基于SDN的网络切片中资源动态调整的方法

5G网络支持具有不同性能要求的多个垂直业务,网络切片是解决这个问题的最佳方案。通信业务量随着时间变化具有多变性,导致网络切片的资源利用情况是频繁变化的。网络切片中资源静态分配会存在资源利用不足或者资源过载的情况,因此,很有必要动态地调整网络切片的资源量,以便优化网络资源的利用率。5G网络提出需要更加灵活的传输网络,从而支持由接入网不断增加网络带宽而产生的需求。基于以上分析及需求,本文提出了一种在5G本地传输网上基于SDN的网络切片中资源动态调整的方案,以便提高网络资源的利用率。提出了一种新颖的功能架构,功能模块内置在SDN控制器并且通过内存数据库交互数据实现控制器间的数据通信。该架构解决了网路切片资源动态调整的整个过程:决策是否进行动态调整;通过模型决策需要调整的资源量。最后通过实验验证了该方案的可行性,并通过实验数据进行了相关分析。     

SDN架构的高校图书馆虚拟社区

结合大学生网络社交特点,高效的图书馆虚拟社区可以增强大学生与图书馆的粘合度。本文提出构建基于软件定义网络(SDN)架构的高校图书馆虚拟社区,在虚拟社区服务器与网络设备间建立一个控制层,控制层由OpenFlow交换机和集中控制器组成。OpenFlow交换机控制图书馆网络中的数据流,集中控制器进行网络功能的协调和配置,实现高校图书馆为在校大学生提供高速、便捷网络资源服务的功能。     

一种支持细粒度并行的SDN虚拟化编程框架

软件定义网络(software defined network,简称SDN)通过集中式的控制器提高了网络的可编程性,成为近年来网络领域非常热门的话题。以Openflow网络为代表的软件定义网络将逻辑控制与数据转发相隔离,为网络虚拟化技术提供了良好的平台。集中式的抽象与控制使得SDN虚拟化框架的处理效率成为主要瓶颈。现有的SDN虚拟化框架由于缺乏对细粒度并行的支持,为编程人员充分利用多核/众核资源、控制更大规模的网络带来了极大的挑战。为了提高SDN虚拟化框架的处理效率,提出一种新的SDN虚拟化编程框架,通过新颖的API和运行时,在框架内部支持细粒度的并行处理。该框架通过对网络中流和网络资源进行抽象,使开发人员可以直接通过划分流空间来定义不同的虚拟网络,利用无锁的编程方式对共享的网络资源和流进行操作。实验结果表明,该框架在逻辑控制的执行效率方面具有良好的可扩展性,可以创建出更大规模的虚拟网络,并对其进行更为复杂的控制。     

基于SDN的卫星网络多控制器部署方法研究

针对传统卫星网络协议的异构性、网络配置不灵活、不能提供细粒度服务等问题,本文基于SDN的卫星网络架构,提出了一种改进的NSGA-II的多目标控制器初始化部署算法,以实现卫星网络的灵活控制。该方法在SDN卫星网络的架构基础上以低时延和负载均衡为优化目标,通过矩阵的形式对个体进行编码,同时提出行交叉和列交叉以及行变异和列变异操作,通过不断迭代进化,得出最优的控制器部署方案。实验证明,与传统的贪心算法以及随机算法相比,所提出的算法能够降低控制器和交换机之间的网络时延,同时使各控制器的负载保持均衡。     

OpenFlow网络中控制器负载均衡策略研究

控制器是软件定义网络(SDN)的核心,控制平面的可用性、可扩展性对SDN至关重要。本文首先提出了一种基于角色的分布式控制平面,并在此架构下,提出了一种交换机迁移的控制器负载均衡策略,从而解决控制平面可扩展性问题。     

一种集中式体系架构网络的设计与实现

针对企业网络在数据通信安全性和管理便捷性两个方面的挑战,通过在网络范围内定义一种单一的细粒度的管理策略,并在其中直接执行,最终设计并部署一种新型的集中式体系架构网络。实现的集中式架构网络通过一个中心控制器与功能非常简单的基于流的以太网交换机相链接,并由中心控制器负责数据流的准入与路由管理。这种网络架构能够有效支持有线和无线两类主机节点,并与现有的主机和交换机兼容。实际的部署案例及性能测试表明,该网络架构的交换机对存储空间要求较低,同时该架构具有较好的可扩展性,并能够有效容忍链路故障。     

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。     

基于Floodlight的SDN控制器研究

目前正在使用的网络架构已有30年的历史。在此架构下,交换机/路由器需要在超过6 000个分布式协议中使整个网络正常运行。这意味着只要有一个网元增加一种新的协议,其他网元都必须在结构上做出变更。SDN（Software Defined Network,软件定义网络）则打破了这种桎梏,它使得网络可编程,从而让网络在满足用户需求方面更具灵活性。SDN架构将控制和转发解耦,将控制功能集中到逻辑独立的控制环境之中,同时为应用层提供底层网络的抽象视图。结果就是SDN可以为用户提供可编程性极强的网络、网络自动化管理以及网络控制等功能,从而满足日益变化与丰富的网络需求。SDN控制器在SDN架构中的作用至关重要,它既要与基础设施层交互也需要与应用层经由API交互。首先分析了SDN架构的产生背景、原理和其发展现状;随后研究并分析了一个SDN控制器的开源项目Floodlight;最后通过对当前7种控制器的实验以及SDN相关原理对SDN控制器的特性进行了总结与分析。     

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%。     

一种基于OpenFlow的SDN访问控制策略实时冲突检测与解决方法

软件定义网络SDN(Software-Defined Networking)是由美国斯坦福大学Clean Slate研究组提出的一种新型网络创新架构,可通过软件编程的形式定义和控制网络,其控制平面和转发平面分离及开放性可编程的特点,为新型互联网体系结构研究提供了新的实验途径,也极大地推动了下一代互联网的发展.OpenFlow是SDN的主要协议,定义了SDN控制器与交换机之间的通信标准.目前,很多基于OpenFlow的SDN设备已经在实际中得到了部署.但是,基于OpenFlow的SDN却面临很多安全挑战.其中一个重要的挑战是如何建立一个安全可靠的SDN防火墙应用.由于OpenFlow协议的无状态性,现有的SDN防火墙可以被通过改写交换机中的流表项轻松绕过.针对这一安全威胁,作者提出了基于Flowpath的实时动态策略冲突检测与解决方法.通过获取实时的SDN网络状态,能够准确地检测防火墙策略的直接和间接违反,并且一旦发现冲突,可以基于Flowpath进行自动化和细粒度的冲突解决.最后,作者在开源控制器Floodlight上实现了一个安全增强的防火墙应用FlowVerifier,并基于Mininet对FlowVerifier的性能进行了评估.结果表明FlowVerifier能够检测和自动化地解决SDN网络中由于流表改写而引入的策略冲突及其带来的安全威胁.     

软件定义网络的异构无线网络资源分配框架

针对各种智能设备在移动蜂窝网络中的普及及移动流量需求日益增长的问题,研究控制无线电带宽并将其分配给多个无线电用户设备,提出了一个基于软件定义网络（SDN）的资源分配框架,以及LTE/WLAN多无线电网络中异构资源分配算法。该框架将SDN范式应用到LTE-WLAN集成网络的异构资源分配,并进行了扩展,以整体的方式分配LTE/WLAN多无线电网络中的异构射频带宽。通过将集中式解决方案的功能分解到指定的网络实体的方式,来处理异构资源。模拟实验表明,所提框架可以较好地平衡网络吞吐量和用户公平性,且算法收敛性较好。     

SDN和MEC架构下高铁网络多维资源适配架构研究

为了满足高铁网络中不同业务对带宽、延迟、可靠性等多元化的要求,采用集中式与分布式相结合的方法,提出一种基于SDN和MEC的高铁网络多维资源适配架构,采用了SDN逻辑集中控制和MEC的关键技术和方法,并在SDN控制器、MEC服务器和软件定义移动单元三个实体上设计了核心功能组件,实现链路状态信息实时收集、多维网络资源动态适配、服务及时响应等能力,通过一个实际的高铁网络应用案例测试验证了该架构在时延、丢包率等方面的性能提升,最后讨论了该架构未来的一些问题和研究方向。     

SDN环境下基于QLearning算法的业务划分路由选路机制

随着当前网络的多元化发展,用户对于网络的需求也不断增加,网络的承载性受到极大挑战。在软件定义网络环境下,提出一种以业务属性为依据、基于QLearning算法的路由选路机制,设计了链路发现、链路分类、强化学习训练及Q值表下发4个模块,根据网络的实施情况对不同属性的业务流分配不同的路径以保障用户路由的 QoS。实验结果表明,所提算法可使数据流的总体分组丢失率低于 5%,对于部分属性的业务流可接近0分组丢失,同时对于时延也有大幅降低。     

基于OpenFlow的SDN状态防火墙

提出了一种基于OpenFlow的状态检测防火墙系统,该方案通过在SDN控制器和交换机中添加状态表和变换流表,并根据包的类型分别制定相应的状态转换规则,实现对SDN网络状态的监测。最后,在开源控制器Floodlight和Open vSwitch上实现了一个基于状态检测的防火墙系统,并对该防火墙的性能进行了评估,结果表明基于OpenFlow的SDN状态检测防火墙能够识别不同类型的包并实现现有SDN防火墙不能实现的基于状态的细粒度访问控制。     

SDN架构及应用分析

SDN相对于传统网络具有极大的优点,它将网络的控制平面与数据转发平面进行分离,并实现可编程化控制。作为一种新型的网络架构技术,SDN逐渐成为学术界和产业界的研究热点。从SDN的基本概念和关键技术出发,进而研究SDN的基础架构和Open Flow架构,并对SDN的应用前景进行简要的分析。     

基于软件定义网络的触觉互联网端到端系统

针对现有蜂窝系统无法满足触觉互联网延迟问题,提出一种基于软件定义网络的触觉互联网端到端系统。首先给出了触觉互联框架;然后提出一种基于软件定义网络（SDN）的多层触觉互联网端到端体系结构,该结构基于5G蜂窝系统,将硬件和软件分离,并提供API以便于系统的控制和管理,网络核心采用SDN并启用网络功能虚拟化（NFV）,系统在多级云单元中使用移动边缘计算（MEC）,减少通信过程中涉及中间节点的数量,从而减少延迟。实验结果表明该架构在5G高速率下能够得到毫秒级延迟,说明所提框架的可行性和有效性。     

一种针对基于OpenFlow的SDN网络中控制层面的DoS攻击研究

针对OpenFlow协议报文交换机制里所有非数据报文均需要通过PACKET_IN报文上传控制器的弱点,提出一种不停查询未知转发地址从而造成SDN网络控制层面资源耗尽的新型DoS攻击方式,同时基于SDN网络可编程性提出检测攻击与降低网络时延的解决策略。首先通过SDN控制器北向应用接口,使用Defense4ALL应用中自定义功能,针对DoS攻击特性检测网络中恶意流量。然后利用控制器动态配置特性,实时更新交换机配置文件,改变网络转发策略,从而减轻攻击对整个网络造成的影响。实验仿真表明,在大规模高速攻击中,该方法的检测成功率接近100%,在攻击源较少的慢速攻击中检测成功率低于80%,整体网络延迟降低10ms以上。所提出的解决策略可以有效减少针对控制平面的DoS攻击对整个网络的干扰。