SDN在IP網(wǎng)絡的流量調(diào)度應用研究.pdf

1、隨著IP骨干網(wǎng)上用戶和業(yè)務流量的急劇增加，各大運營商對骨干網(wǎng)的投資日益增大，但骨干網(wǎng)的資源利用率卻一直低下。基于SDN(Software Defined Network)架構的流量工程可以在一定程度上解決該問題，從而促進了學術界和工業(yè)界對 IP現(xiàn)網(wǎng)流量模型以及SDN架構下的IP骨干網(wǎng)流量調(diào)度算法的研究，其中Google通過將 SDN技術應用到跨數(shù)據(jù)中心廣域網(wǎng)，達到了接近100％的資源利用率。但是，網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大導致業(yè)務量矩陣的數(shù)量呈指

2、數(shù)增長，在基于SDN架構的流量工程中處理海量的業(yè)務量矩陣將影響流量調(diào)度算法的性能以及網(wǎng)絡穩(wěn)定性，從而利用海量業(yè)務量矩陣進行網(wǎng)絡應用分析是不現(xiàn)實的。
　　針對IP骨干網(wǎng)資源利用率低以及基于SDN的流量工程處理海量業(yè)務量矩陣不現(xiàn)實的問題，本文首先參考Google跨數(shù)據(jù)中心廣域網(wǎng)部署方案，并結合關鍵業(yè)務量矩陣的概念設計新的SDN應用架構；然后對該架構中關鍵業(yè)務量矩陣提取模塊和路由計算模塊的算法實現(xiàn)進行了詳細研究；最后基于該架構，對關鍵業(yè)

3、務量矩陣在流量工程中的具體應用進行了性能分析。
　　本文具體研究內(nèi)容如下：(1)本文設計了SDN下基于關鍵業(yè)務量矩陣的IP骨干網(wǎng)應用架構，其核心部分是關鍵業(yè)務量矩陣提取模塊、路由計算模塊以及流控代理模塊。該架構在SDN技術的基礎上通過引入關鍵業(yè)務量矩陣概念，在進行網(wǎng)絡應用分析時僅對關鍵業(yè)務量矩陣進行分析，并保存分析結果，對于到達的業(yè)務量矩陣只需要調(diào)用其匹配的關鍵業(yè)務量矩陣的分析結果，從而達到提高流量調(diào)度算法的性能以及網(wǎng)絡穩(wěn)定性的目

4、的；(2)針對SDN應用架構中關鍵業(yè)務量矩陣提取模塊的實現(xiàn)，本文研究分析了基于關鍵性感知的聚類算法(CritAC)，針對該算法的局限性設計了不同的聚合代價函數(shù)(時間、路由策略、相似性)，并在分層聚類算法的基礎上提出了基于這些不同代價函數(shù)的關鍵業(yè)務量矩陣提取算法：基于時間感知的關鍵業(yè)務量矩陣提取算法(CritTimeAC)，基于路由策略感知的業(yè)務量矩陣提取算法(RoutePolicyAC)以及基于相似性感知的業(yè)務流矩陣提取算法(Simil

5、arAC)，并對各算法進行仿真以及性能對比分析；(3)針對SDN應用架構中路由計算模塊的實現(xiàn)，本文重點研究了QoS多約束路由問題，將該問題建立混合整數(shù)規(guī)劃，并基于A*思想提出了改進的隨機化求解算法，以保證為接入業(yè)務找到滿足QoS需求且較優(yōu)的可行路徑，與現(xiàn)存算法與優(yōu)化模型相比，該算法是一種更快速、高效的QoS多約束路由求解方法；(4)為了驗證(1)中所提應用架構的有效性，本文在此應用架構下首先提出了針對多業(yè)務量矩陣的路由優(yōu)化方案和多路由切