基于切片划分的网络资源控制机制的研究与实现

随着网络与日常生活结合的日趋紧密,网络流量规模及类型不断增加,用户需求也不断纷繁复杂,如何满足各类应用QoS需求同时尽可能提高网络资源利用率已逐渐成为网络管理的一个重要目标。然而现有方案受限于传统网络控制与数据转发的紧耦合性,网络设备缺乏灵活性,同时缺少对网络资源分配的整体把控,因而不能实现满足QoS需求同时最大化网络资源利用率的目标。为此,研究人员开始逐步开展对下一代网络体系结构的研究,作为其中的代表,SDN架构以其集中控制的优势为我们解决上述问题带来了新的可能,一方面,控制器可以实时收集全网状态,根据业务的不同需求分配资源,提高资源利用率；另一方面,控制器统一管理所有转发设备,控制灵活性增强。然而现有的基于SDN的相关研究工作大多仍仅针对应用QoS需求或网络资源利用率等单个目的,无法实现二者的兼顾。因此,本硕士论文针对现有SDN网络架构下资源控制机制中存在的问题,借鉴网络切片思想开展相关研究,主要工作内容包括以下几个方面：(1)提出了基于切片划分的资源控制模型。将网络资源划分成若干切片,以其作为资源分配和控制的对象,由此既有利于满足网络应用QoS需求又有利于提高网络资源利用率。(2)提出了面向应用类型的切片划分方法。为保障网络应用QoS需求,为每一类具有相同或相似需求的网络应用预先选择路由构成网络切片,分配资源；同时,构建过程综合考虑最大化网络资源利用率,寻找可传输的多条路径,最后利用OpenFlow交换机端口多队列特性,将切片构造结果部署于OpenFlow交换机上。(3)提出了基于网络状态的两级流量调度方法。以切片划分结果为基础,结合网络实时负载,设计切片间及切片内两级流量调度方案,首先以QoS保障为目的,设计切片间调度方案,为每条流选择满足其QoS需求的切片,其次,在切片内部,以链路负载均衡及提高网络资源利用率为目标,设计切片内调度方案,按照最差适应原则最终选定用于流量传输的路由,并通过流表下发调度结果。综上所述,本论文对网络资源控制机制问题进行了深入研究,建立了SDN下基于切片划分的资源控制机制,同时搭建SDN实验平台,设计资源控制机制的整体架构和执行逻辑,开发实现了多个子功能模块。仿真实验及系统实验结果表明,本论文研究成果能够实现对网络资源的灵活控制,满足应用QoS需求的同时提高网络资源的利用率,从而更好地实现网络管理。