本文關(guān)鍵詞：基于流表約束的SDN組播研究

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【摘要】：近年來(lái),實(shí)時(shí)視頻會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)音視頻點(diǎn)播、分布式存儲(chǔ)備份以及虛擬現(xiàn)實(shí)游戲等諸多分布式多媒體技術(shù)的使用在生活中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。組播技術(shù)作為這些分布式實(shí)時(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù),因其能夠有效節(jié)約帶寬、減輕服務(wù)器負(fù)載以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)一直以來(lái)都是研究的熱點(diǎn)。但是組播因?yàn)樗械讓勇酚善鞅仨氈С纸M播協(xié)議、組播狀態(tài)的存儲(chǔ)限制可擴(kuò)展性、最短路徑方式難以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源以及缺乏有效的組播動(dòng)態(tài)管理機(jī)制等原因始終難以在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模部署。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)把分布式的組播控制問題上升為一個(gè)集中管控的方案,使傳統(tǒng)組播中存在的一些問題得以解決。轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備(如OpenFlow交換機(jī))只需根據(jù)控制層下發(fā)的既定規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)而不需部署分布式組播路由協(xié)議,組播樹的構(gòu)建與維護(hù)、組播組及成員管控都能在控制層進(jìn)行處理。但SDN組播依然存在因流表約束而導(dǎo)致的組播狀態(tài)存儲(chǔ)受限問題。SDN底層交換機(jī)中轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則的實(shí)現(xiàn)使用了TCAM等成本昂貴的技術(shù),流表規(guī)模受到約束。隨著大量多媒體應(yīng)用的出現(xiàn),會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模組播組,如何控制和減少龐大的組播轉(zhuǎn)發(fā)流表將成為未來(lái)SDN網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)急需解決的瓶頸問題。本文主要研究了SDN網(wǎng)絡(luò)中受流表約束的組播路由問題,基于組播流表約束提出了一個(gè)新的SDN組播模型,規(guī)劃為分支節(jié)點(diǎn)帶度依賴權(quán)重的Steiner樹(DBWST)問題。在新的組播模型中采用了分支轉(zhuǎn)發(fā)策略,不是所有的組播節(jié)點(diǎn)需要存儲(chǔ)組播流表,而是只在轉(zhuǎn)發(fā)分支節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)即可。在現(xiàn)實(shí)情況中,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在大規(guī)模組播或者大量的組播組時(shí),一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)可能有較多分支,也有可能是很多組播組的轉(zhuǎn)發(fā)分支節(jié)點(diǎn),組播數(shù)據(jù)包處理會(huì)占用很多的設(shè)備資源和處理時(shí)間,使交換機(jī)能耗增加的同時(shí)也使得網(wǎng)絡(luò)的整體性能下降。因此新模型中還考慮了節(jié)點(diǎn)度數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的影響。DBWST問題是NPC的,其目標(biāo)是求解一棵可擴(kuò)展的最優(yōu)化邊代價(jià)和轉(zhuǎn)發(fā)分支節(jié)點(diǎn)代價(jià)的組播樹,其中轉(zhuǎn)發(fā)分支節(jié)點(diǎn)的代價(jià)隨其度數(shù)變化而改變。本文首先給出了一個(gè)快速啟發(fā)式算法ESPH--擴(kuò)展的SPH算法來(lái)求解DBWST問題的近似解。在ESPH算法中,目的節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)地加入已有組播樹,算法時(shí)間復(fù)雜度低,易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)SDN組播,且在選擇待加入的目的節(jié)點(diǎn)時(shí)還考慮到轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的代價(jià),使得新樹的增加代價(jià)最小。仿真結(jié)果顯示,ESPH算法能高效地求解DBWST問題,得到的組播樹能有效減少網(wǎng)絡(luò)中的組播流表,同時(shí)度依賴的代價(jià)使轉(zhuǎn)發(fā)分支節(jié)點(diǎn)中的負(fù)載也得到了平衡和控制。為了獲取更優(yōu)解,本文設(shè)計(jì)了一種基于路徑向量的和聲搜索近似算法PVHS來(lái)解決DBWST問題。根據(jù)和聲搜索算法中記憶庫(kù)更新的特點(diǎn),本文提出路徑向量概念并基于路徑向量的方式構(gòu)建和聲記憶庫(kù),并說(shuō)明了路徑向量和組播樹之間如何相互轉(zhuǎn)化。PVHS算法中組播樹的構(gòu)建以及優(yōu)化操作均基于路徑向量。算法中使用組播記憶庫(kù)隨機(jī)選擇、路徑向量局部調(diào)整以及路徑向量隨機(jī)生成三種合理調(diào)整的更新原則進(jìn)行迭代更新。仿真結(jié)果表明,PVHS能找到一棵整體更優(yōu)的節(jié)約流表和帶寬的組播樹,但是其執(zhí)行效率有待提高。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP393.03

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