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SDN的虚拟网络映射问题研究综述

传统IP网络架构越来越不适应日益增长的网络业务与应用,一种新型的网络架构应运而生,即软件定义网络。它实现数据面和控制面相分离,同时具有集中控制、开放接口、可编程等特性。研究了基于该网络架构的虚拟网络映射问题,即如何将带有约束条件的虚拟网络请求映射到由传统电信商提供的底层物理网络中。首先给出虚拟网络映射问题的定义及目标,然后对现有的多种经典映射算法进行分类,并同时对比与分析,最后在此基础上对未来虚拟网络映射算法提出一些建议与改进思路。     

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。     

软件定义承载网中基于负载均衡的虚拟网络重配置方法*

在软件定义承载网(Carrier-SDN)中应用网络虚拟化技术为虚拟网络请求分配资源是解决传统网络结构僵化问题的重要方法之一。针对虚拟网络初次配置产生的瓶颈节点和瓶颈链路造成的底层网络负载不均衡问题,提出一种基于负载均衡的虚拟网络重配置方法(Load Balance Virtual Network Reconfiguration,LB-VNR)。该方法着重设计了虚拟节点的迁移算法、虚拟链路的迁移算法以及重路由映射路径规划算法。仿真结果表明,所提方法在虚拟网络请求接受率、网络收益代价比和虚拟网络负载均衡性方面均具有良好的性能。     

基于业务优先级划分的虚拟网可靠性映射算法

现有研究在重映射失效虚拟网过程中未对不同类型的虚拟网承载业务进行有效区分,导致资源收益较低。为此,提出一种基于业务优先级划分的虚拟网可靠性映射算法。定义虚拟节点和虚拟链路的重要性指标,运用混合整数线性规划方法将基于业务优先级划分的虚拟网可靠性映射问题建模为最优化问题。在此基础上,提出快速可扩展的启发式虚拟网可靠性映射算法,以提高失效虚拟网的重映射效率。实验结果表明,该算法在虚拟网请求接受率、服务提供商收益和利润成本比3个指标上,表现优于FD-EVN、APG-TABU和MW-AC算法。     

基于节点抗毁能力感知的虚拟网络可靠映射算法

为提高虚拟网络映射的可靠性,考虑影响底层物理节点抗毁能力的节点有效性、适应性、黏聚度及可用计算资源等因素,提出一种改进的虚拟网络映射算法。采用逼近理想解排序法对底层物理节点的抗毁能力进行排序,将虚拟节点映射至抗毁能力最强的物理节点上,当物理节点故障时重映射至抗毁能力次强的节点上应对物理节点失效的情况。仿真结果表明,在满足抗毁性约束的条件下,该算法能够有效降低底层物理网络的开销,提高虚拟网络映射成功率。     

软件定义数据中心内一种基于拓扑感知的VDC映射算法

在云计算中,服务提供商(service provider, SP)可以向基础设施提供商(infrastructure provider, InP)按需租赁资源并部署服务.SP只需专注于自己的服务即可,无需考虑设备成本与维护代价.然而传统InP仅以虚拟机的方式提供资源,并不保证网络性能与带宽隔离.随着网络虚拟化技术的发展,尤其是软件定义网络(software defined networking, SDN)概念的提出,一些研究人员建议InP以虚拟数据中心(virtual data center, VDC)的方式为SP提供资源,以解决传统数据中心的上述问题.尽管以VDC的方式分配资源具有诸多的优势,也带来了一项新的挑战,如何满足SP的多样化需求,以最小的代价、最大的收益为VDC分配资源,这是一个NP-hard问题.为解决VDC映射问题,提出了一种基于拓扑势和模块度的启发式映射算法,折衷租户的可靠性需求与映射代价,并提高InP收益.最后,基于收益代价比门限经验值,提出一种动态监控策略,选择高收益代价比的VDC请求,进一步最大化InP的利润.大量的仿真实验证明该算法可以以最小的代价接受更多的请求,同时提高InP收益.     

基于网络单纯形的虚拟网络映射算法

在软件定义网络(SDN)架构中,虚拟网络映射是实现网络虚拟化的关键技术。针对虚拟网络映射算法映射成本高、执行时间长的问题,提出一种虚拟网络映射算法Simplex-VNM。在节点映射阶段,对虚拟节点按照资源需求进行排序,综合考虑节点连通性和映射成本选择映射节点。在链路映射阶段,采用网络单纯形算法求解最小费用流问题。实验结果表明,相比于NA-PVNM和Improved-vnmFlib算法,该算法具有更低的映射成本和更短的运行时间。     

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。     

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分层式控制器负载均衡机制

针对软件定义网络（SDN）多控制器负载均衡过程中控制器之间通信开销大以及控制器吞吐量低等问题,提出一种分层式控制器负载均衡机制。基于分层式架构,通过超级控制器与域控制器协作完成负载均衡,并采用预定义负载阈值以减少域控制器与超级控制器之间的消息交换开销;同时,该机制可以有效选择出过载最重的域控制器,并从该过载域控制器所控制的交换机中选取多个符合迁移标准的交换机,将其同时分别迁移到多个综合性能高的域控制器上,从而解决多控制器间负载不均衡问题。实验结果表明,与层次式SDN控制器协同负载均衡方案（COLBAS）以及用于控制器负载均衡的动态和自适应算法（DALB）相比,所提机制系统的消息数量降低了约79个百分点,且该系统的吞吐量分别比DALB、COLBAS分别提高了约8.57%、52.01%。所提机制能够有效降低通信开销,并提高系统吞吐量,有更好的负载均衡效果。     

基于软件定义网络的反嗅探攻击方法

网络嗅探攻击中,攻击者从网络节点或链路捕获和分析网络通信数据、监视网络状态、窃取用户名和密码等敏感信息。在攻击发生时,攻击者通常处于静默状态,传统的网络防护手段如防火墙、入侵检测系统（IDS）或入侵防御系统（IPS）很难发现并有效抵御攻击。从网络结构入手,提出基于软件定义网络（SDN）的动态路径跳变（DPH）通信机制,依据空间和时间约束条件,动态改变通信节点之间的路径,宏观上将通信流量相对均匀地分布在多条传输链路中,增加网络嗅探攻击中获取完整数据的难度。实验仿真结果说明,在一定的网络规模下,动态路径跳变能够在不明显降低网络传输性能的条件下有效防御嗅探攻击。     

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。     

基于软件定义网络的对等网传输调度优化

针对对等网（P2P）系统中的应用层组播（ALM）流量优化问题,设计了一个基于软件定义网络（SDN）的实时流调度系统。首先使用网络测量技术获取网络的流量矩阵,然后将它抽象成一张带权重的网络状态图提供给终端优先组播树（TFST）生成算法。TFST生成算法分两阶段进行：第一阶段计算组播树时通过修改终端节点的距离为0来巧妙地引导生成算法优先考虑终端节点;第二阶段是根据设定的权衡因子对分支节点数量进行调整,这样计算出的组播树能同时兼顾流量代价和实施代价。最后为避免组播树部署到网络中时频繁的流表更新带来的网络性能下降问题,还设计了一个基于循环神经网络的模块来根据网络性能自动调整更新周期。仿真结果表明采用了ALM实时流调度系统的网络拥塞指标与原始网络相比下降了47%,在中等负载情况下,利用神经网络模块自动调整更新周期方式与立即更新和固定5 s间隔更新方式相比,拥塞指标的均值分别降低了17.6%和25%,在将机器学习引入SDN实现智能化网络方面具有较大的应用价值。     

基于区块链的软件定义网络数据帧安全验证机制

为构建安全高效的网络环境,必须对伪造、受篡改数据帧进行有效的识别与过滤。然而,在软件定义网络（SDN）中,现有的安全验证机制通常在验证设备受到攻击或恶意控制时无法有效运行。为解决上述问题,提出了基于区块链的SDN数据帧安全验证机制。首先,设计帧转发证明（PoFF）共识算法并以此为基础建立轻量型区块链系统;然后,基于该系统构建针对SDN数据帧的安全验证体系;最后,提出可灵活调节的半随机选择验证模式以兼顾验证效率与资源开销。仿真结果表明,在同等比例的交换机被恶意控制情况下,所提机制的漏检概率较基于哈希链的验证机制有明显降低。其中,当受控交换机占比为40%时,降低效果尤其显著：此时所提机制在基本验证模式下的漏检概率低于32%,在辅助以半随机验证后可进一步降到7%,均远低于基于哈希链的验证机制72%的漏检概率;且所提机制引入的资源开销与通信代价在合理范围内。此外,即使在SDN控制器完全失效情况下,所提机制仍可保持良好的验证性能与效率。     

基于多目标优化的软件定义网络负载均衡方案

针对软件定义网络（SDN）中控制平面的负载均衡问题,提出了一种基于多目标优化的动态交换机迁移算法（M-DSMA）。该算法首先将交换机与控制器之间的映射关系转变为0-1矩阵优化问题;其次,通过基于NSGA-Ⅱ的多目标遗传算法同时优化控制平面负载均衡度和交换机迁移所产生的通信开销这两个相互冲突的目标。在多目标优化过程中,利用适应度函数选择个体进行交叉变异,随后采用快速非支配排序对种群进行精英策略,产生下一代种群,使得整个种群不断进化,搜索较优的解。仿真实验结果表示,相比于动态交换机迁移算法（DSMA）,M-DSMA在有效均衡控制平面负载的同时,降低了30%~50%的通信开销,且在提高控制平面可扩展性方面具有明显优势。