摘 要

随着用户对网络业务需求的日益增长，网络的体系规模也可以庞大和复杂，传统的IP网络已经不能满足用户需求了。而现阶段网络的集散控制，大大降低了服务提供商对于网络的控制程度，由于对网络的不可控性，网络延时，丢包现象将时常发生。为了解决网络阻塞等问题，流量优化以优化网络性能和流量传输为目的，是解决新型网络结构必不可少的成分。虽然在当前IP网络中，也有不少对该技术的研究，但是已有的技术已经不能面对网络日益增长的复杂环境。

针对无线网络中各类业务流量对路由过程中的时延和丢包等参数的要求不同的问题，可以用流量估计技术测量通信两端的流量，并利用压缩感知重构算法来估计流量矩阵，用分流技术来根据不同业务需求来合理分配流量比，通过混合线性几何规划求解全局最优解，形成最终的配置信息，下发给数据平面。两技术的完美结合，最终可以完美的解决目前网络所面临的挑战，满足用户日益增长的需求。

关键词：软件定义网络 流量矩阵估计 压缩感知重构算法 分流优化

Abstract

With the increasing demand of users for network services, the scale of network system can also be huge and complex, and the traditional IP network can no longer meet the needs of users. At present, the distributed control of the network greatly reduces the control degree of the service provider for the network. Because of the uncontrollability of the network, network delay, packet loss will often occur. In order to solve the problem of network congestion, traffic optimization is an essential part of solving the new network structure. Although in the current IP network, there are many researches on this technology, but the existing technology can not face the increasingly complex network environment.

In view of the different requirements of various types of traffic in wireless networks for parameters such as delay and packet loss in the routing process, we can use traffic estimation technology to measure the traffic at both ends of the communication, and use compressed sensing reconstruction algorithm to estimate the traffic matrix, use diversion technology to reasonably allocate the traffic ratio according to different business needs, and solve the global optimal solution through hybrid linear geometric programming, Form the final configuration information and distribute it to the data plane. The perfect combination of the two technologies can finally solve the current network challenges and meet the growing needs of users.

Key words: software defined network, traffic matrix estimation, compression perception reconstruction algorithm , shunt optimization

目录

摘要 2

Abstract 3

第一章 绪论 5

1.1 研究工作的背景与意义 5

1.2 国内外研究现状 5

1.3 研究内容 6

1.4 论文结构 7

第二章 基于SDN的流量调度方法 8

2.1 SDN的基本架构 8

2.2 SDN的关键技术 9

2.3 基于SDN 的流量调度系统架构 11

2.4 流量工程简介 12

第三章 SDN流量估计和分流联合优化策略研究 14

3.1 引言 14

3.2 问题建模 14

3.3 基于压缩感知的OMP算法 17

3.3.1 测量任务分配算法 17

3.3.2 基于OMP的流量估计算法 18

3.3.2.1 流量矩阵的稀疏表示 18

3.3.2.2构建随机矩阵 19

3.3.2.3 基于正交匹配追踪的重构算法 19

3.4 基于混合线性几何规划的分流算法 20

3.4.1 混合线性几何规划简介 21

3.4.2 单项式逼近及变量替换 21

3.4.3内点法求解 22

第四章 仿真验证与性能评估 23

4.1 仿真设置 23

4.2 仿真结果及分析 24

第五章 展望与总结 29

5.1 工作总结 29

5.2 工作展望 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 研究工作的背景与意义

当前互联网使用的主流协议规则就是IP网络，它并不是单一的网络协议，而是包含许多协议组成的协议簇。IP网络作为一种分布式架构，所以它的生存能力极强，可拓展性也很好，所以应用非常的广泛，为许多应用场景解决方案得到了广泛接受。但是它还是有许多根治不去的弊端：由于早期网络发展的不规范，没有考虑太过长远，所以后期进行拓展的时候为了向下兼容使得现在的协议显得繁琐复杂；而且全分布式架构也导致了不同网络节点间通信协议设置的十分复杂，比如部署一个VPN通道，需要在每个单元上单独配置相关设置，但新增单元时还需要将现存单元每个都重新配置一遍，十分麻烦。而且不同硬件所实用的IP协议也往往不一，而且这样的专为固定场景所设计的大型协议网络往往部署起来需要花费大量时间精力，这与互联网快速发展的需求是不相适应的。

为解决这些问题，SDN作为一种解决方案被设计出来。SDN是一种新近出现的网络部署方案，它的全称是软件定义网络，也即是通过软件层面的改变即可实现不同功能的网络。SDN将网络架构分为三层：控制层、数据层与应用层。数据层主要就是构建好的数据传输通道，它不仅包含物理传输介质，还包括用于简单存储转发的路由器。注意这里的路由器与我们现行使用的路由器是不一样的，它不再关注转发协议等复杂功能，是一种相对更底层的硬件。控制层就是SDN控制器，我们通过对控制器编程来统一部署转发规则等等复杂协议与功能，它可以和每一个 转发设备相连，进行部署工作。应用层是向上提供接口，可以为我们进行网络的软件开发提供方便。SDN是一次对网络框架的重构，重新划分软硬功能界限，它的本质是将网络问题的解决方法软件化，从而降低难度与成本。