1. 研究目的与意义（文献综述）

近几年，随着移动互联网、电子商务等服务的不断兴起和发展，用户数量成比例增加，互联网的规模与流量成爆炸式增长，使以ip为核心的传统网络体系架构暴露出越来越多的问题，例如可扩展性差、迁移麻烦、控制分散等。传统网络体系架构越来越不能满足快速配置、按需调用、自动负载均衡的要求。为了寻求解决办法，斯坦福大学cleanslate项目研究小组提出了一种新型的网络体系结构，即软件定义网络（sdn）。在该网络体系中，将传统网络中的控制层抽象到一个层次中，与数据转发层相分离，控制层负责控制与管理整个网络的所有处理动作，而open flow交换机只负责数据在网络中的转发等操作，因而sdn给人们提供一种对网路新的认识，促进了整个it界的发展，同时也慢慢地成为了计算机网络结构发展的焦点。另一方面，由于数据中心一般是由一个研究机构、单位或企业搭建并集中控制管理，跟sdn集中控制的思想几乎完全契合，因此 sdn 在当前环境下最主要的应用场景或者说现实应用需求都在数据中心。sdn环境下数据中心可以更方便快速的引入新的网络应用和功能，底层交换机只负责执行下发流表上的转发任务功能，网络的控制交由控制层同一管理，一旦有新的网络功能需要添加，只需要在控制层接入对应的算法策略，不需要对底层硬件进行更新换代，可以解决传统分布式网络扩展性差、维护调试困难的问题。sdn技术为解决传统数据中心的问题提供了新的思路，其中数据中心由于其集中处理海量数据，对链路的负载均衡提出了严格要求。如果数据中心网络拥挤，内部流量有丢包或吞吐量不够，可能就会导致搜索查询时间过长，通信的延时，或是游戏体验差等等恶劣情况，造成一系列重大损失。负载均衡是保证网络服务质量可用性与可靠性的最基本策略之一，通过充分利用系统资源和计算能力来提高服务器带宽容量，增强网络流量的响应能力，从而可以避免网络拥塞，以此来保证网络的稳定性和可重用性。

由于sdn是近几年新兴的网络架构，对这种网络架构下负载均衡技术的研究才刚刚起步，相应的成熟成果还较少。2012 年 koerner m 等人给出了一种支持多服务的open flow负载均衡方案，使不同的服务各自有一个控制器对其执行处理任务，而这些不同种类的控制器又都有自己的负载均衡算法，这种方法能够有效的对不同的服务执行差异化处理，从而实现网络的负载均衡。2013年li y，pan d 给出了一种动态负载均衡算法dlb，这种算法的目标场景是数据中心网络。在这种算法中最小单位是“流”，通过引入深度优先算法，所有从源节点出发的流量先向上传输直至需要访问的最高层级节点，然后向下继续转发直到目的节点，该算法通过利用贪婪策略使得在每一跳上都能够选择当前最大空闲带宽的链路。此外还有基于云计算中节点数目很大所造成的数据传输时间长的问题提出的数据放置与任务调度算法、综合考虑cpu运行情况和内存的利用率情况提出的一种负载均衡算法等等，这些不但实现了整个网络的稳定运行，同时也降低了网络运营中的硬件成本开销。

随着网络流的增加，链路负载不均衡性越来越严重，进而造成网络流丢包率和延迟上升以及吞吐量下降等网络性能问题。本设计以提高网络链路均衡和流传输质量为目标,设计针对网络流的路径分配策略。蚁群算法在寻路问题上应用广泛，同时其自组织性和正反馈性也使得算法具有环境适应能力强、收敛性佳的优点。将蚁群算法用于控制器的路径选择，利用其群体智能性来规划路径，可提高网络链路的负载均衡度和流传输质量。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容和目标:

在理解sdn的原理、架构以及南向接口协议基础上，学习open flow控制器，分析sdn下的负载均衡技术；将蚁群算法引入到链路的负载均衡中，并阐述具体步骤；使用开源控制器opendaylight/floodlight和底层网络设备mininet分别模拟数据平面和控制平面，对sdn数据流和网络拓扑进行合理设置，由算法制定转发策略来指导数据流的传输，从而测试负载均衡效果。

拟采取的技术方案及措施：

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，学习相关基础知识，确定方案，完成开题报告。

第4-6周：了解sdn架构和接口协议等相关技术，理解群蚁算法的原理，将蚁群算法引入sdn控制器实现负载均衡方案。

第7-13周：学习java编程语言和python脚本语言，熟悉mininet和opendaylight/floodlight软件，搭建网络实验环境进行仿真，得出实验结果。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 吴舢．一种基于sdn的网络负载均衡方案的设计与实现[d]．复旦大学，2014．

[2] 赵梦亚，龙昭华，蒋贵全，等．基于openflow的负载均衡机制[j]．计算机工程与设计，2015，36 ( 9)：2356-2360．

[3] 黄韬等．软件定义网络核心原理和应用实践[m]．北京：人民邮电出版社，2016．