基于软件定义数据中心网络的节能路由算法

由于数据中心网络是云计算和下一代网络技术的平台和基础设施,日益增长的网络数据在满足用户需求的同时,也大幅增加了数据中心的能耗.许多针对数据中心网络的节能策略被提出,多数采用硬件与软件相结合的策略来完成节能模型的设计.为了进一步降低能耗,从网络负载均衡和节能路由设计的角度提出了一种新的节能路由算法,其基本思想是首先对负载均衡进行量化分析,然后提出带宽限定的负载均衡与节能相结合的节能路由算法,充分考虑到网络整体的可达性和可靠性.该算法为数据中心节能提供了一种新的视角.通过与传统的节能路由作比较,验证了该算法能够在保证较高网络可靠性的同时能耗较低.通过对实验数据的分析和解释得到了若干有益的结论,为进一步的研究工作奠定了基础.     

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分段路由策略

为降低软件定义的内容中心网络(SD-CCN)的内容请求时延,减少网络拥塞,快速应对网络中的节点或链路故障,借用软件定义网络(SDN)流量工程中的分段路由思想设计了软件定义的内容中心网络的分段路由策略(SD-CCN-SR)。通过控制器选取最优的缓存或内容源节点作为目的节点查找最优路径,向入口边界节点下发分段标签序列。将分段标签序列中的标签依次作为分段的目的节点进行最短路径转发,实现控制器通过少量控制信息对兴趣包上行链路的整体控制。仿真结果表明,本策略能够有效降低平均请求时延及平均路由跳数。     

基于软件定义网络的数据中心自适应多路径负载均衡算法

针对传统多路径负载均衡算法无法有效地感知网络的运行状态、不能综合考虑链路的实时传输状态以及大多数算法缺少自适应性的问题,基于软件定义网络(SDN)的集中控制和全网管控思想,提出一种基于蜘蛛猴优化的SDN自适应多路径负载均衡算法(SMO-LBA).首先,利用数据中心网络的感知能力来获取多路径的实时链路状态信息;然后,利用...     

基于CKSP的分段路由负载均衡技术

针对当前以云计算、大数据为代表的新兴业务需求,现有的MPLS(Multi-Protocol Label Switching)网络存在协议复杂、扩展性差、运维困难等问题。因此文中采用分段路由(Segment Routing,SR)转发技术,根据软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)集中控制、开放编程的特点,提出了一种基于受限K最短路径(Constrained K-Shortest Pathes,CKSP)算法的分段路由负载均衡的技术方案。首先,控制器与各网络节点以OpenFlow协议进行信息交互,对全网拓扑结构和链路速率进行监控;然后,分段路由应用根据北向接口以二级流表、多节点中继的方式实现转发表等初始表项的构建和段列表计算;最后,设计了一种根据链路利用率和跳数进行非均匀加权的CKSP算法。实验结果表明:该技术方案可以增大网络吞吐量,平滑流量分布,降低数据流平均时延和网络总丢包率。     

数据中心网络中基于蚁群算法的动态多路径负载均衡

针对数据中心网络中等价多路径路由算法（equal-cost multi-path routing,ECMP）无法有效调度大象流而导致流量负载不均衡及易造成网络拥塞的问题,提出了一种基于蚁群算法的动态多路径负载均衡（ant colony algorithm based dynamic multipath load balancing,ADMLB）算法。ADMLB算法首先通过控制器获取网络负载信息,同时检测大象流并标记,然后调用改进的蚁群算法,根据大象流所需带宽选择多路径。实验结果表明,与传统的ECMP和现有流调度算法相比,ADMLB算法降低了链路延迟时间,有效提高了链路带宽利用率。     

软件定义网络中延迟满足的路由选择与实时调度更新

由于数据流的动态性和流量负载转移,软件定义网络（software defined networking,简称SDN）需要频繁更新数据平面以优化网络性能.大多数已有路由更新策略首先根据网络当前流量状态确定目标路由配置,然后更新数据流的路由.然而,由于交换机基于TCAM（ternary content addressable memory）进行流表更新的速度较慢,导致路由更新的延迟通常较大.当网络规模大或网络拓扑结构经常变化时,路由更新的延迟可能更大.研究发现,大多数数据流的持续时间很短且整个网络的流量强度在一段时间后会发生变化.如果路由更新延迟过长,更新后的路由配置可能不再有效.为此,研究了SDN的实时路由更新问题,提出了延迟满足的路由选择和调度更新策略（delay satisfied route selection and updating scheme,简称DSRSU）.与大多数现有研究不同,DSRSU同时从控制平面路径选择和数据平面的更新调度两方面来联合优化,降低路由更新的延迟.路径选择阶段只选择部分数据流进行路由更新;更新调度阶段通过建立更新关系图挖掘数据流的更新先后顺序,进一步加快路由更新速度.仿真分析结果表明,与现有几种路由更新策略相比,DSRSU能够在大幅度降低路由更新延迟的同时,达到与现有策略相似的网络性能.     

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。     

一种软件定义网络中交换机动态迁移算法

针对目前软件定义网络中的多控制器负载失衡问题,提出一种交换机的动态迁移算法（Dynamic Switches Migration Algorithm, DSMA）,将交换机与控制器的部署关系建模为0-1规划问题,通过使用免疫粒子群算法保证控制器负载均衡的同时兼顾了控制器和交换机之间的传输时延。仿真实验表明,与现有经典的就近迁移算法和利用率最低迁移算法相比,DSMA实现了较好的控制器负载均衡,减少了控制器PACKET_IN消息的响应时间,提高了系统反应速度,加权后的综合评价平均提升了25.3%。     

无线网状网络的多路径路由与调度算法

提出了一种保障服务质量的多路径路由算法,数据分组可通过多条不同的路径进行传输,以提升网络总吞吐量性能.进一步提出了一种多路径调度策略.通过使用调度策略,基于当前可用带宽信息和路径所引入的时延信息,数据分组在传输前可被分成多段并通过不同的路径发送,根据路径时延调整优化调度策略,从而使得数据可通过在不同的路径上进行更高效地传输.仿真实验进一步验证了本文提出的路由机制和调度策略在不同网络负载下的优越性.     

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。     

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。     

基于SDN的混合分段路由概率流调度机制

针对数据中心网络流量路径分配不均匀、易造成大流碰撞,以及控制器流表开销大等问题,提出了一种基于SDN的混合分段路由概率流调度机制SRPFS（segment routing probability flow scheduling）。利用SDN集中控制与全局视图特性,首先采用混合分段路由完成流量初始转发;然后选用粒子群优化算法,重定义粒子群内部寻优过程来对流量进行筛选;最后构造全局节点概率矩阵,设计概率调度算法选举出流量转发最优路径。实验结果表明混合分段路由转发技术在流表开销方面优势较大,并且SRPFS相比于其他较典型的流传输机制,在平均网络吞吐量、链路利用率、标准网络吞吐率等方面有明显优势,能够有效减轻控制器的流表负载,保证了较好的网络性能。     

基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由算法

针对NDN卫星网络内容传输时延高、丢包率高且请求命中率低的问题,提出了一种基于SDN与NDN的卫星网络多约束路由算法,并命名为SNMcRA。基于SDN的集中控制与全局视图,通过建立多约束路由模型,将链路多约束信息与蚁群算法相结合以求解满足时延、带宽、丢包率多约束的代价最小路径,由节点在包转发的过程中动态完成转发表FIB和待定请求表PIT的构建。实验结果表明,该算法与DSP算法相比时延降低了35%,带宽利用率提升了29%,丢包率降低了17%,并且在请求命中率方面也具有显著优势。     

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。     

SDN中基于迁移优化的控制器负载均衡策略*

针对SDN多控制器负载均衡过程中交换机迁移僵化和迁移冲突问题,本文对现有的交换机迁移模型实施优化,提出了一种阶段式控制器负载均衡策略。在阶段1,综合控制器的各类开销代价,基于遗传算法优化迁移目标,选取交换机迁入和迁出域;在阶段2,通过设定子域迁移度和交换机有效期,实现了多交换机的协调迁移。仿真结果表明,与现有的负载均衡策略相比,改善了迁移域的选取过程,优化了交换机到控制器的动态部署,控制器负载均衡率提升了约21%。     

基于改进遗传算法的SDN多控制器负载均衡机制研究

为解决软件定义网络中多控制器负载失衡问题,提出了一种基于非合作博弈降载的主控制器重选模型。首先,利用动态阈值来判别过载控制器;其次,采用基于优先权的迁移交换机决策机制;最后,构建以控制器集群的负载均衡度、平均总时延和交换机迁移成本作为效用函数的优化模型,采用改进的遗传算法求解,加入相似算子提高寻求全局最优解的速度及准确度。实验结果表明,该机制有效地均衡了控制平面的负载并优化了网络性能。     

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。     

基于SDN的MapReduce带宽优化设计

在实际Hadoop系统中,如何使作业完成时间最短成为了一个NP完全问题,导致这个问题的主要原因是MapReduce计算过程中大量的数据从Map节点向Reduce节点进行迁移,容易造成网络拥塞,使得数据迁移时间过长。软件定义网络（SDN）实现了路由控制和数据转发的分离,同时使交换机能够对网络中的数据进行灵活的处理,使控制器能够知晓全局网络拓扑结构,其集中式管理模式为Hadoop进行性能优化带来了可能性。利用SDN对网络的灵活控制,让Map中间值在OpenFlow交换机上进行数据合并,减少数据流量和数据迁移时间,提高Hadoop工作效率。     

基于SDN的DWSN技术分析及性能优化研究

当前,分布式无线传感器网络(DWSN)已得到广泛应用并服务于许多领域,而其网络架构和节点仍存在一些技术及性能优化难点,影响应用效果.软件定义网络(SDN)是具有控制转发分离思想可编程化功能的新型网络架构,其能对节点设备和层间协议进行软件定义虚拟化.为了提升DWSN的关键技术及性能优化的安全性和可操作性,降低网络复杂性,...