一种基于SDN的多路径流调度机制

摘要:针对传统多路径路由方法造成数据中心网络负载不均衡、吞吐量低的问题,该文提出了一种基于SDN的多路径流调度（SDN based Multipath Flow Scheduling, SMFS）机制。结合SDN能够获取全局网络视图的优势,SMFS采用周期性轮询和动态流调度的方法实现良好的负载均衡,进而提高全网吞吐量。为减少控制器和交换机之间的交互带来的网络额外负载,SMFS有选择地对部分大流进行重新调度,并利用分段路由技术实现重路由,提高了流的传输速率。实验结果表明,相比于传统等价多路径路由（Equal-Cost Multi-Path routing, ECMP）和现有集中式流调度机制,SMFS能够有效提高数据中心网络的吞吐量,降低流平均完成时间,并保证较好的负载均衡。     

基于SDN的数据中心网络路由与调度

随着计算机技术的不断发展,云计算也变得越来越普及,应用在人们生活的各个角落,这就为网络数据中心带来了新的发展契机,但任何一个行业,机遇和挑战都是并存的,数据中心现有的网络构架存在着诸多的缺陷,在程序运行的过程中各种问题也随之凸显出来;另外,路由协议和调度策略也有不足之处,这些都制约着云计算技术的发展.面对这种现状,基于SDN的数据中心网络路由与调度的研究就很有必要.     

基于SDN的数据中心网络资源调度机制

随着大数据应用的不断丰富, 现在的数据中心通常部署着多种集群计算框架, 并由统一的集群资源管理器(如Mesos)进行管理. 目前的集群资源管理主要关注计算资源和存储资源, 较少的涉及网络资源. 但研究表明高效的网络资源管理对于优化作业性能十分重要. 本文提出了一种基于SDN(Software Defined Network)的数据中心网络资源调度机制, 该机制可以根据管理员预设的网络资源分配策略, 加权的进行网络资源调度, 为高优先级的作业分配更多网络资源以优化性能, 并且实现不同作业之间的网络性能隔离. 我们基于开源SDN控制器实现了原型系统, 并通过实验验证了该机制的有效性.     

基于SDN的数据中心动态优先级多路径调度算法

随着云计算技术和分布式业务的发展,数据中心内部“东西向”大象流量激增,这部分大象流在调度不当的情况下容易发生碰撞,造成链路拥塞。本文提出一种基于软件定义网络（SDN）的动态优先级多路径调度算法（DPMS）。该算法根据数据中心流量的特点制定大象流和老鼠流调度模型,充分利用各网络节点间的冗余链路,提高资源利用率;并结合组表优化SDN架构中控制器和交换机的通信模式,降低了数据包处理时延。实验结果表明,相比ECMP和Hedera这2种调度策略,DPMS提高了网络吞吐量和链路利用率,减少了平均流完成时间,网络的整体性能有所提高。     

基于SDN网络的安全设备路由研究

SDN（Software Defined Networking,软件定义网络）是一种新型的网络架构,是网络实现自动化部署灵活管理的一个重要方式。SDN技术将网络的数据平面和控制平面相分离,从而实现了网络流量的灵活控制。因此,基于SDN技术提出了一种基于SDN网络的安全设备路由模型,该模型结合改进的内嵌式安全设备最短路由算法和旁路式最短路由算法及神经网络最短路由算法,得到一种高效的安全设备路由策略,并且在此基础上构建了一个网络安全服务调度系统,能够在安全设备混合部署的复杂网络环境中,按用户需求提供个性化的安全服务;同时,通过计算较低网络成本的最短安全路径,提高了网络的路由效率和资源利用率。     

软件定义网络中基于分段路由的多路径调度算法

针对当前软件定义网络(SDN)在应对大量数据流时造成的流表利用率低、转发响应较慢以及当前网络调度算法容易造成网络局部拥塞和负载不均衡等问题,提出一种基于分段路由的多路径调度算法SRMF。首先,SDN控制器根据网络拓扑连接情况下发初始流表;综合考虑网络链路剩余带宽、丢包率和数据流估测带宽需求进行路径权重计算;最后,根据路径权重选择最优路径并构造分段流表下发到边缘交换机。实验结果表明分段路由转发技术在多种网络拓扑下较一般转发技术在流表项开销方面有明显优势,SRMF算法与Hedera、ECMP相比,在业务流端到端时延、端到端时延抖动、网络吞吐率、丢包率等方面有一定的优势。     

SDN中基于遗传机制的自适应路由算法研究

SDN以集中式的控制、可编程的接口等优点,极大地提高了网络的管控效率及操作的灵活性。但在SDN部署运行中,也暴露出传输时延大、丢包率高等缺点。针对这些问题,提出了一种基于遗传算法的自适应SDN路由算法,该算法利用遗传算法在SDN的全局网络视图中搜索优化路径。算法设计时,对交叉、变异操作进行条件约束,避免产生无效的路径,减小求解空间,降低控制器计算开销。同时能根据网络的动态变化,自适应地选择转发路径。通过Mininet仿真平台进行实验,与其他算法相比,该算法降低了网络的时延以及丢包率,提高了网络性能。     

基于蚁群算法的SDN数据中心网络大象流调度研究

针对传统方法调度大象流时容易造成数据中心网络拥塞和负载不均衡等问题,提出一种基于蚁群算法的SDN（software defined network）数据中心网络流量调度算法ACO-SDN。对大象流调度问题建立整型线性规划ILP（integral linear programing）模型,优化目标为最小化最大链路利用率。通过重定义蚁群算法的参数和操作求解ILP模型,得到大象流重路由的最优路径。实验结果表明,与ECMP（equal-cost multi-path routing）和GFF（global first fit）流量调度算法相比,ACO-SDN算法降低了网络最大链路利用率,有效地提高了网络对分带宽。     

基于流调度选择的DCN动态负载均衡算法

针对数据中心网络(data center network,DCN)动态调度导致的负载不均衡问题,提出了基于流调度选择的动态负载均衡(dynamic load balancing based on flow scheduling selection,DLBFSS)算法。该算法首先计算拥塞链路上各条大流的等价最短路径,并删除不满足流带宽需求的路径;然后计算剩余路径的可用吞吐量,选择可用吞吐量最大的路径作为最优调度路径;最后根据大流的带宽和最优路径的负载定义调度的拥塞概率,将拥塞概率作为大流调度选择的依据。实验结果表明,与传统ECMP（equal-cost multi-path）路由和现有大流调度算法相比,DLBFSS能够减小网络时延,提高流的带宽利用率,保证了更好的负载均衡。     

基于SDN分级分域架构的QoS约束路由算法

传统分布式的网络架构制约路由算法的创新,软件定义网络的出现为路由算法的优化提供了新思路。已有研究中,启发式算法广泛应用于服务质量路由,但由于计算复杂度高而无法在大型网络中应用。而其他算法均存在不同程度的问题,要么复杂度较高,要么算法性能较差,如最短路径算法。基于 SDN 分级分域架构,提出了 LC-LD 路由算法,综合时延条件和代价度量约束并在计算复杂度和算法性能之间保持平衡。仿真分析表明,LC-LD路由算法在有较低的计算复杂度的同时还有较高的服务质量路由选路性能。     

一种新的混合粒子群算法求解置换流水车间调度问题

针对粒子群算法易早熟的缺点,提出了一种结合迭代贪婪(IG)算法的混合粒子群算法。算法通过连续几代粒子个体极值和全局极值的变化判断粒子的状态,在发现粒子出现停滞或者粒子群出现早熟后,及时利用IG算法的毁坏操作和构造操作对停滞粒子和全局最优粒子进行变异,变异后利用模拟退火思想概率接收新值。全局最优粒子的改变会引导粒子跳出局部极值的约束,增加粒子的多样性,从而克服粒子群的早熟现象。同时,为了使算法能更快找到或逼近最优解,采用了循环迭代策略,在阶段优化结果的基础上,周而复始循环迭代进行求解。将提出的混合粒子群算法应用于置换流水车间调度问题,并在问题求解时与几个具有代表性的算法进行了比较。结果表明,提出的算法能够克服粒子群早熟,在求解质量方面优于其他算法。     

软件定义数据中心网络多约束节能路由算法

数据中心网络的节能路由算法大体可分为流量感知和拓扑感知两大类. 前者性能的好坏很大程度取决于流量矩阵预判的准确性. 由于实际网络流量动态、随机产生,具有突发性,预判流量矩阵不一定与网络实时流量状态相符,因此,这类算法往往难以保证突发流的可靠传输. 而后者在休眠冗余设备时,仅从保证网络拓扑具有某种程度的连通性出发,并未考虑网络负载情况,可能导致低负载时设备空闲率较高,节能效果有限. 为此,针对fat-tree拓扑的软件定义数据中心网络(software-defined data center network, SDCN),将网络流量因素引入拓扑感知节能路由机制,提出等效节点、最小网络连通子集、孤岛交换机、无效链路等概念以及辅助图模型和SDCN连通条件,给出多约束节能路由优化模型,同时还提出一种多约束节能路由算法(multi-constrained energy-saving routing, MER). MER算法在保证数据流的时延和可靠性要求前提下,尽可能多地休眠冗余交换机和链路,以降低网络能耗. 最后,通过Mininet和Floodlight进行仿真测试. 仿真结果表明：与文献中已有算法相比,MER具有更低的平均分组时延和丢包率,并且可以达到理想的节能效果.     

基于SDN的胖树数据中心网络的多路径路由算法

近年来,具有多路径能力的胖树拓扑结构已经被应用在很多数据中心网络(DCNs)中,以提高网络带宽和容错性。但其使用的传统路由协议对多路径路由的支持是非常有限的,并没有充分利用胖树数据中心网络的多余的可用带宽。因此研究了基于SDN的胖树网络的多路径路由。首先提出一个属于线性规划范畴的问题并证明它的NP完全性;然后提出了一个利用软件定义网络架构优点的实用算法,其依赖于一个中心控制器来收集网络状态信息,以作出最优的路由转发决策;最后把算法实现为OpenFlow控制器的一个模块并进行仿真验证。实验结果表明,所提算法无论在提高吞吐量还是减小端到端时延方面都优于传统的基于拓扑感知启发式的多路径算法。     

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。     

SDN中绿色路由的信令开销控制

为了降低在绿色路由条件下SDN控制器的信令开销,本文在SDN单控制器域中研究能量效率和信令开销之间的权衡。首先构建一个整型线性规划,在考虑整个网络能量消耗的基础上建立最小化控制器开销的目标函数;其次设计两种启发式算法来寻求该问题的近似最优解。仿真结果表明,在活跃链路数相同条件下,两种算法的控制器信令开销更小,故本文设计的启发式方法在绿色路由条件下可以减少控制器处理初始请求的信令开销。     

软件定义网络架构下基于流调度代价的数据中心网络拥塞控制路由算法

针对传统数据中心网络极易发生拥塞的问题,提出了在软件定义网络（SDN）的架构下设计基于流调度代价的拥塞控制路由算法加以解决。首先,进行拥塞链路上的大小流区分,并对所有大流的各条等价路径进行路径开销权重的计算,选择权重最小的路径作为可用调度路径;然后,使用调度后路径开销变化量和流占用带宽比例来共同定义流调度代价;最终选择调度代价最小的流进行调度。仿真结果表明,所提算法能在网络发生拥塞时降低了拥塞链路上的负荷,并且与仅进行流路径选择的拥塞控制算法相比,提高了链路利用率,减少了流传输时间,使得网络链路资源得到更好的利用。     

最佳维变异粒子群优化算法在传感器调度中应用

粒子群优化(PSO)算法的主要特点是能快速得到问题的解,缺点是容易陷入局部最优.提出了一种利用最佳维变异技术和量子理论方法改进的PSO算法,并应用于目标跟踪传感器调度问题.目标的动力学模型为线性高斯模型,传感器观测值被高斯噪声污染并与目标状态线性相关.对于多传感器单目标跟踪的数学问题,引入提出的最佳维变异PSO算法,在...