更新效率高的一致性更新.仿真结果表明,本方案有更好的场景适用性和更低的节点操作复杂度,也有更少的更新轮次和更低的计算复杂度,可有效提升更新性能.     

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%。     

基于分类和时序的SDN流表更新一致性方案

软件定义网络（Software Defined Networking, SDN）实现了网络的集中控制和网络资源的灵活调度,已成为下一代网络的热点。确保SDN网络流表更新的一致性,对保障网络配置更新过程的正确性,和SDN网络的有效、安全运行,具有重要的意义。本文针对SDN网络配置更新所引起的数据包处理不一致问题,提出一种基于分类和时序的SDN流表更新一致性方案。通过设计交换机分类方案及优化更新顺序,实现了SDN流表更新的一致性和新、旧路径的数据并行传输,在保证方案良好通用性和隔离性的基础上,有效控制了更新时间和交换机存储空间的占用率,并降低了控制器的上传负载。     

软件定义的内容中心网络的多域分段路由机制*

为提高软件定义的内容中心网络(SD-CCN)分域多控制器架构中的路由传输效率,减轻控制器的负载压力,设计了软件定义的内容中心网络的多域分段路由机制(MDSR)。将基于内容名称的路由查找在控制平面执行,数据平面转化为基于节点标签的路由查找,上行链路经过的每个域的控制器选取最优路径并下发分段标签序列引导各自的域内路由,通过跨域节点对域标签的识别实现域间路由中继,从而以少量控制信息实现对上行链路的整体控制。仿真结果表明,本路由机制相比于随机转发等传统路由机制提高了缓存命中率,降低了平均请求时延及平均路由跳数。     

无线传感器网络时钟参数追踪与一致性同步*

针对无线传感器网络分布式时钟同步问题,本文提出了基于卡尔曼滤波的最大一致性时钟同步算法。在获得硬件时钟参数后,通过设置预定偏斜目标,各节点可不通过网络交换来调整时钟偏斜。为了进一步使节点间时钟偏移达到同步,本文设计了最大一致性控制方案来补偿节点,并基于图论给出算法收敛性证明。仿真结果表明本文的算法能够快速跟踪硬件时钟参数,较加权最大一致性时钟同步算法收敛速度更快,全局平均同步误差下降了一个数量级。     

Co-Word中图文混排的文档一致性研究*

近年来,人们设计各类算法来实现协同编辑中的文本一致性维护,而关于Word中图文混排的研究相对较少。本文提出,对Word中的图片对象和文字对象重新建模、分别存储,以行作为单位设置文档中对象的摆放位置,并通过算法消解各类图片对象和文字对象间的位置冲突,实现图文混排与各站点的一致性。本文在Co-Word原型系统中增加了图文混排支持,并通过实例分析来讨论策略的执行流程。     

基于间歇事件触发控制二阶多智能体网络的一致性*

针对二阶多智能体网络在无向连通拓扑结构下的间歇控制一致性问题,引入了合适的事件触发控制算法,该算法能够有效的减少控制器的更新次数。同时,模型中的每个智能体具有非线性项,使得多智能体网络更为实际。采用Lyapunov-Krasovskii泛函方法,对网络进行了一致性分析,给出了事件触发控制算法下二阶多智能体网络趋于一致的充分条件,得到了网络通讯间隔的要求,并排除了Zeno现象。最后,数值仿真结果进一步验证了理论分析的正确性。     

基于ARMA模型预测的交换机流表更新算法

针对SDN网络中交换机在网络流量高峰期流表匹配率低以及控制器负载过重的问题,提出了一种基于自回归移动平均（ARMA）模型预测的交换机流表更新算法。算法首先收集每个取样周期内的新增流表项数量作为历史数据,然后使用ARMA模型对收集的历史数据进行分析,预测下一个周期内新增加的流表项数量,并结合当前流表空间的使用情况,清除交换机中过去一段时间内使用频率较低的流表项。采用真实数据中心网络数据的模拟实验结果表明,与流表更新的一般方法相比,该算法有效地提高了交换机流表的匹配率,并减少了交换机与控制器之间交互的次数,降低了控制器端的负载。     

一种基于矩阵的频繁项集更新算法*

针对相关算法在处理频繁项集更新时所存在的问题,提出了一种基于矩阵的频繁项集更新算法。该算法首先以时间为基准将更新后的数据库分为原数据库和新增数据库,分别将它们转换为0-1矩阵,通过矩阵裁剪、位运算产生新增频繁项集,并利用已有频繁项集更新原有频繁项集。实验仿真结果不但证明了该算法的可行性和高效性,而且还证明了它适合大型、稠密性数据库的频繁项集更新。     

数据流特征感知的交换机流表智能更新方法

针对软件定义网络（SDN）中交换机流表匹配率低的问题,提出了数据流特征感知的交换机流表智能更新方法。首先,论述流表项的生存超时时间timeout对数据包匹配的影响,并且分析比较基于先进先出（FIFO）、近期最少使用（LRU）等一般方法存在的不足;其次,根据流表项的生存时间和数据流的特征密切相关的思想,利用基于隐马尔可夫模型（HMM）的深度流检测（DFI）技术对数据流进行分类;最后,根据流表资源和控制器计算资源状况,实现对不同类型数据流流表项的智能更新。采用校园数据中心网络行为数据的模拟实验表明,与流表更新的一般方法相比,智能方法能使流表匹配率提高5%以上,对SDN交换机的管理有实际意义。     

软件定义网络中北向接口语言综述

软件定义网络(software defined networking,简称SDN)的产生使得网络中的数据平面与控制平面相分离,网络中的控制逻辑集中于控制器上,运行于控制器上的网络应用使得网络变得更加简单可控和灵活.软件定义网络中的北向接口是指控制器与网络应用之间进行通信的接口.在软件定义网络应用研究与开发的过程中,北向接口占据着一个重要的地位.综述了SDN中北向接口的编程语言,首先介绍北向接口编程语言的研究背景,然后根据编程语言的抽象程度、编程模型、实现机制以及是否引入新功能这4个方面将编程语言分类,详细介绍每个类别下各种北向接口语言的结构和核心特性,最后结合语言的应用场景对编程语言进行横向比较,进而展望了北向接口编程语言未来的研究方向.     

软件定义网络架构下的安全问题综述

随着网络业务的多元化与网络基础服务能力的不断提升,企业网、云计算、数据中心等大量新兴应用场景迅速丰富,传统网络已不能满足其不断涌现的可扩展性、可管理性及安全保障等新需求,这一现状有力地推动以SDN为代表的当代网络架构的发展。然而随着学术界与产业界对SDN技术的研究及其设备的普及,安全问题逐渐成为制约其进一步发展的关键因素之一。针对SDN架构的技术发展背景进行分析,然后简析SDN技术的核心架构原理及目前的发展现状;结合SDN架构特点,针对其安全特性及其所面临的安全威胁进行详细分析,并深入讨论SDN网络安全研究的范畴与新兴发展方向。     

Optimized traffic engineering in Software Defined Wireless Network based IoT (SDWN-IoT): State-of-the-art,research opportunities and challenges

Wireless networks have been in focus since the last few decades due to their indispensable role in the future generation networks like the Internet of Things (IoT). However, the associated challenges in wireless network implementation such as distance, line-of-sight, interference, weather, power issues, etc., affect the performance adversely. Software Defined Networking (SDN) is a future generation networking technology and has been proven to alleviate the performance challenges in the existing wireless IoT networks. It helps to evolve the wireless IoT domain in the form of Software Defined Wireless Network based IoT (SDWN-IoT). Traffic Engineering (TE) has been part of traditional network designs since long back, to improve the performance of the communication networks. However, its more optimized forms and their usefulness in SDWN-IoT networks have been under active investigation. This work explores the existing literature related to the major types of SDWN-IoT networks namely, Software Defined Wireless Sensor Network based IoT (SDWSN-IoT) and Software Defined Wireless Mesh Network based IoT (SDWMN-IoT). Additionally, the article also draws some useful inferences, and compares respective contributions and shortcomings. Finally, various research opportunities and challenges have been discussed with respect to the SDWSN-IoT and SDWMN-IoT networks.     

基于动态混合超时的软件定义网络多目标优化

软件定义网络（SDN）中,流表项是由控制器创建并指导交换机处理数据包的转发规则。流表项保存在交换机的内存并有一定的超时时间,会影响SDN控制通道的带宽消耗、交换机的内存消耗以及系统资源和性能的管理。针对现有SDN性能优化方案大多为单一目标优化,未考虑流表项超时类型和时间对不同优化目标的影响,提出一种基于流表项动态混合超时的多目标优化方案,对大象流的侦测精度、流表项的交换机内存消耗和控制通道带宽占用进行三目标联合优化。动态混合超时将现有的两种流表项超时方式,即硬超时和空闲超时相结合,并对流表项的超时类型和时间进行双维度动态调节。通过NSGA-Ⅱ算法求解所提优化问题,评估不同超时方式和超时时间对三个优化目标的影响,并通过合并特定超时时间下的解集与贝叶斯多目标优化算法的解集对NSGA-Ⅱ算法的解集质量进行改进。结果表明,所提方案能提供更高的侦测精度、更低的带宽占用和更小的交换机内存消耗,明显提升了SDN的综合性能。     

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。     

基于软件定义网络的非集中式信息流控制系统——S-DIFC

针对当前非集中式信息流控制(DIFC)系统无法对主机与网络敏感数据进行一体化有效监控的问题,提出一种基于软件定义网络(SDN)的DIFC系统设计框架--S-DIFC.首先,在主机平面利用DIFC模块对主机中文件及进程进行细粒度的监控;然后,利用标签信息转换模块拦截网络通信,将敏感数据标签添加到网络流中;其次,在网络平面的SDN控制器中,对带有机密信息的流进行多级别的访问控制;最后,在目标主机DIFC系统上,恢复敏感数据所携带的敏感信息标记.实验结果表明,该系统对主机CPU负载影响在10%以内,对内存影响在0.3%以内,与依赖加解密处理的Dstar系统大于15 s的额外时延相比,有效地减轻了分布式网络控制系统对通信的负担.该框架能够适应下一代网络对敏感数据安全的需求,同时分布式的方法能够有效增强监控系统的灵活性.     

软件定义网络中交换机处理时延的仿真

针对目前的网络仿真工具在对软件定义网络(SDN)的仿真过程中,未考虑交换机的处理时延的问题,提出一种处理时延的仿真方法,目的是为了使仿真结果更加真实和准确。该方法首先将交换机的转发处理过程分解为对流表的查询操作和执行不同的动作;然后,利用交换机的处理器频率和访存周期,将查询流表和执行动作转换为处理时间。实验中测量了真实环境中不同配置的交换机处理时延,并与利用该方法仿真出的处理时延进行对比。实验结果表明,利用该方法仿真出的处理时延和真实交换机的处理时延基本一致,该方法能够较准确地仿真交换机处理时延。     

软件定义网络中控制数据平面一致性的验证

针对软件定义网络(SDN)中控制层网络策略与数据层流规则不一致的问题，提出了验证控制与数据平面的一致性(VeriC)检测模型。首先，通过交换机上的VeriC管道实现数据包处理子系统的功能：对数据包进行采样，采样数据包经过交换机时，对其中的标签字段进行更新；然后，更新完成后将标签值发送到服务器并保存在实际标签值组；最后，将实际标签值组与已保存的正确标签值组一起发送到验证子系统，进行一致性验证，若不通过，则进一步将两组标签值发送到定位子系统，找出流表项发生错误的交换机。通过ns-3模拟器生成一个含有4 Pod的胖树拓扑，在其中VeriC的一致性检测和故障交换机定位的准确度高于VeriDP，并且VeriC的总体性能高于2MVeri模型。理论分析和仿真结果表明，VeriC检测模型不仅能够进行一致性检测，对错误交换机进行精确定位，而且定位故障交换机所用的时间少于对比检测模型。