發(fā)布時間：2021-07-23 15:47

　　軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Networks,SDN）將控制邏輯剝離數(shù)據(jù)層,并單獨形成控制層,實現(xiàn)了對網(wǎng)絡的靈活管理。然而隨著網(wǎng)絡規(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網(wǎng)絡。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、位置以及與交換機間的映射關系。已有研究表明,控制器的數(shù)量和位置會影響網(wǎng)絡時延、負載等網(wǎng)絡性能。本文對軟件定義網(wǎng)絡中面向時延和負載優(yōu)化的多控制器放置策略進行研究,研究內(nèi)容如下:（1）面向時延和負載優(yōu)化的靜態(tài)多控制器放置策略:本策略綜合考慮網(wǎng)絡傳播時延、控制器負載以及排隊時延對靜態(tài)多控制器放置問題的影響,建立相應模型并提出負載均衡算法（BCRA）和遺傳算法（GA）。負載均衡算法（BCRA）首先確定控制器的數(shù)量k,并選擇度最大的節(jié)點為控制器根節(jié)點構建k棵生成樹,生成初始k個低時延且負載均衡的子網(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。實驗表明:與已有工作相比,BCRA與GA在中小規(guī)模網(wǎng)絡中均具有較好的網(wǎng)絡負載均衡性能,在大規(guī)模網(wǎng)絡中,GA算法在傳播時延、排隊時延以及負載等方面... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【圖文】：

SDN架構的全局視圖

合肥工業(yè)大學專業(yè)碩士研究生學位論文6第二章軟件定義網(wǎng)絡中控制器放置問題研究隨著網(wǎng)絡規(guī)模的日益擴張，用戶需求的不斷增加，網(wǎng)絡設備需要得到快速且實時的更新。然而傳統(tǒng)網(wǎng)絡中轉發(fā)設備自主控制與轉發(fā)高度耦合的缺點，使得網(wǎng)絡設備供應商不得不頻繁的對每一個轉發(fā)設備進行操作，同時由于存在多種網(wǎng)絡通信標準，極易造成網(wǎng)絡設備更新緩慢。這些缺點導致傳統(tǒng)網(wǎng)絡難以適應網(wǎng)絡業(yè)務需求的急速發(fā)展。軟件定義網(wǎng)絡，由于其轉控分離、網(wǎng)絡可編程等特點，能夠有效的解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡現(xiàn)存的難題。2006年,美國斯坦福大學NickMcKeown教授的研究團隊提出了Openflow的概念[37]，并基于Openflow給網(wǎng)絡帶來可編程的特性,進一步提出了SDN的概念。2009年,SDN入選麻省理工科技評論的“未來十大突破性技術”。自此,大量高校和企業(yè)開始對SDN進行研究。2.1軟件定義網(wǎng)絡的三層架構SDN架構[38]如圖2.1所示。SDN作為一種新型網(wǎng)絡架構，有如下特點：1）轉發(fā)功能和控制功能分離，這改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡中轉發(fā)和控制高耦合的現(xiàn)象。2）集中控制。控制層單獨存在于控制平面，有利于網(wǎng)絡資源池化。3）開放接口。用戶可根據(jù)自身的網(wǎng)絡需求，通過北向接口向控制器添加服務。圖2.1SDN層次、功能和系統(tǒng)結構Fig2.1SDNlevel,functionandsystemstructure2.1.1應用層SDN應用層，即SDN管理層，由網(wǎng)絡應用程序、編程語言和基于語言虛擬化構成。如上圖2.1示，SDN應用層的核心是網(wǎng)絡應用程序，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)絡中部署一個控制器集群。在早期的SDN研究中，該部署方式常常是在網(wǎng)絡中放置一個控制器來管理整個網(wǎng)絡。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)絡規(guī)模的擴張，以及將SDN應用于更多的場景，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)無法管理整個網(wǎng)絡。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，扁平架構和層次架構。如圖2.2示，在扁平架構中，每個控制器相互等價，管理著各自控制域內(nèi)的交換機，每個交換機僅被一個控制器管理。每個控制器可通過東西向接口相互訪問通信。這種架構的優(yōu)點是控制器分布式的散落在轉發(fā)設備之間，能夠有效的降低網(wǎng)絡傳播時延，當一個控制器發(fā)生故障時，并不影響其他控制器正常工作，這提高網(wǎng)絡的可靠性和彈性。但是每個控制器之間相互平等，需要相互通信來獲取網(wǎng)絡全局的信息，這大幅增加了控制器之間的通信成本。層次架構由圖2.2示。分為上層控制器、底層控制器和交換機。這種架構的優(yōu)點是上下層控制器間分工明確，上層控制器主要負責維護控制器間的一致性，這使得控制器間維護一致性的成本相對較低。下層控制器主要負責流量的處理，大幅減輕了上層控制器的負擔。但是上層控制器數(shù)量較少，這使得網(wǎng)絡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無論是扁平架構還是層次架構，相比于集中式的部署方式，均提高了網(wǎng)絡的可擴

【參考文獻】：
期刊論文
[1]軟件定義網(wǎng)絡中面向時延和負載的多控制器放置策略[J]. 史久根,謝熠君,孫立,郭勝,劉雅麗.  電子與信息學報. 2019(08)
[2]SDN中基于效能優(yōu)化的交換機動態(tài)遷移策略[J]. 姚藍,胡濤,伊鵬,胡宇翔,蘭巨龍,李子勇.  電子學報. 2019(07)
[3]SDN中基于雙向匹配的多控制器動態(tài)部署算法[J]. 胡濤,張建輝,孔維功,楊森,曹路佳.  通信學報. 2018(01)
[4]SDN網(wǎng)絡中控制器放置問題綜述[J]. 高先明,王寶生,鄧文平,陶靜.  通信學報. 2017(07)
[5]軟件定義網(wǎng)絡可擴展性研究綜述[J]. 付永紅,畢軍,張克堯,吳建平.  通信學報. 2017(07)
[6]軟件與網(wǎng)絡安全研究綜述[J]. 劉劍,蘇璞睿,楊珉,和亮,張源,朱雪陽,林惠民.  軟件學報. 2018(01)
[7]SDN網(wǎng)絡中受時延和容量限制的多控制器均衡部署[J]. 覃匡宇,黃傳河,王才華,史姣麗,吳笛,陳希.  通信學報. 2016(11)
[8]基于Floodlight的SDN控制器研究[J]. 周環(huán),劉慧.  計算機工程與應用. 2016(24)
[9]軟件定義網(wǎng)絡中北向接口語言綜述[J]. 于洋,王之梁,畢軍,施新剛,尹霞.  軟件學報. 2016(04)
[10]軟件定義網(wǎng)絡（SDN）研究進展[J]. 張朝昆,崔勇,唐翯翯,吳建平.  軟件學報. 2015(01)

碩士論文
[1]軟件定義網(wǎng)絡中基于時延約束的多控制器負載均衡優(yōu)化算法研究[D]. 徐皓.合肥工業(yè)大學 2019



本文編號：3299579