卫星网络控制器动态部署优化方法研究

当前有关研究软件定义卫星网络控制器静态部署方法忽略了卫星网络拓扑的动态性、用户数据流量的不稳定性。综合卫星网络的动态特性,基于软件定义卫星网络的架构,通过设定的三门限值,采用交换机迁移的方式,提出了一种改进鲸鱼优化算法（MWOA）的多控制器动态部署方法,有效地实现了多控制器动态部署。仿真实验表明：MWOA相比于其他算法,在交换机迁移开销、控制链路时延及负载均衡方面均有显著优势,该方法能够进一步提升卫星网络的处理性能,满足用户通信需求。     

基于网络划分的SDN分布式控制器部署

针对大规模SDN （software defined networking）网络中分布式控制器部署问题,以优化网络弹性和可靠性为目标,提出两阶段控制器部署算法（TSCP,two-stage controller placement）：利用节点相似度划分控制域,使得控制域内设备之间的连通性强、连接紧密,增强控制域的网络弹性;选择控制路径平均失效率最小的控制器集合作为控制器部署,提高网络可靠性。通过约束控制域的规模和设备（交换机或控制器）之间传播时延,使控制域的交换机个数均衡,控制器的部署合理。通过定义性能指标,实验对比GCP算法、K*-means算法,结果表明TSCP算法可以优化控制域的规模,均衡控制域的交换机个数,减少控制器个数,网络弹性和可靠性均表现较好。     

基于软件定义网络的卫星网络路由预置方法

由于卫星网络所拥有的节点负载有限、拓扑变化频繁、通信距离长等特点,常见的动态路由算法在卫星网络上存在路由无法收敛、丢包严重和传输延迟较大等问题.为此,本文提出了一种基于软件定义网络(Software-Defined Network,SDN)的卫星网络路由预置方法.利用卫星网络的运动规律性,由控制器根据网络拓扑变化情况预先计算路由路径,并在卫星链路断开前为相关卫星节点下发新的路由条目,卫星节点在拓扑发生变化后按照新的路由条目转发数据报文.实验表明:本文方法在180个节点的卫星网络中,端到端时延约为100 ms,丢包率约为0.3％,与OLSR相比,延迟和丢包率均降低了90％以上,可以较好地支持大规模星群系统的通信.     

面向大规模航空集群组网的控制器部署方法

软件定义网络（SDN）使得控制平面与数据平面解耦,可用来优化航空集群网络体系结构。针对航空集群网络大规模组网需求,设计了一种面向大规模航空集群网络的控制器部署优化算法,将多控制器部署转化为集群划分和子群部署两个阶段,首先基于负载均衡将集群划分为不同子群,然后以全网性能最优为目标于各子群内进行多目标寻优,获得Pareto前沿解。仿真实验评估了所提算法在负载均衡指数、全网平均传播时延、平均失连概率等方面的性能。实验结果表明：与现有算法相比,所提算法有效地提升了全网性能,同时具有较低的时间复杂度,适用于解决大规模动态场景下的航空集群网络控制器部署问题。     

基于蝙蝠算法的SDN多控制器部署

对于大型SDN网络,多控制器的部署和应用需求迫切。提出了一种基于蝙蝠算法的多控制器部署方法,同时优化了3个指标:最小化平均控制时延、最小化控制器负载差异度和去除孤立节点。通过在迭代时不断优化达到平均控制时延最小化;限制控制器负载利用率保证控制器间负载均衡,利用标签传递算法去除孤立节点保证域内通信。仿真结果表明该方法可以保证SDN网络在无孤立节点的情况下,获得最小时延以及负载均衡的多控制器部署方案。     

软件定义网络中的快速移动性管理

软件定义网络(SDN)是未来互联网研究领域中的重要课题。该文首先测量和分析SDN中现有的移动性管理方案所面临的问题,包括用户移动过程中数据包时延大和网络控制开销大等;并以减少时延和降低控制开销为目标,设计一种快速移动性管理方案,该方案采用隧道和流表转发相结合的方式来实现移动性管理,减少数据平面与控制平面的交互。模拟实验表明:与SDN中现有的移动性管理方案相比,快速移动性管理方案使得终端移动过程中的数据包往返时延减少了10倍左右,SDN为移动用户而产生的控制开销降低了一半以上。     

5G 卫星集成网络中控制器与网关可靠部署策略

基于SDN架构的5G-卫星集成网络将是提供全球覆盖和宽带通信最有潜力的方案之一.在该集成网络中,控制器和网关的有效部署是提高网络可靠性、降低时延的关键.虽然控制器和网关部署可以独立求解,但控制器与网关部署的紧耦合特性使得联合部署更有现实意义.分析并建模了5G-卫星集成网络中SDN控制器与卫星网关联合部署的问题,提出了一种基于最大化网络可靠性的控制器与网关联合部署策略,设计了基于模拟退火与粒子群的混合算法.仿真结果表明:与枚举算法、双重模拟退火算法(SASA)等现有算法相比,文中提出的算法具有更低的时间复杂性,并将进一步降低了平均控制时延,提高了网络健壮性.     

时延和可靠性感知的多控制器均衡部署策略

当前的软件定义网络多控制器部署问题研究,大多针对控制网络时延、可靠性和负载均衡等指标中的部分进行优化,对上述因素的整体考虑较少.针对该问题,首先分析了控制器部署对网络时延、可靠性和负载均衡的影响;其次,提出了以全网平均时延、控制路径可靠性和负载均衡度为参数,以网络综合性能为目标的控制器部署优化评价模型;最后,基于模拟退火-遗传算法提出一种时延和可靠性感知的控制器均衡部署方法,在考虑网络综合性能的同时,增强了解空间的全局搜索能力,得出了控制器部署的全局非劣最优解集.仿真结果表明,提出的部署策略在保证负载均衡的前提下,提高了控制网络的可靠性,降低了网络时延,进而提高了网络整体性能.     

基于软件定义网多参数排序的控制器部署研究

合理选择软件定义网络(Software Defined Network,SDN)的节点部署控制器,将有效的提高整个网络性能。本文引入节点的介数中心性和节点的可靠性作为参数,建立节点和参数的矩阵,对矩阵参数进行规范化,依据有序加权算子对参数进行排序,从中找到部署控制器的最优节点。最后,与基于网络拓扑中心性方法对比了控制信息传播时间。结果表明,多参数选择控制器的部署节点,将有效的降低控制路径传播时延,提升SDN的网络性能。     

可信可控网络中控制节点优化选取算法

为了解决可信可控网络中自治域内控制节点选取及控制域划分的问题,提出了一种控制节点优化选取启发式算法.该算法基于图论的思想,将控制节点选取及控制域划分问题转换为多目标线性规划问题,以控制节点数目最少和控制节点到所管辖路由器的总时延最短为优化目标,先选定在控制节点与被控路由器间允许的最大控制时延内能够到达最多其他路由器的节...     

BotGuard: Lightweight real-time botnet detection in software defined networks

The distributed detection of botnets may induce heavy computation and communication costs to network devices. Each device in related scheme only has a regional view of Internet, so it is hard to detect botnet comprehensively. In this paper, we propose a lightweight real-time botnet detection framework called Bot-Guard, which uses the global landscape and flexible configurability of software defined network (SDN) to identify botnets promptly. SDN, as a new network framework, can make centralized control in botnet detection, but there are still some challenges in such detections. We give a convex lens imaging graph (CLI-graph) to depict the topology characteristics of botnet, which allows SDN controller to locate attacks separately and mitigate the burden of network devices. The theoretical and experimental results prove that our scheme is capable of timely botnet detecting in SDNs with the accuracy higher than 90% and the delay less than 56 ms.     

软件定义网络多控制器部署优化方法

目前软件定义网络（software defined network,SDN）多控制器管理的研究重点和难点在于多控制器部署,合适的控制器数目和合理的部署位置能够实现低延迟和高可靠性的折中。在网络拓扑图上将部署位置问题简化并形式化,定义了可靠性和延迟指标,设计了多控制器部署位置求解算法（multi-controller placement location algorithm,MCP）。MCP通过遗传算法将网络划分为多个子网,并在每个子网中放置一个控制器,以最大化网络可靠性和最小化路径延迟为目标,通过模拟退火算法确定控制器在每个子网中的位置,经对比实验验证了MCP生成的部署位置方案在可靠性和延迟上的性能优势。以可靠性和延迟为评估指标,基于MCP测试了各种网络规模的最合适控制器数目,并分析得出最合适控制器数目与网络规模之间的统计规律。     

软件定义联网的建模与分析

软件定义联网（SDN）作为一项成功的数据中心的联网技术实践,已经成为工业界和学术界的一个研究热点.但SDN还存在一系列值得研究和澄清的技术问题,包括什么是SDN技术原理？SDN在哪些方面扩展了现有网络？SDN究竟有哪些潜在的应用价值？SDN对未来网络的发展有何影响？SDN是否可以真正推动现有网络的变革或演进？针对以上问题,采用统一建模语言（UML）建模方法,构建了SDN的系统模型和构件模型,描述SDN系统构成以及SDN内在的功能单元以及相互之间的关系,分析了SDN核心的控制面和数据面分离的原理,分析了单个逻辑SDN控制器的局限性;并得出结论：SDN仅在网络层实现了分组流控制与分组流转发的分离,并没有涉及到现有互联网或电信网其他功能层的控制与数据的分离,SDN有可能应用于所有基于分组流转发的网络应用,单一SDN逻辑控制器仅仅适用于IP网络城内分组流转发,无法适用于互联网和电信网现有控制结构;为了支持现有互联网或电信网的应用,需要进一步研究和扩展SDN相关技术.     

星地认知网络能效谱效联合博弈功率控制算法

在Underlay模式下,卫星网络覆盖范围大会导致用户频率冲突干扰,针对该问题以及星地网络中移动用户的能量有限的情况,综合考虑卫星用户中地面站和移动用户的差异,构建了基于能效谱效联合博弈的星地认知网络多用户功率控制模型,并在该博弈模型基础上提出了一种能效谱效联合博弈算法(COAES),定义了能效和谱效因子,通过对不同用户的能效和谱效优化需求进行博弈,并证明每个用户均能达到最优状态即纳什均衡状态。仿真结果表明:COAES算法能满足不同用户的谱效和能效需求,并且联合因子相比NETMA算法和PRA算法分别提升了50%和35%。     

采用主动响应的标签分发协议在卫星网中的实现

多协议标签交换 (MPLS)需要通过标签分发协议 (LDP)建立类似虚电路的标签转发路径(LSP),而卫星链路由于具有频繁断接性和传输大时延等特点,使得现有LDP难以在卫星网中有效运行。针对卫星网特点,对LDP被动响应拓扑变化的机制进行了改进,并在此基础上提出了基于拓扑驱动的主动响应算法来实现在卫星网中标签分发。     

分布式星群网络中基于联系图的路由技术研究

随着卫星技术和通信技术的发展,由全功能大型卫星组成的卫星星座网络正逐渐被由大量微小型卫星组成的分布式自组织星群网络所替代.这种新型卫星网络架构给星间数据通信和路由带来了自组织、自适应能力方面的问题.本文从延迟容忍的角度考虑,提出利用卫星周期性运动的特点构建网络结构,建立联系图来计算和选择路由.针对异常情况,采用被动发现和重路由机制重构网络拓扑,并利用满消息和空消息的传递来避免拥塞和控制流量.使用OPNET搭建网络仿真场景,分析对比该方案的性能.实验结果表明:与Flood路由、Spray-and-wait路由、Random路由相比,本文提出的路由技术具有更高的抗毁性能,且在平均端到端时延上从2 377s降到16s,平均吞吐量上从1 696bit/s提高到2 895bit/s.     

基于VRNET的卫星路由算法研究与仿真

分析了目前已有卫星路由算法,讨论了其中具有代表性的多层卫星网络路由算法MLSR,在此基础上提出并设计了一种适合LEO&MEO&GE0多层卫星网络的路由算法DTMLSR,该算法充分利用了卫星通信网络的规律性和可预知性,利用地面网关来传输部分链路信息,有效地减少了路由计算开销,缩短建路时间.另外通过增加卫星网络流量监测及接入卫星的选取机制,平衡了网络流量分布,降低了网络的丢包率,并在一定程度上减少了通信业务的端到端时延.     

星地融合网络中的流量卸载研究

卫星网络与地面网络融合,可以拓展网络覆盖范围、提高网络灵活性以及提升网络资源利用率.针对地面网络流量激增带来的网络拥塞、传输时延长、数据吞吐量低等问题,从网络架构、流量卸载方案、流量卸载决策等3个方面对星地融合网络中的流量卸载进行了研究.从网络架构来看,未来通信网络正逐渐走向卫星网络和地面网络融合的一体化网络;从流量卸载方案来看,星地融合网络中流量卸载的关键技术主要包括软件定义网络、网络功能虚拟化、移动边缘计算以及星间链路协作;从流量卸载决策策略来看,分别基于时延、能耗和吞吐量分析归纳总结了几种主流流量卸载决策策略;指出了星地融合网络中流量卸载研究存在的主要挑战及下一步的潜在研究方向.