基礎(chǔ)設(shè)施感知的覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建理論研究
發(fā)布時(shí)間：2017-10-20 01:23
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【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步普及,基于網(wǎng)絡(luò)的新型應(yīng)用不斷涌現(xiàn),如視頻點(diǎn)播、視頻會議,遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)多媒體交互協(xié)作平臺、在線網(wǎng)絡(luò)游戲等,這些新型應(yīng)用要求通信網(wǎng)絡(luò)提供高可靠性、高帶寬、低時(shí)延的服務(wù)。然而,在互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大的同時(shí),Internet本身的僵化現(xiàn)象越來越明顯。例如：鏈路故障恢復(fù)時(shí)間長以及路由膨脹等問題,嚴(yán)重影響端到端的傳輸性能；IP多播的部署難和可擴(kuò)展性差等問題,限制了日益增長的一對多和多對多數(shù)據(jù)傳輸；缺乏對QoS的有效保障,無法滿足某些業(yè)務(wù)的需求。此外,互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)服務(wù)提供商(ISP)之間存在復(fù)雜的商業(yè)利益關(guān)系,這使得對現(xiàn)有技術(shù)的重大調(diào)整變得異常困難。 覆蓋網(wǎng)絡(luò)(Overlay Network)的出現(xiàn)為現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的改造和升級提供了新的思路。覆蓋網(wǎng)絡(luò)是建立在已有網(wǎng)絡(luò)上的一種邏輯網(wǎng)絡(luò),利用隧道或封裝機(jī)制將覆蓋節(jié)點(diǎn)(Overlay Nodes)互連起來,形成覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋪硗瓿蓴?shù)據(jù)傳輸,而無需改變原有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。覆蓋網(wǎng)絡(luò)除了能完成類似P2P (Peer-to-Peer)、CDN (Content Delivery Network)這樣的內(nèi)容分發(fā)與共享服務(wù)之外,隨著終端節(jié)點(diǎn)性能(CPU帶寬和存儲能力)的不斷提升,也可以提供路由和組播這些原本只能由路由器完成的基礎(chǔ)性服務(wù)。另一方面,隨著服務(wù)器虛擬化和存儲虛擬化技術(shù)的日臻完善,網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)成為國際國內(nèi)科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。覆蓋網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種有效的解決方案,為下一代互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)提供了一種可行的思路。 雖然覆蓋網(wǎng)絡(luò)在提高路由質(zhì)量、保障QoS、提供組播服務(wù)等方面能夠?qū)ΜF(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施起到很好的補(bǔ)充作用,但在構(gòu)建覆蓋網(wǎng)絡(luò)時(shí)如何感知基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu),達(dá)到上下層優(yōu)勢互補(bǔ),還有許多關(guān)鍵問題亟待解決。例如,如何考慮物理網(wǎng)絡(luò)中部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造、路由和數(shù)據(jù)分發(fā)的影響；如何解決兩條或多條覆蓋鏈路共享物理鏈路,造成性能下降的問題；如何建立具有節(jié)點(diǎn)鄰近意識的覆蓋網(wǎng)絡(luò),減少端到端的時(shí)延；在多播通信中如何降低節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的維護(hù)代價(jià)等。本文正是圍繞這些問題展開研究,創(chuàng)新工作概括如下： (1)提出了基于超節(jié)點(diǎn)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造算法。該算法著重于超節(jié)點(diǎn)的選取和覆蓋鏈路的建立。超節(jié)點(diǎn)的選取不僅考慮節(jié)點(diǎn)自身的能力,更重要的是它在物理網(wǎng)路由路徑中的重要性。選擇那些頻繁出現(xiàn)在最短路由路徑中的節(jié)點(diǎn)作為超節(jié)點(diǎn),與普通的覆蓋節(jié)點(diǎn)一起構(gòu)建k最小生成樹(KMST)覆蓋網(wǎng)拓?fù)?這樣不僅可以降低數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)延,而且提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。 (2)基于創(chuàng)新點(diǎn)(1)的研究,提出了一跳源路由快速恢復(fù)算法,主要針對物理路徑和覆蓋網(wǎng)絡(luò)備份路徑共享物理鏈路的情況。當(dāng)共享鏈路出現(xiàn)故障,引起IP層物理路徑和覆蓋網(wǎng)絡(luò)備份路徑同時(shí)失效時(shí),如何快速恢復(fù)通信,減少丟包率,降低端到端的時(shí)延,是該算法研究的動機(jī)。選擇超節(jié)點(diǎn)集為候選中繼節(jié)點(diǎn),通過探測的方式,選擇時(shí)延最小的節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn),構(gòu)造一跳覆蓋網(wǎng)路徑,實(shí)現(xiàn)故障的快速恢復(fù),提高了路由的可靠性。 (3)提出了負(fù)載均衡的覆蓋網(wǎng)多路徑路由機(jī)制。該機(jī)制針對路由故障恢復(fù)慢,以及節(jié)點(diǎn)路由擁塞等情況,提出負(fù)載均衡的一跳覆蓋網(wǎng)多路徑路由算法LB-OOMR。我們將問題抽象成一個(gè)線性規(guī)劃模型,且將該問題分解成為一跳覆蓋網(wǎng)路由路徑構(gòu)建和多路徑流量分配兩個(gè)子問題。為降低算法的復(fù)雜度,設(shè)計(jì)了基于最小鏈路重疊的中繼節(jié)點(diǎn)選擇啟發(fā)式算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明LB-OOMR較好地降低了網(wǎng)絡(luò)擁塞率,提高了鏈路的恢復(fù)率。 (4)提出了基于包內(nèi)布隆過濾器(in-Packet Bloom Filters)的無狀態(tài)覆蓋網(wǎng)絡(luò)多播機(jī)制。分析了越來越多的互聯(lián)網(wǎng)多播需求,針對在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中大范圍部署工P多播存在較大難度的問題,提出了基于包內(nèi)布隆過濾器的覆蓋網(wǎng)多播算法。該算法的獨(dú)特之處在于：其一,構(gòu)建具有節(jié)點(diǎn)鄰近意識的覆蓋網(wǎng)拓?fù)?為多播路由奠定基礎(chǔ)。建立覆蓋網(wǎng)拓?fù)鋾r(shí)考慮節(jié)點(diǎn)的鄰近意識是為了感知互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的特性,更好地反映在物理網(wǎng)絡(luò)中兩節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)所花費(fèi)的時(shí)延開銷。其二,設(shè)計(jì)了基于包內(nèi)布隆過濾器的覆蓋網(wǎng)多播機(jī)制。該機(jī)制利用包內(nèi)布隆過濾器的特性,應(yīng)用“逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)”思想將多播轉(zhuǎn)發(fā)樹的信息編碼為布隆過濾器,且封裝在數(shù)據(jù)包的首部,實(shí)現(xiàn)了多播數(shù)據(jù)的傳輸,而無需在轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)中維護(hù)多播轉(zhuǎn)發(fā)樹的狀態(tài),減少了轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的開銷,提高了多播效率。
【關(guān)鍵詞】：覆蓋網(wǎng)絡(luò) 基礎(chǔ)設(shè)施感知 拓?fù)?/strong> 多路徑路由 覆蓋網(wǎng)多播布隆過濾器
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP393.0
【目錄】：
- 摘要6-9
- ABSTRACT9-15
- 第一章 緒論15-25
- 1.1 研究的背景與意義15-22
- 1.1.1 互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)缺陷15-16
- 1.1.2 下一代互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)思路16-20
- 1.1.3 覆蓋網(wǎng)的本質(zhì)及其存在的問題20-22
- 1.2 主要的創(chuàng)新工作22-23
- 1.3 論文組織結(jié)構(gòu)23-25
- 第二章 覆蓋網(wǎng)絡(luò)研究綜述25-51
- 2.1 覆蓋網(wǎng)絡(luò)的基本概念25-26
- 2.2 覆蓋網(wǎng)絡(luò)的分類26-28
- 2.3 覆蓋網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用28-34
- 2.3.1 對等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用28
- 2.3.2 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)28-29
- 2.3.3 數(shù)據(jù)多播服務(wù)29-30
- 2.3.4 增強(qiáng)服務(wù)質(zhì)量(QoS)30-31
- 2.3.5 覆蓋網(wǎng)絡(luò)在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用31-33
- 2.3.6 覆蓋網(wǎng)絡(luò)在SDN中的應(yīng)用33-34
- 2.4 覆蓋網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀34-50
- 2.4.1 覆蓋網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建34-40
- 2.4.2 覆蓋網(wǎng)路由40-44
- 2.4.3 覆蓋網(wǎng)多播44-49
- 2.4.4 覆蓋網(wǎng)感知方式49-50
- 2.5 小結(jié)50-51
- 第三章 基于超節(jié)點(diǎn)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建算法51-69
- 3.1 引言51
- 3.2 研究動機(jī)51-54
- 3.3 基于超節(jié)點(diǎn)的覆蓋網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建54-58
- 3.3.1 問題的描述54
- 3.3.2 超節(jié)點(diǎn)的選取54-56
- 3.3.3 k最小生成樹覆蓋網(wǎng)拓?fù)?/span>56-58
- 3.4 覆蓋網(wǎng)一跳路由快速恢復(fù)機(jī)制58-60
- 3.5 算法性能評價(jià)60-67
- 3.5.1 仿真環(huán)境60-61
- 3.5.2 性能指標(biāo)61-62
- 3.5.3 仿真結(jié)果62-67
- 3.6 小結(jié)67-69
- 第四章 負(fù)載均衡的覆蓋網(wǎng)絡(luò)多路徑路由機(jī)制研究69-85
- 4.1 引言69
- 4.2 研究動機(jī)69-70
- 4.3 負(fù)載均衡的一跳覆蓋網(wǎng)多路徑路由70-74
- 4.3.1 網(wǎng)絡(luò)模型71-72
- 4.3.2 線性規(guī)劃模型72-74
- 4.4 啟發(fā)式算法74-77
- 4.4.1 中繼節(jié)點(diǎn)的選擇74-77
- 4.4.2 多路徑流量切割率77
- 4.5 多路徑覆蓋網(wǎng)絡(luò)的部署77-78
- 4.6 性能評價(jià)78-83
- 4.6.1 仿真環(huán)境78-79
- 4.6.2 性能指標(biāo)79-80
- 4.6.3 性能分析80-83
- 4.7 小結(jié)83-85
- 第五章 基于包內(nèi)布隆過濾器的無狀態(tài)覆蓋網(wǎng)絡(luò)多播85-103
- 5.1 引言85-86
- 5.2 研究動機(jī)86-87
- 5.3 具有節(jié)點(diǎn)鄰近意識的覆蓋網(wǎng)拓?fù)?/span>87-92
- 5.3.1 節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)87-88
- 5.3.2 Transit-Stub覆蓋網(wǎng)層次拓?fù)?/span>88-92
- 5.4 基于包內(nèi)布隆過濾器的覆蓋網(wǎng)多播92-97
- 5.4.1 包內(nèi)布隆過濾器92-93
- 5.4.2 無狀態(tài)多播機(jī)制93-95
- 5.4.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中的誤判率95-97
- 5.5 性能評價(jià)97-100
- 5.5.1 仿真環(huán)境97
- 5.5.2 仿真結(jié)果97-100
- 5.6 小結(jié)100-103
- 第六章 結(jié)束語103-105
- 參考文獻(xiàn)105-115
- 致謝115-117
- 攻讀博士學(xué)位期間錄用或發(fā)表的論文117-119
- 攻讀博士學(xué)位期申請的專利119
【參考文獻(xiàn)】
中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條
1 張國強(qiáng);張國清;;基于回溯機(jī)制的互聯(lián)網(wǎng)AS拓?fù)涞腂etweenness算法[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2006年10期
，本文編號：1064462
本文鏈接：http://sikaile.net/shoufeilunwen/xxkjbs/1064462.html
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