基于認(rèn)知的SDN資源管控與優(yōu)化問題研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)流量爆炸式增長(zhǎng)，面對(duì)靈活多樣的應(yīng)用需求，互聯(lián)網(wǎng)固有的架構(gòu)早已不堪重負(fù)，網(wǎng)絡(luò)需要融入更多的靈活性，即通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)的感知、配置從而靈活有效的利用資源。SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)是一種創(chuàng)新的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其核心思想是:通過數(shù)據(jù)與控制平面的分離，借助統(tǒng)一、廠商無關(guān)的控制與數(shù)據(jù)平面開放接口，無論是研究人員還是網(wǎng)絡(luò)管理人員都可根據(jù)頂層服務(wù)或網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用構(gòu)建和呈現(xiàn)邏輯的全網(wǎng)視圖，完成網(wǎng)絡(luò)分片和底層網(wǎng)絡(luò)的虛擬化，從而為形式各異的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供靈

2、活的承載服務(wù)。
　　SDN體系架構(gòu)發(fā)展過程中存在不少亟待解決的難點(diǎn)，如控制面形態(tài)的集中與分布，多控制面的可用與有效協(xié)作，自適應(yīng)的配置與管控網(wǎng)絡(luò)資源等。本文分析了自主認(rèn)知在SDN網(wǎng)絡(luò)中的重要作用，在SDN體系中抽象提取了認(rèn)知平面，提出了基于認(rèn)知的SDN網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)，并分析認(rèn)知平面的各部分對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)管控所起的作用，本文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)從業(yè)務(wù)流分析入手，對(duì)目前網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特性進(jìn)行了深入挖掘和總結(jié)。分析和研究現(xiàn)存的

3、聚類算法，從優(yōu)化面向SDN服務(wù)承載網(wǎng)的鏈路利用率的角度，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)時(shí)間等特性提出了二次聚類的算法。該聚類算法從人的因素出發(fā)，發(fā)掘不同時(shí)間段業(yè)務(wù)特性對(duì)業(yè)務(wù)流聚合的影響，并兼顧業(yè)務(wù)流QoS特征指標(biāo)進(jìn)行聚類，仿真表明該算法能有效的提高鏈路利用率。該算法可適用于差異化業(yè)務(wù)流的合并需求，較好的解決了不同業(yè)務(wù)流合并和分類問題，具有一定的普適性。
　　(2)把感知得到網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)變化與不同業(yè)務(wù)特征及對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)管理需求有效的結(jié)合起來，通過對(duì)

4、需求、網(wǎng)絡(luò)資源的多粒度建模，形成了支撐可變粒度的聯(lián)合資源表征方法。解決了不同類型的業(yè)務(wù)如何構(gòu)建合適的SDN服務(wù)承載網(wǎng)問題，借鑒人工智能中的智能體探索源目的路徑的思路，提出一種集拓?fù)湟晥D、狀態(tài)視圖、資源視圖為一體的新型網(wǎng)絡(luò)視圖，基于該視圖及聯(lián)合資源表征方法設(shè)計(jì)了適配的認(rèn)知管控策略方法。仿真表明，該方法在知識(shí)表征、策略庫構(gòu)建及基于智能代碼的面向SDN服務(wù)承載網(wǎng)信息搜索、資源重分配等管控問題上能完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化處理，同時(shí)并未引起明顯的計(jì)算開銷

5、。
　　(3)提出了一種控制平面和多個(gè)數(shù)據(jù)平面之間表同步算法，該算法采用優(yōu)先級(jí)消息隊(duì)列與定時(shí)發(fā)送同步消息機(jī)制，可有效避免在分布式數(shù)據(jù)平面節(jié)點(diǎn)間表項(xiàng)下發(fā)時(shí)問差和丟包造成的內(nèi)容不一致，實(shí)驗(yàn)表明，該算法在數(shù)據(jù)平面節(jié)點(diǎn)間表發(fā)生不同步情況，可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)并恢復(fù)，從而提高SDN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面的穩(wěn)定性和可靠性。
　　(4)從SDN網(wǎng)絡(luò)控制平面的高可用性角度出發(fā)，為了解決備份信息在選路及傳送過程中存在的競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作問題，提出了一種基于博弈

6、論的備份協(xié)作激勵(lì)機(jī)制，該機(jī)制保障網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)可用性的同時(shí)，保證了控制節(jié)點(diǎn)資源負(fù)載公平性。借鑒強(qiáng)化學(xué)習(xí)的理論方法提出了一種基于Q學(xué)習(xí)的旁路路徑選擇算法和基于Q學(xué)習(xí)節(jié)點(diǎn)分流算法，仿真證明該算法能在有效時(shí)間內(nèi)收斂并明顯的提高網(wǎng)絡(luò)備份信息的吞吐量，對(duì)整個(gè)控制平面的高可用性提高起到了關(guān)鍵的作用。
　　本文的研究依托973計(jì)劃項(xiàng)目“可重構(gòu)信息通信基礎(chǔ)網(wǎng)體系研究理論”、863重大項(xiàng)目“可重構(gòu)路由器構(gòu)件組研制”，以及“可重構(gòu)柔性試驗(yàn)網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備工程