软件定义网络的集中式带宽分配机制

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软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)基于可编程的思想将网络转发和网络控制进行解耦,如今己经广泛应用于数据中心网络中。卫星通信网存在网络配置不灵活、无法为用户按需提供服务的问题,软件定义网络可以通过数据平面与控制平面分离的方式解决这些问题。如今软件定义技术在卫星网络的应用大多数都是关于软件定义卫星网络的架构以及场景设计的研究,但是很少有人关注该网络架构下能够为用户提供服务质量保障的星间链路路径规划算法设计。本文基于现有的软件定义卫星网络架构,对控制器中的集中式带宽分配算法进行研究,研究工作主要分为以下三个部分。首先,本文提出了基于0-1型整数型规划的带宽分配算法。这个算法定义了用户请求的通用模型,设计了适用于卫星网络场景的请求寻路算法,提出了适用于不同场景的方案最优化目标,分别可以实现网络整体资源利用率最优化、用户服务率最大化以及用户的差异化服务。然后,本文提出了基于时间预约的带宽分配机制。卫星网络中存在一些有时间计划性的应用,该算法可以为这类请求提供带宽预约服务。该算法对Dijkstra算法进行改进,并提出了链路资源状态更新算法,在满足用户请求的前提下能够实现网络资源的充分利用。最后,本文基于C++和MATLAB搭建仿真系统,对文中这两个基于软件定义网络的集中式带宽分配算法性能进行仿真。这个系统能够实现随机生成网络拓扑和用户请求,统计并分析了网络中的整体资源利用率以及各个优先级用户的服务率。在使用Salam代码随机生成的20节点的网络拓扑下,采用0-1型整数型带宽分配算法可以使网络资源利用率达到95%,相比传统的IntServ算法网络资源利用率提升了 12%。实验结果证明基于时间预约的带宽分配算法可以使用户服务率提升20%,实现了对资源细粒度的分配。实验结果说明了本文提出的两个算法是适用于卫星网络的可靠带宽分配机制。
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