多域软件定义弹性光网络中Broker间的博弈研究

摘要

近年来随着互联网的迅猛发展，用户的带宽需求也呈现出多样化的爆炸式增长，对网络的带宽容量、灵活性以及动态性等提出了要求。光网络以其在带宽容量方面的巨大优势受到了广泛关注。有研究人员提出的弹性光网络(Elastic Optical Network，EON)采用基于灵活栅格(Flexi-Grid)的光正交频分复用技术（Optical Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，O-OFDM）在较细粒度上（12.5GHz或者更窄）进行带宽分配，能够实现频谱资源的高效灵活配置。将EON网络与软件定义网络（Software-Defined Networking，SDN）相结合得到的软件定义弹性光网络(Software-Defined Elastic Optical Network，SD-EON)，不仅能够继承EON网络在频谱配置方面的优势，还可以融合SDN网络所提供的强大的网络管控平台。多域SD-EON网络中，为了更好地满足跨域光路的搭建，跨域请求服务代理Broker被引入到控制层之上的管理层负责协调各个控制器搭建跨域光路。继而基于多Broker的多域SD-EON网络架构被提出以提高网络的可生存性和跨域服务的可靠性。控制器向Broker提交跨域光路请求，Broker计算跨域光路路径并通过搭建跨域光路获取利润。这就导致了Broker之间存在着竞争关系，利用博弈论描述Broker间的市场行为。
　　对Broker间的非合作博弈展开研究。控制器将跨域光路请求提交给所有Broker，Broker各自独立计算服务方案并决策出价，由于控制器是理性的，因此会选择报价最低的Broker提供跨域服务。Broker受市场利益驱动希望实现收益最大化，因此Broker对价格的决策非常重要。利用博弈论分析在一个简单场景下的纳什均衡点。此外，为Broker在更实际的场景中设计相应的竞价策略，即利用高斯核密度估计函数根据其他Broker的历史出价来预测其未来出价行为，从而做出最佳出价以获得最大收益。最后，设计相应的仿真实验，并通过分析实验结果证明Broker间的竞争有助于网络底层资源更合理的利用，同时设计的定价策略能够提高Broker的收益。
　　为了进一步保护Broker的利益，在非合作博弈的基础上对Broker的合作博弈展开研究。采用基于纳什讨价还价理论(Nash Bargaining)的市场分割的合作博弈机制，将跨域请求根据各个Broker期望收益等参数进行分割，每个Broker只能对自己市场份额内的请求进行报价及服务。首先，通过引入市场分割引擎为Broker提供一个合作性的博弈平台。然后，将请求分割用数学模型抽象成一个纳什讨价还价问题，利用纳什讨价还价理论对跨域请求在Broker之间进行分割，设计相应的启发式算法实现时间高效的无资源冲突的请求分配，并通过仿真验证算法的性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1．软件定义弹性光网络

1．1．2．多Broker的多域软件定义弹性光网络

1．1．3．Broker间跨域请求服务的博弈

1．2 研究现状

1．3 论文研究内容和组织结构

1．3．1．论文研究内容

1．3．2．论文结构

1．4 本章小结

第2章 Broker间的非合作博弈研究

2．1 多Broker的多域SD-EON网络架构

2．2 Broker间非合作博弈流程

2．3 Broker间的竟价策略研究

2．3．1．简单场景下的纳什均衡点分析

2．3．2．基于核密度估计预测的竟价策略设计

2．4 仿真评估

2．4．1．仿真设置

2．4．2．基于多Broker的多域SD-EON网络性能验证

2．4．3．Broker竟价策略性能验证

2．5 本章小结

第3章 Broker间的合作博弈研究

3．1 Broker间基于市场分割的多域SD-EON网络架构

3．2 Broker问基于市场分割的合作博弈流程

3．2．1．基于市场分割的Broker间合作博弈的定价策略

3．2．2．跨域光路搭建阶段的资源冲突

3．3 基于纳什讨价还价理论的无冲突的请求分配算法

3．3．1．纳什讨价还价理论

3．3．2．基于纳什讨价还价理论的请求分割

3．3．3．无冲突的请求分配算法

3．3．4．算法复杂度分析

3．4 仿真评估

3．4．1．仿真设置

3．4．2．合作博弈中的算法性能验证

3．4．3．合作博弈和非合作博弈场景的对比

3．4．4．合作博弈中不同Broker的对比

3．5 本章小结

第4章 工作总结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果