本文關(guān)鍵詞：基于元能力的網(wǎng)絡(luò)功能組合關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)存在的體系僵化問題導(dǎo)致其難以滿足承載多樣化的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、支持多樣化的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、建立差異化的通信通道等迫切需求。近年來,國(guó)內(nèi)外已相繼從可重構(gòu)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)路由交換架構(gòu)與技術(shù)等不同側(cè)面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系進(jìn)行了積極的研究和探索。其中以可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、SDN和NFV技術(shù)為代表的開放網(wǎng)絡(luò)體系對(duì)網(wǎng)絡(luò)核心層功能重新抽象,動(dòng)態(tài)地組合細(xì)粒度功能,提升了網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性、可演進(jìn)性和可擴(kuò)展性,成為當(dāng)前熱點(diǎn)研究方向。但是,現(xiàn)階段的研究存在以下問題有待改善:(1)在節(jié)點(diǎn)層面,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)功能結(jié)構(gòu)缺乏對(duì)外部變化的適應(yīng)能力;(2)在網(wǎng)絡(luò)層面,分散在網(wǎng)絡(luò)中的功能節(jié)點(diǎn)缺乏協(xié)同的組合方法,導(dǎo)致功能管理復(fù)雜,利用低效;(3)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)核心層開放后的功能在全網(wǎng)范圍內(nèi)的布局方法缺乏研究;(4)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)需要功能節(jié)點(diǎn)在不同域之間動(dòng)態(tài)地布局或遷移,而當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)分域管理難以應(yīng)對(duì)。以“結(jié)構(gòu)決定功能”為原則,本文依托于國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973計(jì)劃)(N0.2012CB315901)——“可重構(gòu)信息通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系研究”的元能力理論,研究網(wǎng)絡(luò)功能的重新抽象、動(dòng)態(tài)組合、跨域布局和彈性遷移。首先,本文將網(wǎng)絡(luò)功能基于不同粒度定義為元能力、元服務(wù)、服務(wù)和應(yīng)用等不同層次的概念,并在單節(jié)點(diǎn)內(nèi)引入動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)——元能力棧,提出元能力棧的構(gòu)建算法;其次,在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)引入定制化處理通道——服務(wù)鏈,并提出服務(wù)鏈的實(shí)例化框架,實(shí)現(xiàn)功能節(jié)點(diǎn)的協(xié)同控制;再次,以元能力棧和服務(wù)鏈構(gòu)建為驅(qū)動(dòng),研究功能在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的布局算法,以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)重構(gòu);最后,為支持網(wǎng)絡(luò)功能的跨域部署或遷移,提出了以交換機(jī)遷移為手段的粗粒度彈性控制算法。具體地,本文主要研究成果如下:1.針對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)功能結(jié)構(gòu)缺乏對(duì)外部變化的適應(yīng)能力的問題,本文將當(dāng)前基于層的協(xié)議棧分解為更細(xì)粒度的功能單元集,然后按需組合不同的功能單元�；趶�(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,提出了一種新的適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),即可重構(gòu)結(jié)構(gòu)(RECONfigurable architecture,RECON)。首先,與現(xiàn)有方法不同,RECON將協(xié)議棧第三層和第四層功能分解為細(xì)粒度的功能單元,稱為元能力。其次,在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部,RECON以最優(yōu)的方式組合元能力,為不同應(yīng)用定制元能力棧。本文將元能力組合問題抽象為非線性整數(shù)優(yōu)化問題,并設(shè)計(jì)算法求解以在最優(yōu)值與計(jì)算代價(jià)之間折中。最后,我們實(shí)現(xiàn)了RECON的原型系統(tǒng),并驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。2.針對(duì)分散在網(wǎng)絡(luò)中的功能節(jié)點(diǎn)缺乏協(xié)同的組合方法導(dǎo)致功能管理復(fù)雜且利用低效的問題,本文綜合軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software-Defined Networking,SDN)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Functions Virtualization,NFV),提出了一種服務(wù)鏈實(shí)例化框架。首先,由于底層元能力是對(duì)節(jié)點(diǎn)資源的直接訪問,不具有業(yè)務(wù)意義,因此本文將不同元能力組合成元服務(wù)。元服務(wù)向上層服務(wù)或應(yīng)用提供訪問核心資源的接口。其次,本文提出了一種服務(wù)鏈生成方法。每條服務(wù)鏈由具有順序約束的元服務(wù)序列組成。由于每種元服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中分布著多個(gè)實(shí)例,因此服務(wù)鏈生成過程即為元服務(wù)選擇實(shí)例的過程。我們將該過程建模為線性整數(shù)規(guī)劃問題,并采用模擬退火算法求解。最后,基于SDN控制器實(shí)現(xiàn)了服務(wù)鏈框架原型系統(tǒng),稱為Matchmaker。實(shí)驗(yàn)證明Matchmaker系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的協(xié)同和靈活控制。3.針對(duì)網(wǎng)絡(luò)核心層開放后形成的服務(wù)在全網(wǎng)范圍內(nèi)的分布式布局方法缺乏研究的現(xiàn)狀,本文提出了基于談判博弈的分布式協(xié)同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)布局算法。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的最優(yōu)布局可以有效降低網(wǎng)絡(luò)延遲,最大化網(wǎng)絡(luò)效用,有助于保持互聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用的良好運(yùn)行。然而,由于服務(wù)實(shí)例數(shù)量、請(qǐng)求模式及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)視圖的動(dòng)態(tài)變化,服務(wù)的最優(yōu)布局難以計(jì)算。本文基于市場(chǎng)上分布式地討價(jià)還價(jià)活動(dòng),將布局問題建模為納什談判博弈,并設(shè)計(jì)一種基于討價(jià)還價(jià)理論的分布式協(xié)同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)布局算法,通過網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的協(xié)同獲取網(wǎng)絡(luò)全局狀態(tài),求解服務(wù)的最優(yōu)布局。仿真結(jié)果表明本文算法可以通過調(diào)節(jié)基本量以實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)效用之間的均衡。4.針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)分域管理難以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)面臨的功能節(jié)點(diǎn)的跨域遷移問題,本文提出了基于交換機(jī)遷移的分布式彈性控制算法。在SDN和NFV的部署網(wǎng)絡(luò)中,可編程交換機(jī)將目標(biāo)流量轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)功能單元進(jìn)行處理,因此網(wǎng)絡(luò)功能的動(dòng)態(tài)部署可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)控制域之間的負(fù)載不均衡。本文提出一種通過控制域間的交換機(jī)遷移實(shí)現(xiàn)粗粒度的網(wǎng)絡(luò)功能彈性遷移的方法。然而,遷移操作需要精細(xì)的規(guī)劃以充分利用控制平面的多維資源,包括計(jì)算(CPU)、帶寬(bandwidth)和存儲(chǔ)(storage)資源。該規(guī)劃問題稱為交換機(jī)遷移問題(Switch Migration Problem,SMP)。本文首先提出一種SDN的資源模型,將SMP建模為網(wǎng)絡(luò)資源效用最大化問題。其次,本文采用log-sum-exp函數(shù)近似SMP目標(biāo)函數(shù),設(shè)計(jì)了一種合成分布式算法——分布式跳躍算法(Distributed Hopping Algorithm,DHA)。文中證明近似問題與原問題的最優(yōu)間隙是有界的,且分布式算法過程等價(jià)于時(shí)間可逆的馬爾科夫鏈的實(shí)現(xiàn)。最后,本文基于Beacon控制器開發(fā)了算法的原型實(shí)現(xiàn)——DHA-CON,并驗(yàn)證了算法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：開放網(wǎng)絡(luò)體系 軟件定義網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 功能組合 元能力 元服務(wù) 元能力棧 服務(wù)鏈
【學(xué)位授予單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP393.02
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-32
• 1.1 研究背景及意義15-17
• 1.2 開放網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀17-25
• 1.2.1 新型節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)17-18
• 1.2.2 新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)18-25
• 1.2.4 總結(jié)25
• 1.3 相關(guān)術(shù)語(yǔ)25-28
• 1.3.1 網(wǎng)絡(luò)功能25-26
• 1.3.2 元能力26
• 1.3.3 元服務(wù)26
• 1.3.4 元能力棧26-27
• 1.3.5 服務(wù)鏈27-28
• 1.4 問題提出28-29
• 1.5 論文的主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排29-32
• 1.5.1 論文的主要研究?jī)?nèi)容29-31
• 1.5.2 論文的組織結(jié)構(gòu)與章節(jié)安排31-32
• 第二章 基于動(dòng)態(tài)元能力棧的自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建方法32-54
• 2.1 引言32-34
• 2.2 相關(guān)工作34-35
• 2.3 RECON元能力模型35-37
• 2.4 適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)37-40
• 2.4.1 元能力結(jié)構(gòu)37-39
• 2.4.2 適應(yīng)性節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)39-40
• 2.5 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)適應(yīng)性問題40-47
• 2.5.1 Web服務(wù)適應(yīng)性問題41
• 2.5.2 NAP問題41-43
• 2.5.3 效用函數(shù)43-44
• 2.5.4 算法設(shè)計(jì)44-47
• 2.6 RECON節(jié)點(diǎn)原型實(shí)現(xiàn)47-49
• 2.7 仿真結(jié)果49-52
• 2.8 小結(jié)52-54
• 第三章 基于元服務(wù)的服務(wù)鏈實(shí)例化框架及構(gòu)建算法54-73
• 3.1 引言54-55
• 3.2 相關(guān)工作55-56
• 3.3 概念定義56-58
• 3.3.1 元服務(wù)56-57
• 3.3.2 策略57
• 3.3.3 服務(wù)鏈57-58
• 3.4 服務(wù)鏈實(shí)例化58-62
• 3.4.1 服務(wù)鏈實(shí)例化問題58-60
• 3.4.2 效用函數(shù)60-61
• 3.4.3 參數(shù)變換61-62
• 3.5 求解方法62-64
• 3.5.1 模擬退火算法62-63
• 3.5.2 狀態(tài)空間結(jié)構(gòu)63-64
• 3.6 SCI框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)64-67
• 3.6.1 框架體系64-66
• 3.6.2 Matchmaker系統(tǒng)北向接口66-67
• 3.7 仿真與性能評(píng)估67-70
• 3.7.1 仿真環(huán)境67
• 3.7.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果67-70
• 3.7.3 Matchmaker用例70
• 3.8 小結(jié)70-73
• 第四章 基于談判博弈的分布式協(xié)同服務(wù)布局算法73-87
• 4.1 引言73-74
• 4.2 相關(guān)工作74-75
• 4.3 模型建立75-79
• 4.3.1 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)布局問題75
• 4.3.2 討價(jià)還價(jià)模型75-76
• 4.3.3 服務(wù)布局最優(yōu)化問題的NBS解76-79
• 4.4 分布式協(xié)同布局算法79-81
• 4.4.1 對(duì)偶分解79-80
• 4.4.2 基于梯度影射的分布式協(xié)同算法80-81
• 4.5 性能評(píng)估81-85
• 4.5.1 仿真環(huán)境81-82
• 4.5.2 仿真結(jié)果82-85
• 4.6 小結(jié)85-87
• 第五章 基于交換機(jī)遷移的分布式彈性控制算法87-109
• 5.1 引言87-89
• 5.2 相關(guān)研究89
• 5.3 系統(tǒng)模型89-93
• 5.3.1 研究動(dòng)機(jī)89-90
• 5.3.2 交換機(jī)遷移90-91
• 5.3.3 最大化SDN控制資源效用的一般形式91-93
• 5.4 分布式跳轉(zhuǎn)算法93-101
• 5.4.1 Log-Sum-Exp近似函數(shù)93-97
• 5.4.2 基于馬爾科夫鏈的分布式跳轉(zhuǎn)算法97-101
• 5.5 算法實(shí)現(xiàn)101-103
• 5.5.1 基于DHA的控制器架構(gòu)101-102
• 5.5.2 控制器間接口102-103
• 5.6 實(shí)驗(yàn)仿真103-106
• 5.6.1 仿真設(shè)置103
• 5.6.2 參數(shù)估計(jì)103-104
• 5.6.3 仿真結(jié)果分析104-106
• 5.7 小結(jié)106-109
• 第六章 結(jié)束語(yǔ)109-112
• 6.1 研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性109-110
• 6.2 后續(xù)工作展望110-112
• 致謝112-113
• 參考文獻(xiàn)113-123
• 作者簡(jiǎn)歷 攻讀博士學(xué)位期間完成的主要工作123-124

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 蘭巨龍;程?hào)|年;胡宇翔;;可重構(gòu)信息通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系研究[J];通信學(xué)報(bào);2014年01期

  本文關(guān)鍵詞：基于元能力的網(wǎng)絡(luò)功能組合關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：382922