基于节点可靠度的虚拟SDN网络映射算法

为应对网络故障,提升网络的可靠性,该文针对SDN网络环境设计了节点的可靠度指标,提出了基于节点可靠度的虚拟SDN映射算法。在初始可靠映射阶段,该算法根据节点可靠度指标进行vSDN映射,部署控制器时兼顾了控制器与交换机的时延,同时考虑控制网络的重要性,为控制网络构建相应的备份资源;在故障恢复阶段,针对物理SDN网络单节点或单链路故障,算法使用迁移方法应对控制节点失效的情况,使用重映射方法应对其他故障。仿真结果表明,算法在请求接受率、故障恢复率、有效承载率和平均控制时延等指标上取得了较好的结果。     

基于拓扑分割与聚类分析的虚拟软件定义网络映射算法

针对目前大部分基于虚拟软件定义网络（vSDN）的映射算法未充分考虑节点与链路之间的相关性的问题,提出了一种基于网络拓扑分割与聚类分析的vSDN映射算法。首先,通过根据最短跳数进行拓扑分割的方法,降低物理网络的复杂度;然后,通过根据节点拓扑和资源属性进行聚类分析的方法,提升映射算法的请求接受率;最后,通过将链路约束分散到节点带宽资源以及节点的度进行约束考量,对不符合链路要求的节点进行重映射,从而优化了节点与链路映射过程。实验结果表明,该算法有效地提升了基于软件定义网络（SDN）架构的虚拟网络映射算法在较低连通概率物理网络下的请求接受率。     

基于实时拓扑属性的虚拟网络映射算法（英文）

研究目的:基于虚拟网络请求和底层物理网络实时拓扑属性,提出一种高效的两步式虚拟网络映射算法。创新要点:分别利用中介中心性和物理节点相关性对虚拟网络请求和底层物理网络中节点进行重要性评估,在此基础上给出一种两步式映射算法(算法1,2)。研究方法:首先给出中间中心性、接近中心性以及节点相关性计算模型,结合节点本地资源分别提出虚拟网络请求和物理网络中节点排名计算方式。当虚拟网络请求到达后,根据虚拟节点排名,将其映射到拥有足够资源的物理节点中排名最靠前的节点。节点映射完成后,使用K-th最短路径算法进行链路映射。映射过程中采用文献(Yu et al.,2008)中所使用的时间窗口模式进行接入控制。重要结论:利用节点本地资源,针对性分析虚拟网络请求和物理网络实时拓扑属性,提出两步式映射算法。该算法提高请求接受率、开销收益比的同时减少算法映射时间,取得更好的映射效果(图3-10)。     

基于多链路故障的网络切片生存性算法

为了保证当底层网络的多条物理链路发生故障时用户业务能够不间断,提出一种基于多链路故障的网络切片生存性算法。通过区分切片上承载的业务类型,当高可靠低延迟切片请求到达后,将物理节点按节点重要度排序后进行映射,再对故障链路采用多备份路径算法,选取带宽资源消耗最少的路径依次对故障链路进行重映射,当高带宽切片请求到达后,采用广度优先搜索的节点映射算法,再通过多备份路径对故障链路进行恢复。仿真结果表明,该算法能够提高切片平均映射成功率、长期平均收益开销比、物理链路利用率和故障恢复率,缩短平均故障恢复时延。     

基于业务类型的网络切片可靠性映射算法

网络切片是5G网络的基础架构技术,为在多个切片共享同一底层网络资源的同时保证切片的可靠性,提出一种区分业务类型的网络切片可靠性映射算法,解决底层网络链路故障、网络切片可靠性与资源利用率相互矛盾的问题。通过区分切片承载业务类型,对高可靠低时延切片请求的链路提前构建备份路径,并采用基于最大生成树链路的备份资源共享保护方法,对高带宽切片请求则采用基于链路可靠性的重映射算法恢复故障链路。仿真结果验证了该算法的有效性,与SVNE1+1和DPS-VNRA算法相比,其在切片成功运行率、长期收益开销比、物理链路利用率和故障恢复率方面均具有优势。     

面向动态虚拟网络请求的虚拟网络映射算法

针对虚拟网络请求资源动态变化的实际情况,提出了面向动态虚拟网络请求的虚拟网络映射（DVNR-VNE）算法。以混合线性规划理论为基础,采用多队列的方式分别对不同类型的虚拟网络请求进行预处理,建立了以最小化映射代价和最小迁移代价为优化目标的映射模型,优先映射需要释放资源的请求以获得更多的资源支持其他的虚拟网络,对新到来的虚拟网络请求采用优化后的虚拟网络映射（WD-VNE）算法进行映射。仿真实验表明,该算法降低了链路映射成本和迁移成本并获得了较高的虚拟网络请求接受率。     

基于最优子网的虚拟网络映射算法

针对在虚拟网络映射过程中物理资源碎片化导致嵌入请求被拒绝,从而降低物理资源利用率的问题,提出一种基于最优子网的虚拟网络映射算法,通过优化的重边匹配算法,合并符合约束条件的虚拟节点,同时粗化网络拓扑,运用广度优先搜索算法创建候选物理子网集合,将粗化后的虚拟网络请求映射至最优子网。仿真结果表明,该算法能够减小链路映射跳数,提升虚拟网络请求接受率和收益开销比。     

基于网络资源相关性的虚拟网络映射算法

针对网络虚拟化环境中资源利用率较低的问题,通过建立资源相关性度量模型,刻画虚拟节点和物理顶点之间的匹配程度,根据虚拟节点和物理顶点之间的资源相关性,将虚拟节点映射到资源相关性较强的物理顶点上;为了降低虚拟链路的映射路径长度,通过建立节点间邻接关系模型,将相邻的虚拟节点映射到邻接的物理顶点上。实验结果表明,提出的虚拟网络映射算法均衡了物理网络资源的分布状态,降低了虚拟网络映射的资源代价,提高了虚拟网络请求接受率。     

SDN网络虚拟化中规则映射研究

软件定义网络（SDN）为网络虚拟化提供了新的解决方案,通过网络虚拟化技术可以将一套基础设施虚拟化为多个逻辑网络从而满足不同的网络需求.本文研究了SDN网络虚拟化时多个物理交换机虚拟为一个大虚拟交换机的过程中,虚拟网络规则与物理网络规则的映射问题.综合考虑链路负载、规则分布以及节点负载,提出了三段式规则映射优化算法.首先根据虚拟网络的规则请求生成组播源节点和目的节点集,采用MPH算法生成规则映射树;然后采用入节点最近原则,将虚拟网络规则请求的指令序列部署到规则映射树中的中间节点和叶子节点中;最后考虑节点负载,对规则部署进行微调,最终生成虚拟规则映射策略.通过仿真实验,与直接边缘节点部署相比,平均降低了网络节点规则总数量40%以上.     

一种双网同步搜索的虚拟网络映射算法

针对虚拟网络映射中的资源分配问题,通过建立双网同步搜索映射模型,采用普里姆最小生成树算法思想,同步搜索虚拟网络中的待映射虚拟节点和物理网络中的可映射物理节点,将相邻的虚拟节点依次映射到邻接的物理节点上,协调完成节点及其邻接链路的映射操作,使虚拟网络映射具有拓扑一致性。仿真实验表明,提出的DS-VNM算法能有效地降低虚拟链路的映射路径长度,提高网络收益与网络代价比、虚拟网络请求接受率,获得了较好的资源分配性能。     

基于负载均衡的无线虚拟网络映射算法

针对网络僵化的问题,目前多采用网络虚拟化（NV）方法进行解决,其关键技术是虚拟网络映射（VNE）。为解决无线VNE过程中功率和带宽资源使用不均衡的问题,基于负载均衡原理提出一种联合资源分级的无线VNE算法。首先,采用新的节点资源排序方式,其中将节点功率和平均链路带宽作为排序依据;其次,对资源进行分级,以动态调整虚拟网络请求对功率和带宽资源的需求;最后,改进功率和带宽资源的单位成本,并以最小化成本为目标函数选择资源分配方案。与原有的无线VNE算法WVNE-JBP相比,所提算法的总体接受率提高了11.7个百分点,平均功率利用率提高了4.4个百分点,平均带宽利用率提高了1.6个百分点。实验结果表明,所提算法能有效提高虚拟网络接受率和资源利用率。     

基于多目标粒子群优化的虚拟网络映射算法

在虚拟网络映射中,多数研究只考虑一个映射目标,不能体现多方的利益。为此,将多目标算法和粒子群算法结合,提出了一种基于多目标粒子群优化（PSO）的虚拟网络映射算法（VNE-MOPSO）。首先,在基本的粒子群算法中引入交叉算子,扩大了种群优化的搜索空间;其次,在多目标优化算法中引入非支配排序、拥挤距离排序,从而加快种群的收敛;最后,以同时最小化成本和节点负载均衡度为虚拟网络映射目标函数,采用多目标粒子群优化算法求解虚拟网络映射问题（VNMP）。实验结果表明,采用该算法求解虚拟网络映射问题,在网络请求接受率、平均成本、平均节点负载均衡度、基础设施提供商的收益等方面具有优势。     

Optimal virtual network embedding: Energy aware formulation

Network Virtualization is a key component of the Future Internet, providing the dynamic support of different networks with different paradigms and mechanisms in the same physical infrastructure. A major challenge in the dynamic provision of virtual networks is the embedding approach taking energy efficiency into account, while not affecting the overall Virtual Network (VN) acceptance ratio. Previous research focused on either designing heuristic-based algorithms to address the efficient embedding problem or to address the energy impact.This paper proposes an integer linear programming formulation, Energy Aware–Virtual Network Embedding–Node-Link Formulation (EA–VNE–NLF), that solves the online virtual network embedding as an optimization problem, striving for the minimum energy consumption and optimal resource allocation per VN mapping. Two different objective functions are proposed: (i) addressing primarily the resource consumption problem – Bandwidth Consumption Minimization (BCM); (ii) addressing primarily the energy consumption problem – Energy Consumption Minimization (ECM).The performance of each objective function is evaluated by means of simulation and compared with an existing objective function, Weighted Shortest Distance Path (WSDP), that is considered state of the art of the resource allocation problem. The simulation results show that the objective function BCM reduces the energy consumption of the physical network by 14.4%, and improves the embedding factor by 4.3%, consuming almost the same amount of resources as requested, and slightly worsening the VN acceptance ratio by 2.3%. ECM reduces the energy consumption of the physical network by 31.4% and improves the embedding factor by 4.1%, without affecting the VN acceptance ratio when compared to WSDP.     

EE-CTA: Energy efficient,concurrent and topology-aware virtual network embedding as a multi-objective optimization problem

Network virtualization provides the substruction of various heterogeneous Virtual Networks (VNs) on a single physical infrastructure which is called Virtual Network Embedding (VNE) and is known as an Np-hard problem. The VNE includes two sub-problem; virtual node mapping and virtual link mapping. Related works do not consider network topology and energy efficiency in the embedding process. This paper proposes Energy Efficient, Concurrent, and Topology-Aware (EE-CTA) algorithm as a new concurrent VNE method. Also, EE-CTA is energy-efficient due to using servers status and renewable energy resources when they are available. Our proposed EE-CTA has focused on network topology with assigning reachability rank to resources. In order to achieve all of these goals, we model VNE as a multi-objective optimization problem and solve it by Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II). We compare EE-CTA with Presto, Ant Colony Optimization (ACO), Topology and Migration-Aware Energy Efficient (TMAE), and RW-Max match methods. The evaluation results demonstrate our method improves revenue, acceptance ratio, cost, and energy usage.     

基于软件定义网络的虚拟数据中心管理平台

针对已有虚拟数据中心（VDC）管理平台具有代码固化、后续升级困难等缺陷,设计和实现一种基于软件定义网络（SDN）的VDC管理平台。该平台由VDC管理子系统（VDCM）、VDC计算资源控制子系统（VDCCRC）和VDC网络资源控制子系统（VDCNRC）组成,子系统之间通过RESTful API交互建立起松耦合架构。VDCNRC通过SDN控制器管理数据中心网络资源,VDCCRC通过开源云平台管理数据中心计算资源,VDC管理子系统中内置VDC管理算法框架,可快速开发适用于实际生产环境的VDC管理算法。使用Mininet、Openstack、Floodlight搭建了测试环境,验证了该平台可通过Openstack来控制虚拟机的启动、迁移和删除,可通过Openflow控制器实现VDC网络带宽资源隔离,并支持VDC创建、删除和修改等操作。     

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%。     

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。