發(fā)布時(shí)間：2021-07-23 15:47

　　軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Networks,SDN）將控制邏輯剝離數(shù)據(jù)層,并單獨(dú)形成控制層,實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的靈活管理。然而隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加,單控制器部署方案由于處理能力不足、易過載等缺陷已無法管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。因此多控制器放置問題被提出,即如何確定控制器的數(shù)量、位置以及與交換機(jī)間的映射關(guān)系。已有研究表明,控制器的數(shù)量和位置會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、負(fù)載等網(wǎng)絡(luò)性能。本文對(duì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)中面向時(shí)延和負(fù)載優(yōu)化的多控制器放置策略進(jìn)行研究,研究?jī)?nèi)容如下:（1）面向時(shí)延和負(fù)載優(yōu)化的靜態(tài)多控制器放置策略:本策略綜合考慮網(wǎng)絡(luò)傳播時(shí)延、控制器負(fù)載以及排隊(duì)時(shí)延對(duì)靜態(tài)多控制器放置問題的影響,建立相應(yīng)模型并提出負(fù)載均衡算法（BCRA）和遺傳算法（GA）。負(fù)載均衡算法（BCRA）首先確定控制器的數(shù)量k,并選擇度最大的節(jié)點(diǎn)為控制器根節(jié)點(diǎn)構(gòu)建k棵生成樹,生成初始k個(gè)低時(shí)延且負(fù)載均衡的子網(wǎng);遺傳算法（GA）先利用貪心思想優(yōu)化待選控制器集合,再尋找較優(yōu)的多控制器放置方案。實(shí)驗(yàn)表明:與已有工作相比,BCRA與GA在中小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中均具有較好的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡性能,在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中,GA算法在傳播時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延以及負(fù)載等方面... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

SDN架構(gòu)的全局視圖

合肥工業(yè)大學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文6第二章軟件定義網(wǎng)絡(luò)中控制器放置問題研究隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益擴(kuò)張，用戶需求的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要得到快速且實(shí)時(shí)的更新。然而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備自主控制與轉(zhuǎn)發(fā)高度耦合的缺點(diǎn)，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商不得不頻繁的對(duì)每一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進(jìn)行操作，同時(shí)由于存在多種網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，極易造成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更新緩慢。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求的急速發(fā)展。軟件定義網(wǎng)絡(luò)，由于其轉(zhuǎn)控分離、網(wǎng)絡(luò)可編程等特點(diǎn)，能夠有效的解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)存的難題。2006年,美國斯坦福大學(xué)NickMcKeown教授的研究團(tuán)隊(duì)提出了Openflow的概念[37]，并基于Openflow給網(wǎng)絡(luò)帶來可編程的特性,進(jìn)一步提出了SDN的概念。2009年,SDN入選麻省理工科技評(píng)論的“未來十大突破性技術(shù)”。自此,大量高校和企業(yè)開始對(duì)SDN進(jìn)行研究。2.1軟件定義網(wǎng)絡(luò)的三層架構(gòu)SDN架構(gòu)[38]如圖2.1所示。SDN作為一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，有如下特點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)發(fā)功能和控制功能分離，這改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)和控制高耦合的現(xiàn)象。2）集中控制�？刂茖訂为�(dú)存在于控制平面，有利于網(wǎng)絡(luò)資源池化。3）開放接口。用戶可根據(jù)自身的網(wǎng)絡(luò)需求，通過北向接口向控制器添加服務(wù)。圖2.1SDN層次、功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig2.1SDNlevel,functionandsystemstructure2.1.1應(yīng)用層SDN應(yīng)用層，即SDN管理層，由網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序、編程語言和基于語言虛擬化構(gòu)成。如上圖2.1示，SDN應(yīng)用層的核心是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，其功能是為用戶提供網(wǎng)

薷摹?目前，控制層主要有兩種部署控制器的方式[45]：集中式部署方式和分布式部署方式。集中式部署方式，是指在SDN網(wǎng)絡(luò)中部署一個(gè)控制器集群。在早期的SDN研究中，該部署方式常常是在網(wǎng)絡(luò)中放置一個(gè)控制器來管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。目前這種部署方式的控制器主要有：NOX-MT[4],Beacon[5]和Floodlight[6]。但是隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)張，以及將SDN應(yīng)用于更多的場(chǎng)景，單一控制器的集中式部署方式由于自身容量，處理能力，易故障等原因已經(jīng)無法管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。故分布式部署方式被提出。分布式部署方式主要有兩種架構(gòu)，扁平架構(gòu)和層次架構(gòu)。如圖2.2示，在扁平架構(gòu)中，每個(gè)控制器相互等價(jià)，管理著各自控制域內(nèi)的交換機(jī)，每個(gè)交換機(jī)僅被一個(gè)控制器管理。每個(gè)控制器可通過東西向接口相互訪問通信。這種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是控制器分布式的散落在轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間，能夠有效的降低網(wǎng)絡(luò)傳播時(shí)延，當(dāng)一個(gè)控制器發(fā)生故障時(shí)，并不影響其他控制器正常工作，這提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和彈性。但是每個(gè)控制器之間相互平等，需要相互通信來獲取網(wǎng)絡(luò)全局的信息，這大幅增加了控制器之間的通信成本。層次架構(gòu)由圖2.2示。分為上層控制器、底層控制器和交換機(jī)。這種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是上下層控制器間分工明確，上層控制器主要負(fù)責(zé)維護(hù)控制器間的一致性，這使得控制器間維護(hù)一致性的成本相對(duì)較低。下層控制器主要負(fù)責(zé)流量的處理，大幅減輕了上層控制器的負(fù)擔(dān)。但是上層控制器數(shù)量較少，這使得網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性較低。如果上層控制器故障或者被洪泛攻擊，那么網(wǎng)絡(luò)極易陷入癱瘓。目前分布式的控制器有：Onix[46],HyperFlow[47],ONOS[48],DISCO[49],yanc[50],PANE[51]等。圖2.2控制器放置方式Fig2.2Themethodofcontrollerplacement無論是扁平架構(gòu)還是層次架構(gòu)，相比于集中式的部署方式，均提高了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]軟件定義網(wǎng)絡(luò)中基于時(shí)延約束的多控制器負(fù)載均衡優(yōu)化算法研究[D]. 徐皓.合肥工業(yè)大學(xué) 2019



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