【摘要】：隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G的迅猛發(fā)展,傳統(tǒng)架構的網(wǎng)絡越來越難以部署新的網(wǎng)絡技術和網(wǎng)絡協(xié)議。軟件定義網(wǎng)絡和網(wǎng)絡虛擬化技術的結合,被認為是克服當前網(wǎng)絡僵化問題和促進未來網(wǎng)絡創(chuàng)新的有效途徑。網(wǎng)絡虛擬化將虛擬化思想引入網(wǎng)絡,允許在同一個物理網(wǎng)絡上構建和運行多個虛擬網(wǎng)絡。實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬化的核心在于將基于軟件的虛擬網(wǎng)絡與基于硬件的物理網(wǎng)絡進行解耦合,所以在軟件定義網(wǎng)絡架構的網(wǎng)絡中更容易實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬化。虛擬網(wǎng)絡映射是網(wǎng)絡虛擬化面臨的一個關鍵問題,研究底層網(wǎng)絡應該如何為多個帶有拓撲和資源約束條件的虛擬網(wǎng)絡請求分配資源。隨著軟件定義網(wǎng)絡架構在大型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡和廣域網(wǎng)中的部署,以及內(nèi)部呈現(xiàn)層次型結構的大型租戶的出現(xiàn),為租戶提供多層次封裝的虛擬網(wǎng)絡服務成為一種新的需求和可能。因此,虛擬網(wǎng)絡映射算法需要足夠靈活,既要實現(xiàn)底層虛擬網(wǎng)絡請求到物理網(wǎng)絡的映射,也要實現(xiàn)上層虛擬網(wǎng)絡請求到其底層虛擬網(wǎng)絡的映射。針對上述問題,本文提出了一種基于強化學習的SDN多級動態(tài)協(xié)同虛擬網(wǎng)絡映射算法。該算法采用兩步映射思路,無論是處理底層虛擬網(wǎng)絡請求還是上層虛擬網(wǎng)絡請求,都先進行所有虛擬節(jié)點的映射,然后才進行虛擬鏈路的映射。此外,為了提高算法的靈活性,本文在虛擬節(jié)點映射階段引入了一個強化學習模型MLRL-Model,在求解每個虛擬網(wǎng)絡請求的節(jié)點映射方案之前都會先對該模型進行訓練,以實現(xiàn)映射策略的實時更新,從而克服現(xiàn)有方法在整個映射過程中策略單一、缺乏靈活性的問題。雖然物理網(wǎng)絡拓撲和總的資源是靜態(tài)不變的,但是底層虛擬網(wǎng)絡的映射方案則是可以動態(tài)調(diào)整的,所以當一個已經(jīng)被物理網(wǎng)絡成功接受的虛擬網(wǎng)絡無法滿足其上層虛擬網(wǎng)絡請求的映射需求時,通過調(diào)整底層虛擬網(wǎng)絡的映射方案可以使得這些上層虛擬網(wǎng)絡請求被成功接受。因此,為了盡可能地提高底層虛擬網(wǎng)絡對上層虛擬網(wǎng)絡請求的接受能力,同時最大化地減少對當前網(wǎng)絡虛擬化環(huán)境的影響,本文進一步提出一種動態(tài)協(xié)同物理網(wǎng)絡和底層虛擬網(wǎng)絡資源的映射機制,遵循以增加底層虛擬網(wǎng)絡資源和遷移部分底層虛擬節(jié)點和鏈路為主、重映射整個底層虛擬網(wǎng)絡為輔的原則。仿真實驗表明,本文算法不僅在單級映射場景中擁有較高的映射性能,使得底層物理網(wǎng)絡擁有較高的請求接受率、平均節(jié)點和鏈路資源利用率,而且提高了多級映射場景中底層虛擬網(wǎng)絡對上層虛擬網(wǎng)絡請求的接受能力,提高了網(wǎng)絡虛擬化環(huán)境內(nèi)整體的請求接受率。本文首先分析了SDN技術與虛擬網(wǎng)絡映射問題的研究現(xiàn)狀并指出了現(xiàn)有算法存在的問題,然后定義了SDN多級虛擬網(wǎng)絡映射問題并詳細闡述了本文提出了的多級動態(tài)虛擬網(wǎng)絡映射算法,最后介紹了實驗仿真的設計與實現(xiàn)以及算法的性能評估。
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP393.01
【圖文】：

逑圖２－丨ＳＤＮ架構Ｐ１】逡逑從圖２－１可以看出，ＳＤＮ控制器是整個ＳＤＮ架構的核心，不僅需要抽象數(shù)逡逑據(jù)轉發(fā)層的網(wǎng)絡資源和網(wǎng)絡拓撲，還需要根據(jù)應用層的業(yè)務需求對基礎設施層的逡逑網(wǎng)絡資源進行調(diào)用和控制�；A設施層通過標準的南向接口與控制層進行通信，逡逑而應用層則通過開放可編程的北向接口與控制層進行通信，所以ＳＤＮ架構大大逡逑簡化了網(wǎng)絡設備的復雜度，它們不再需要適配和處理成千上萬的協(xié)議，而僅需要逡逑基于ＳＤＮ控制器下發(fā)的流表即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉發(fā)和處理。逡逑應用層主要包括了各種業(yè)務應用，網(wǎng)絡管理者可以基于ＳＤＮ控制器提供的逡逑網(wǎng)絡服務編程實現(xiàn)對基礎設施層中網(wǎng)絡設備的集中配置、控制和管理，從而加快逡逑網(wǎng)絡業(yè)務的部署，促進網(wǎng)絡創(chuàng)新。逡逑２．１．３邋ＳＤＮ與網(wǎng)絡虛擬化逡逑網(wǎng)絡虛擬化技術的出現(xiàn)使得在不改變底層物理網(wǎng)絡架構的前提下

其中ｉ＾ｃｚ尸，是底層網(wǎng)絡中所有無環(huán)路徑的逡逑集合。逡逑圖２－２為一個虛擬網(wǎng)絡映射實例，描述了一個包含３個節(jié)點的虛擬網(wǎng)絡請求逡逑在包含５個節(jié)點的底層網(wǎng)絡上的映射過程。圖中正方形和圓形上的數(shù)字分別表示逡逑虛擬節(jié)點請求的資源以及底層物理節(jié)點的可用資源，連邊上的數(shù)字則表示底層鏈逡逑路的可用資源或虛擬鏈路請求的資源。其中：逡逑虛擬節(jié)點的映射方案為：逡逑｛ａ」＞■邋Ａ，ｂ邋４邋Ｂ，ｃ」＞■邋Ｄ｝邐（２－２）逡逑虛擬鏈路的映射方案為：逡逑｛（ａ，ｂ）邐｛Ａ，ＢＵａ，ｃ）邋－＞邋（Ａ，Ｅ，Ｄ），（ｂ，ｃ）邋＾邐（２－３）逡逑５逡逑１０／邋ａ邋＼１Ｑ邐２５逡逑１５邐１５邐３0逡逑圖２－２虛擬網(wǎng)絡映射實例逡逑８逡逑

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