基于負(fù)載平衡的新一代核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究.pdf

1、隨著Internet的廣泛應(yīng)用和高速發(fā)展，用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能、質(zhì)量和業(yè)務(wù)的要求與日俱增，網(wǎng)絡(luò)資源的消耗和網(wǎng)絡(luò)擁擠日見(jiàn)顯著。如何為用戶(hù)提供多樣化的服務(wù)質(zhì)量保障，如何使網(wǎng)絡(luò)資源分配更合理、利用率更高效，是網(wǎng)絡(luò)研究面臨的挑戰(zhàn)。為此，對(duì)新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改造的研究在世界各國(guó)紛紛開(kāi)展，虛擬化網(wǎng)絡(luò)、負(fù)載平衡網(wǎng)絡(luò)等新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷涌現(xiàn)。然而，這些新技術(shù)目前還缺乏成形的網(wǎng)絡(luò)解決方案和相關(guān)技術(shù)算法，如何將他們具體化，推進(jìn)他們?cè)诰W(wǎng)

2、絡(luò)中的應(yīng)用，是研究的熱點(diǎn)。
　　 新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究將涉及到網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)方面，隨著網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)需求的多樣性發(fā)展，研究所涉及的問(wèn)題也非常廣泛。本論文分別從支持區(qū)分QoS的高性能路由器交換結(jié)構(gòu)的研究、基于負(fù)載平衡思想的路由策略的研究和虛擬網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)實(shí)物理網(wǎng)絡(luò)之間的映射算法的研究等幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。具體為：
　　 1、目前支持區(qū)分QoS的高性能路由器交換結(jié)構(gòu)存在中心算法調(diào)度、反饋機(jī)制、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。本文利用PPS結(jié)構(gòu)降速特點(diǎn)和

3、負(fù)載平衡思想，并參考虛擬化技術(shù)思路，設(shè)計(jì)一種支持區(qū)分QoS的高性能路由器交換結(jié)構(gòu)：Weighted-Layer-Assignment Parallel Packet Switch（WLA-PPS）。WLA-PPS基于權(quán)重為不同QoS類(lèi)包流分配相區(qū)分的交換層，并僅需用輪轉(zhuǎn)，就實(shí)現(xiàn)了分布式、區(qū)分QoS支持和降速交換。經(jīng)理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證：WLA-PPS可以對(duì)不同QoS類(lèi)包流進(jìn)行單獨(dú)的測(cè)量、管理和控制，并能在擁塞情況下保證高QoS包流的交換穩(wěn)

4、定性、帶寬和時(shí)延性，且比基于中心調(diào)度和反饋的結(jié)構(gòu)擁有更好的吞吐量。WLA-PPS實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低、不需要中心控制和反饋、簡(jiǎn)易動(dòng)態(tài)可調(diào)，為新一代高性能路由器交換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和虛擬化框架下的核心路由器交換結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)提供了思路，研究成果己申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。
　　 2、Valiant Load-balancing（VLB）路由存在全網(wǎng)邏輯全互連（FullMesh）、中心節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)）、拓?fù)鋯我坏葐?wèn)題，以至難以推廣。為解決這些問(wèn)題，本文受蜂窩網(wǎng)中小區(qū)劃

5、分的結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，設(shè)計(jì)兩種基于VLB的路由算法：Transit-Transit（TT）-VLB路由和Transit-Peering（TP）-VLB路由。TT-VLB和TP-VIB將核心/骨干網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分
　　 為多個(gè)小區(qū)域，采用不同的邏輯連接和路由方式，僅需局部邏輯全互連、無(wú)中心節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)）要求、適用于廣泛的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。經(jīng)理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證：TT-VLB具有接近VLB的吞吐量、抗毀能力和更優(yōu)的時(shí)延性；TP-VLB保持了一定的VLB性

6、能，擁有較少的跳數(shù)、較短的路徑。為VLB路由的應(yīng)用拓展提供思路。
　　 3、虛擬網(wǎng)映射算法中存在匹配方程求解復(fù)雜、計(jì)算花銷(xiāo)大、缺乏具體路徑選擇方法等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題提出了利用負(fù)載平衡和小區(qū)分劃的思想，設(shè)計(jì)一種虛擬網(wǎng)映射算法：Valiant Load-balancing-Virtual Network Embedding（VLB-VNE）。VLB-VNE將核心/骨干網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分為多個(gè)小區(qū)域，小區(qū)域內(nèi)采用邏輯全互連和負(fù)載平衡路

7、由，小區(qū)域間利用最短路徑路由和貪婪式迭代匹配算法完成虛擬網(wǎng)映射。經(jīng)理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證：VLB-VNE構(gòu)建合理、易被映射的現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)，并將節(jié)點(diǎn)和鏈路的映射統(tǒng)一模塊化，映射匹配簡(jiǎn)單，計(jì)算花銷(xiāo)小、路由路徑簡(jiǎn)易明確，并擁有負(fù)載平衡路由的優(yōu)秀時(shí)延和吞吐量性能。
　　 4、缺乏一種簡(jiǎn)易的對(duì)PPS等高性能路由器交換結(jié)構(gòu)仿真方法制約著高性能路由器交換結(jié)構(gòu)的研究。為此，提出一種基于NS2軟件的搭建PPS結(jié)構(gòu)仿真平臺(tái)的方法。通過(guò)修改NS2軟件中的構(gòu)件