基于負載平衡的新一代核心網(wǎng)絡技術研究.pdf

1、隨著Internet的廣泛應用和高速發(fā)展，用戶對網(wǎng)絡的性能、質(zhì)量和業(yè)務的要求與日俱增，網(wǎng)絡資源的消耗和網(wǎng)絡擁擠日見顯著。如何為用戶提供多樣化的服務質(zhì)量保障，如何使網(wǎng)絡資源分配更合理、利用率更高效，是網(wǎng)絡研究面臨的挑戰(zhàn)。為此，對新型網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡技術和網(wǎng)絡設備改造的研究在世界各國紛紛開展，虛擬化網(wǎng)絡、負載平衡網(wǎng)絡等新型網(wǎng)絡架構(gòu)、網(wǎng)絡技術不斷涌現(xiàn)。然而，這些新技術目前還缺乏成形的網(wǎng)絡解決方案和相關技術算法，如何將他們具體化，推進他們在網(wǎng)

2、絡中的應用，是研究的熱點。
　　 新型網(wǎng)絡技術的研究將涉及到網(wǎng)絡中的多個方面，隨著網(wǎng)絡和業(yè)務需求的多樣性發(fā)展，研究所涉及的問題也非常廣泛。本論文分別從支持區(qū)分QoS的高性能路由器交換結(jié)構(gòu)的研究、基于負載平衡思想的路由策略的研究和虛擬網(wǎng)絡與現(xiàn)實物理網(wǎng)絡之間的映射算法的研究等幾個方面進行了探討。具體為：
　　 1、目前支持區(qū)分QoS的高性能路由器交換結(jié)構(gòu)存在中心算法調(diào)度、反饋機制、結(jié)構(gòu)復雜等問題。本文利用PPS結(jié)構(gòu)降速特點和

3、負載平衡思想，并參考虛擬化技術思路，設計一種支持區(qū)分QoS的高性能路由器交換結(jié)構(gòu)：Weighted-Layer-Assignment Parallel Packet Switch（WLA-PPS）。WLA-PPS基于權重為不同QoS類包流分配相區(qū)分的交換層，并僅需用輪轉(zhuǎn)，就實現(xiàn)了分布式、區(qū)分QoS支持和降速交換。經(jīng)理論推導和仿真驗證：WLA-PPS可以對不同QoS類包流進行單獨的測量、管理和控制，并能在擁塞情況下保證高QoS包流的交換穩(wěn)

4、定性、帶寬和時延性，且比基于中心調(diào)度和反饋的結(jié)構(gòu)擁有更好的吞吐量。WLA-PPS實現(xiàn)復雜度低、不需要中心控制和反饋、簡易動態(tài)可調(diào)，為新一代高性能路由器交換結(jié)構(gòu)設計和虛擬化框架下的核心路由器交換結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提供了思路，研究成果己申請國家發(fā)明專利。
　　 2、Valiant Load-balancing（VLB）路由存在全網(wǎng)邏輯全互連（FullMesh）、中心節(jié)點（網(wǎng)）、拓撲單一等問題，以至難以推廣。為解決這些問題，本文受蜂窩網(wǎng)中小區(qū)劃

5、分的結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，設計兩種基于VLB的路由算法：Transit-Transit（TT）-VLB路由和Transit-Peering（TP）-VLB路由。TT-VLB和TP-VIB將核心/骨干網(wǎng)絡中的節(jié)點分
　　 為多個小區(qū)域，采用不同的邏輯連接和路由方式，僅需局部邏輯全互連、無中心節(jié)點（網(wǎng)）要求、適用于廣泛的拓撲結(jié)構(gòu)。經(jīng)理論推導和仿真驗證：TT-VLB具有接近VLB的吞吐量、抗毀能力和更優(yōu)的時延性；TP-VLB保持了一定的VLB性

6、能，擁有較少的跳數(shù)、較短的路徑。為VLB路由的應用拓展提供思路。
　　 3、虛擬網(wǎng)映射算法中存在匹配方程求解復雜、計算花銷大、缺乏具體路徑選擇方法等問題。為解決這些問題提出了利用負載平衡和小區(qū)分劃的思想，設計一種虛擬網(wǎng)映射算法：Valiant Load-balancing-Virtual Network Embedding（VLB-VNE）。VLB-VNE將核心/骨干網(wǎng)絡中的節(jié)點分為多個小區(qū)域，小區(qū)域內(nèi)采用邏輯全互連和負載平衡路

7、由，小區(qū)域間利用最短路徑路由和貪婪式迭代匹配算法完成虛擬網(wǎng)映射。經(jīng)理論推導和仿真驗證：VLB-VNE構(gòu)建合理、易被映射的現(xiàn)實網(wǎng)絡，并將節(jié)點和鏈路的映射統(tǒng)一模塊化，映射匹配簡單，計算花銷小、路由路徑簡易明確，并擁有負載平衡路由的優(yōu)秀時延和吞吐量性能。
　　 4、缺乏一種簡易的對PPS等高性能路由器交換結(jié)構(gòu)仿真方法制約著高性能路由器交換結(jié)構(gòu)的研究。為此，提出一種基于NS2軟件的搭建PPS結(jié)構(gòu)仿真平臺的方法。通過修改NS2軟件中的構(gòu)件