基于软件定义网络的服务质量管控系统的设计与实现

摘要

随着网络规模的急剧膨胀和网络业务类型的日益多元化发展，一些新型网络应用如视频会议、VoIP、远程教育等对网络资源的需求越来越高，现有的网络体系架构在满足应用请求的同时暴露出很多的弊端。智慧协同理论(Smart andCooperative Theory)的提出为研发网络新应用和资源管理提供了一种新的解决方案，资源适配层“控制与转发分离”的设计提供了网络资源动态适配和网络虚拟化的构思，使得网络的控制和管理更加灵活和高效。
　　本文将智慧协同网络理论的设计思想应用在服务质量管控系统中，以OpenFlow协议为实现手段设计一个基于网络虚拟化管控和拉格朗日最短路由路径的服务质量管控系统。
　　首先，本文概述了智慧协同网络理论和软件定义网络体系架构，介绍了当前的QoS(Quality of Service，服务质量)管理模型，针对智慧协同理论中在对网络资源进行灵活管理以满足用户体验的需求，本文提出了一种在SDN中基于路由动态分配与网络资源虚拟化相结合的资源管理方案。
　　其次，分别介绍智慧协同网络中路由动态分配和网络资源虚拟化管理的实现机制，阐述了软件定义网络中基于多约束条件的QoS路径优化算法，通过实时监控网络资源的使用状况，对拥塞链路上的流量进行重路由，降低因共享路径而产生的负载，实现了对网络资源的动态管理。由于多约束条件的QoS路由计算问题是NP-Complete，提出基于拉格朗日松弛的启发式算法计算最优解。
　　最后，本文在资源动态分配的基础上进一步提出了网络资源虚拟化的设计方案，通过对网络拓扑、流量、带宽的隔离实现对网络资源的灵活分配。最后设计模拟实验场景和物理实验台测试环境对本文提出的资源管理方案进行对比验证，实验结果表明本文提出的资源管理方案能够充分利用网络可用资源，快速调整网络的负载状况，提高了网络资源利用率，保障流量的可靠传输。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．3 论文主要工作

1．4 论文主要结构

2 相关技术概述

2．1 智慧协同理论

2．2 OpenFlow协议介绍

2．2．1 SDN网络简介

2．2．2 OpenFlow协议

2．3 多约束QoS路由问题研究

2．3．1 多约束QoS路由算法

2．3．2 拉格朗日松弛的启发式算法

2．4 本章小结

3 基于软件定义网络的服务管控系统设计

3．1 服务集中管控系统层次划分

3．2 网络应用服务层设计

3．2．1 管理服务器模块

3．2．2 应用服务器

3．3 服务集中控制层设计

3．3．1 控制器网络监测模块

3．3．2 控制器网络标识模块

3．3．3 控制器流策略模块

3．3．4 控制器网络虚拟化管理模块

3．4 本章小结

4 基于软件定义网络的服务管控系统实现

4．1 应用服务层关键技术实现

4．1．1 管理服务器

4．1．2 应用服务器

4．2 控制器服务质量集中管控层实现

4．2．1 网络状态监测模块实现

4．2．2 网络标识模块实现

4．2．3 网络虚拟化管理模块实现

4．2．4 QoS流策略模块实现

4．3 本章小结

5 关键技术测试

5．1 测试环境搭建

5．2 系统测试方案

5．3 实验结果及分析

5．4 本章小结

6．1 论文工作总结

6．2 进一步研究展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集