SDN数据中心网络基于流表项转换的流表调度优化

针对基于软件定义网络(SDN)架构的数据中心网络中,SDN交换机流表资源的有限性导致的流表溢出或控制器拥塞等问题,引入空闲流表资源代价的概念描述了网络资源的利用率,并分析了空闲流表资源量与重复下发的流表项数量之间的关系,提出了一个基于流表超时机制的流表调度策略,依据流表项生存时间和匹配计数来进行静态流表项和动态流表项之间的实时转换.在Fat-tree拓扑SDN数据中心网络仿真实验中,对该机制对流表资源优化的有效性进行了验证.     

基于时序与集合的SDN流表更新策略

流表更新是软件定义网络中不可忽视的问题.针对SDN(软件定义网络)流表更新一致性问题提出一种基于时序与集合的流表更新方案,将交换机根据新旧路径分类,分类集合按次序分别进行更新,首先将新流表更新完毕以保证传输,最后删除旧流表.仿真实验表明,在相同网络速率下,方案保证了流表更新的一致性,更新时间较短,控制负载较低,并减小了交换机流表空间的占用.     

软件定义网络中OpenFlow流表空间优化技术研究进展

OpenFlow是软件定义网络(SDN)南向通信标准协议,SDN控制平面为北向通信提供编程接口,通过OpenFlow向数据平面下发流表表项实现路由管理、流量调度等功能.针对OpenFlow流表空间有限性和有效性问题,从硬件、软件、软硬件结合方面对当前OpenFlow流表空间优化技术进行比较分析,归纳并阐述流表存储机制改进、基于软件的流表扩容和流表超时时间管理3种优化方案,最后总结并展望流表空间优化未来的方向.     

SDN中基于负载均衡的流表下发方法

通过比对单个域内控制信道与数据信道比例,将所须安装流表项数据以源路由下发和直接下发两种方式动态混合处理,以此来减小控制器负载以及动态调节控制平面和数据平面负载均衡度,同时减小流表下发和端到端传输的时延以及控制逻辑出现不一致的概率.仿真显示:所提方法在控制器负载消耗量、流表安装时延和数据包平均传输时延等方面优于传统的流表直接下发方法以及基于源路由的流表下发方法.     

面向软件定义网络的流表优化方案

针对目前软件定义网络中细粒度的流匹配机制造成的网络流表项空间开销和查询开销爆炸式增长等问题,提出了一种全新的基于布隆过滤器(Bloom Filter)的多级流表结构。该结构为混合流表结构,采用Bloom Filter多级流表结构来存储流表项,主要着眼于提高软件定义网络(SDN)交换机流表的容量和加快流表项的匹配速度;在流表项语义层面,设计并实现了控制器与SDN交换机之间的中间适配层模块来解决语义冲突问题。基于真实流量的实验结果表明,在规则占用空间上,与传统流表相比,Bloom Filter在流表越精细的情况下优化比率越高,最高可达90.7%。随着流表项规则的增加,匹配耗时优化效率提高,匹配时间最多可减少99.4%。该问题的解决可望为SDN网络的大规模实用化部署奠定数据层面的基础。     

TCAM存储高效的OpenFlow多级流表映射机制

基于流表的转发机制为OpenFlow提供了灵活的可编程能力,但是随着网络功能的不断膨胀,OpenFlow交换机中的流表规模呈现出不断增长的趋势,这些流表难以在交换机有限的三态内容寻址存储器(TCAM)中进行存储,成为网络发展的一个瓶颈。为了高效地利用有限的TCAM资源进行流表存储,该文提出一种OpenFlow多级流表结构及其映射算法,将单一流表映射到多级流表中进行高效存储和查找。仿真结果表明:该文所提方法比单一流表的存储方法节省17%~95%的TCAM资源。这对OpenFlow数据平面查找结构及其扩展性设计具有重要意义。     

软件定义卫星网络多协议流表存储压缩算法

软件定义卫星网络的多协议转发需求对星载设备中流表的规模及存储开销提出挑战。针对卫星网络资源受限的特点，该文构建了节省存储的多协议流表结构，并提出了一种二维扩域搜索算法(2D-EFS)。2D-EFS采用字段融合的方式逐级生成多级流表，能够支持流表初始化及表项更新2种场景下的存储压缩需求。仿真结果表明：在流表初始化阶段，2D-EFS算法的存储压缩效率可达86%,与全局最优值相近，高于已有单协议算法；在表项更新阶段，2D-EFS算法可取得76%的平均存储压缩效率，并具备最低的运行耗时，其综合性能优于已有单协议算法。     

软件定义航空集群机载网络自适应更新策略

软件定义网络的出现为突破当前机载网络在航空集群作战应用中存在的固有技术瓶颈开辟了全新途径,然而软件定义机载网络动态的网络拓扑以及有限的链路容量导致网络更新过程中链路拥塞现象频发,造成网络更新过程极易引发网络拥塞,并降低网络更新的成功率.针对该问题,提出一种基于拥塞避免的软件定义航空集群机载网络更新策略.首先通过混合更新策略计算得到各业务流的初始更新操作序列;然后提出拥塞链路感知算法,实现更新过程中对潜在拥塞链路的感知;最后提出基于拥塞避免的软件定义机载网络更新算法,根据各业务流的初始操作序列以及感知到的潜在拥塞链路状态,计算无拥塞更新操作约束,并最大限度实现网络的无拥塞更新.仿真结果表明,与现有网络更新策略相比,所提更新策略能够有效避免网络更新过程中软件定义机载网络的拥塞,提升网络更新的成功率.     

软件定义网络架构下的动态自适应负载均衡策略研究

软件定义网络控制与转发分离的架构特性使得网络行为更加易于掌控,提高了网络策略实施的效率.为了解决传统网络中只计算单一最短路径,忽略链路实时状态从而造成负载过大时链路拥塞的缺点,提出了一个基于链路实时状态的负载均衡策略.该策略主要思想是利用软件定义网络架构中的控制器对全网的集中控制能力对链路信息进行实时监控,分析链路信息并得出链路的负载占用情况,然后将结果反馈给控制器,最后由控制器计算出负载最轻的路径并下发流表给相应的交换机.建立了计算机仿真建模和硬件实验平台,验证了该策略可以有效提高链路利用率和用户服务质量.     

一种改进粒子群优化算法在车辆路径问题的应用研究

基于集合的粒子群优化算法(set-based particle swarm optimization,S-PSO) 主要用于解决离散域的组合优化问题。但S-PSO只考虑了当前粒子的最优对速度更新的影响,易陷入局部最优解。提出ES-PSO (enhanced S-PSO)算法,重新设计速度更新策略。在速度更新策略中加入了全局最优和邻域最优的影响,同时,修改权重系数,使粒子在更新时优先考虑服务时间较早的粒子,更加合理地安排了节点的服务顺序。使用ES-PSO算法求解带时间窗的车辆路径问题(vehicle routing problem with time windows,VRPTW),提出了ES-PSO-VRPTW算法。实验结果表明,基于Solomon数据集,ES-PSO-VRPTW算法在最优路径数目(number of vehicle-route,NV)和总里程(total distance,TD)上的表现比S-PSO-VRPTW更加优越。将ES-PSO-VRPTW用于求解带时间窗的垃圾回收车辆运输问题,得到的路径数目NV和总里程TD相对于S-PSO-VRPTW以及传统的遗传算法(genetic algorithm,GA)和蚁群算法(ant colony optimization,ACO)均有大幅度降低。     

移动Agent系统中消息机制的设计与实现

在描述移动Agent系统中消息对象和消息队列设计的基础上,通过流程图说明整个系统中消息机制的实现。消息机制是Agent通讯的主要手段。通讯时Agent传递消息对象,每个Agent还要维护一个消息队列,用于存储接收到的待处理消息。实现消息机制时,系统定义专门的messagethread线程来处理消息,并规定messagethread线程的优先级策略。     

基于负载均衡的大规模TTE消息调度表生成方法

在复杂拓扑条件下，机载网络存在大规模数据的高效传输需求.此时，传统的调度表生成方法存在高时间复杂度问题.为了有效解决这个问题，本文提出了一种基于负载均衡的时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet, TTE)消息调度表生成方法.该方法首先生成消息传输备选较短路径集，综合地考虑消息长度和链路负载来选择消息路径、得到具有负载均衡特性的路径规划结果，然后以提高时序规划效率为目标，基于静态优先级生成调度表，依据消息长度和周期进行消息排序，并使用“背靠背”规则进行传输调度分配，以保证消息的实时性和确定性.仿真结果表明，当可调度消息帧数超过6000条时，在保证消息实时性的前提下，该方法比传统的满足性模理论(Satisfiability Modulo Theory, SMT)时间规划方法减少90%以上的计算时间，计算效率提升10～100倍，可见该方法适合于求解复杂大规模数据调度表的生成问题.本文的研究为改善机载网络的消息调度性能提供了一种可行方案.     

基于链路带宽的分布式存储系统框架及动态负载均衡技术

针对在节点间进行数据传输、备份等操作时,不同节点间链路带宽将限制分布式存储系统的性能的问题,借鉴软件定义网络及云存储技术的基本思想,通过对控制流与数据流的分离,提出了一种基于链路带宽的分布式存储系统框架及动态负载均衡技术.所提出框架中,在分布式数据节点之外引入一个中心控制节点,该节点掌握全局网络视图,全局网络视图中既包括数据存储表记录存储数据的分布,又包括当前链路带宽情况.在用户读取数据时,根据数据存储表确定需要的数据存放于哪些数据存储节点,指派相应的数据存储节点根据路由表发送数据包,并实时监测网络中的链路带宽负载情况,及时调整数据的传输路径.仿真验证所提架构和算法可以有效解决海量数据在不同位置的分配调度,以及缩短用户对大量数据提取的响应时间及提升存储速率等问题.      

CCN中一种非混合式蚁群路由优化策略

蚁群优化(ant colony optimization,ACO)近年来在信息中心网络(content centric networking,CCN)路由领域的应用逐渐增多,其中,将ACO与其他机制相混合以改善路由性能的策略得到较多研究,但基于蚁群优化的混合式算法通常存在可扩展性低下,动态性差,网络成本高等问题。为此提出一种高效的非混合式蚁群路由算法(irritant ant framework,IAF)。添加一个新维度—一种动态的、仿生物的信息素分层,将传统单级别信息素上升为多级别信息素,增强蚁群对于路径的探索程度,抑制算法过早收敛;并且考虑了节点状态的动态性,实时改变信息素等级以选择最佳转发路径;此外,首次考虑了节点缓存特性对信息素更新策略的影响,构造出全新的信息素更新公式,,减小算法的收敛时间。实验结果表明,该算法能够有效地降低内容请求时延,提升缓存命中率,以较低的开销获得良好的CCN路由性能。     

容迟容断网络中基于拓扑的双时隙路由算法

在公交车载网络等类型的容迟容断网络中,可以依靠全部或者部分网络拓扑信息进行路由计算.提出一种基于拓扑信息的双时隙路由算法.该算法将网络周期离散为时隙,计算路由时,采用当前时隙和下一时隙(即双时隙)内均有效的路径作为候选路径,从而保证多数业务在链路失效前完成转发.以传输延时和延时抖动率为依据,从当前和下一时隙内均有效的路径中优选路径,以容忍可预测的链路中断;通过提供备用路径,以容忍不可预测的链路中断,保证传输的可靠性和稳定性.对上述算法进行了仿真实现和性能分析,结果表明,该算法能容忍链路中断,报文递交率较高,平均传输延时较低.     

一种基于自主寻址的类Modbus协议的设计

针对标准Modbus协议发送信息前需要知道对方地址,提出一种改进方案,设计出能自主寻址的类Modbus协议。该方案在主节点中设置子地址表,并且定时更新表信息,使主节点能够及时知晓新子节点的加入和旧子节点的断开等信息。为了降低寻址时系统的负载量和数据的冲突概率,采用时间槽的机制发送信息,并根据数据量确定时间槽。采用带ACK的CSMA/CA机制报告子节点的存在,并对相关的请求/应答帧进行了设计。     

具有消息链接恢复的椭圆曲线认证加密方案

分别提出了基于椭圆曲线的具有消息恢复和消息链接恢复的认证加密方案。对计算时间效率和传输的信息量进行了比较。比较结果表明,具有消息链接恢复的方案比分块情况下的方案具有计算时间效率高、传输信息量少等优点。安全性分析表明,这2个方案的安全性均是基于椭圆曲线上的离散对数难题,且具有只有指定的接收者才能恢复原消息、抗已知明文攻击和消息密钥不能重复使用等性质。     

前向纠错编码传输机制的优化

为了提高前向纠错(FEC)编码在抖动参数上的性能,提出了一种改进发送端与接收端之间的信息交互方式的动态FEC传输机制(DFEC).新机制中,发送端收到反馈信息后,只调整数据的冗余度而不会为了等待反馈信息停止数据传送.在NS2平台上的仿真结果对比证实,所提出的DFEC传输机制可以改善接收端在抖动参数上的性能,为提高实时视频传输的端到端的服务质量提供了一种新方法.     

基于历史信息预测转发概率的DTN路由算法

为了尽量减少网络先验知识的使用,提高消息转发成功率,提出了一种基于历史链接信息预测转发概率的算法,综合运用了冗余复制和相遇预测的转发策略,将消息逐步向到达目标节点传输预测概率较高的节点转发,通过二分法复制策略来增加消息转发成功的可能性,并采用了主动冗余消息删除机制.仿真实验表明,随着缓冲区的增大和节点规模的增大,该路由算法的性能明显优于Epidemic,PRoPHET和BSW算法,并且具有很好的网络适应性能.