基于可重构柔性网络的逻辑承载网构建理论与方法

摘要

互联网经过几十年的发展，展现了其强大的生命力和广阔的发展前景。但随着网络用户数量的不断增长，网络业务的类型不断丰富，以及我国“三网融合”国家战略计划的日益推进，使得传统网络体系架构难以适应未来互联网发展的需要。本文的工作正是在这样网络创新发展的大背景下，以国家863重大项目“新一代高可信网络”项目课题“可重构路由器构件组研制”为支撑，研究在基于可重构路由交换设备的柔性网络环境下，构建满足用户业务需求的逻辑承载网的理论与方法。
　　 针对上述研究目标，本文着重开展了可重构柔性网络环境下逻辑承载网构建方法和可重构综合管理系统的设计与实现的研究，具体包括以下几个方面的工作：
　　 首先，对世界各国的未来互联网研究计划及大规模试验床研发和应用现状进行了综述，引出基于可重构路由交换设备的面向服务提供的一体化承载网络体系架构设计，着重分析了一体化承载网络架构下的逻辑承载网的构建步骤和策略，并从全网角度提出了构建逻辑承载网的优化策略。
　　 其次，本文对网络虚拟化的发展历程和虚拟网构建方法进行了综述，分析了虚拟网构建的评价因素、构建策略和构建方法，详细介绍了基于线性规划和启发式算法的两种主要虚拟网构建方法。并对现有虚拟网构建方法进行总结，同时比较了虚拟网构建和逻辑承载网构建的异同点。展望了虚拟网构建算法的未来发展方向，提出虚拟网构建算法与真实网络环境相联系，和绿色节能相结合的两个发展方向。
　　 再次，本文研究了基于可重构路由交换设备的同质柔性网络环境下的逻辑承载网的构建方法。第一种方法是基于网络资源分布均衡的逻辑承载网构建方法，通过将构建需求分解为元需求，解决逻辑承载网映射中的网络资源分布均衡问题，提高嵌入式承载网映射需求的接受率，同时提高物理网络资源的利用率。第二种方法是基于虚拟路由器的承载网构建方法。考量路由节点的处理能力而非链路带宽，才是核心网络构建中的关键问题。通过比较单纯成本最小化模型和综合网络资源分布均衡与成本的复合模型，提高复合模型的接受率提高。
　　 同时，本文研究了基于可重构路由交换设备的异质柔性网络环境下的逻辑承载网的构建方法。在基于可重构路由交换设备的网络环境中，构建广电网、电信网、传统数据业务网和支持未来新技术应用的新网络类型等多种异质形态网络。提出构建过程中除满足构建需求因素外，需要考虑链路复用、避免子图分割和网络均衡的三个原则。该方法能够较好解决异质柔性网络环境下逻辑承载网的构建问题。
　　 此外，本文研究了在大规模网络环境下的逻辑承载网构建方法。提出基于带宽保证下和在宽带限制条件下的构建方法。该方法通过多商品流模型构建逻辑承载网，通过化简提高构建效率，降低构建时间复杂度，满足大规模网络环境的构建需要。
　　 最后，本文设计了一种基于Click Modular Router软件虚拟路由器的逻辑承载网构建模拟试验平台。详细介绍了模拟试验平台的实现基础、系统模型和各模块功能。在实验分析和验证过程中，通过重构软件虚拟路由器端口支持的协议，构建不同的逻辑承载网，通过网络监控测量工具分析网络吞吐量和丢包率，验证仿真试验平台的有效性及构建算法的性能与效率。

目录

文摘

英文文摘

致谢

图目录

表目录

1.绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义与目标

1.3 主要研究内容

1.4 论文组织

1.5 本章小结

2.可重构柔性网络体系架构

2.1 未来互联网试验床发展综述

2.1.1 传统互联网的问题和应对

2.1.2 未来互联网试验床

2.2 面向服务提供的柔性网络体系

2.2.1 背景介绍

2.2.2 面向服务提供的柔性网络

2.3 逻辑承载网构建理论

2.3.1 框架体系

2.3.2 构建策略

2.3.3 逻辑网构建

2.3.4 柔性网络的路由策略

2.3.5 柔性网络一体化问题

2.4 本章小结

3.虚拟网构建方法

3.1 网络虚拟化发展

3.1.1 历史发展

3.1.2 网络虚拟化研究方向

3.1.3 设计目标

3.2 虚拟网构建策略

3.2.1 基于构建成本和收益的虚拟网构建策略

3.2.2 基于网络均衡的虚拟网构建策略

3.3 虚拟网构建方法

3.3.1 线性规划的虚拟网构建

3.3.2 启发式算法的虚拟网构建

3.3.3 虚拟网构建与逻辑承载网构建异同

3.4 虚拟网构建研究展望

3.4.1 真实网络平台验证

3.4.2 绿色节能的虚拟网构建

3.5 实验分析

3.6 本章小结

4.同质逻辑承载网构建方法研究

4.1 基于网络均衡的逻辑承载网构建

4.1.1 算法概述

4.1.2 算法实现

4.1.3 实验结果及分析

4.2 基于虚拟路由器的逻辑承载网构建

4.2.1 网络模型和问题描述

4.2.2 数值结果

4.3 本章小结

5.异质逻辑承载网构建方法研究

5.1 背景介绍

5.2 算法概述

5.2.1 可重构网络环境

5.2.2 基于异质网络的逻辑承载网构建

5.2.3 构建模型

5.2.3 异质网络构建原则

5.3 算法实现

5.4 实验结果及分析

5.4.1 实验设定

5.4.2 实验数值结果

5.5 本章小结

6.大规模逻辑承载网构建方法研究

6.1 背景介绍

6.2 基于带宽保证的构建方法

6.2.1 问题模型

6.2.2 成本最小化构建模型

6.2.3 数值结果

6.3 带宽容量限制的构建方法

6.3.1 问题的基本数学模型

6.3.2 算法实现

6.3.3 实验结果及分析

6.4 本章小结

7.逻辑承载网构建试验平台设计与实现

7.1 背景介绍

7.2 平台设计

7.2.1 网络虚拟化

7.2.2 架构设计框架

7.3 平台实现

7.4 实验数据与分析

7.5 本章小结

8.总结与展望

8.1 本文工作总结

8.2 本文工作展望

参考文献

攻读博士学位期间的主要成果与科研项目经历