Examining the Quality Metrics of a Communication Network with Distributed Software-Defined Networking Architecture

Software-Defined Networking(SDN),with segregated data and control planes,provides faster data routing,stability,and enhanced quality metrics,such as throughput(Th),maximum available bandwidth(Bd(max)),data transfer(DTransfer),and reduction in end-to-end delay(D(E-E)).This paper explores the critical work of deploying SDN in large-scale Data Center Networks(DCNs)to enhance its Quality of Service(QoS)parameters,using logically distributed control configurations.There is a noticeable increase in Delay(E-E)when adopting SDN with a unified(single)control structure in big DCNs to handle Hypertext Transfer Protocol(HTTP)requests causing a reduction in network quality parameters(Bd(max),Th,DTransfer,D(E-E),etc.).This article examines the network performance in terms of quality matrices(bandwidth,throughput,data transfer,etc.),by establishing a large-scale SDN-based virtual network in the Mininet environment.The SDN network is simulated in three stages:(1)An SDN network with unitary controller-POX to manage the data traffic flow of the network without the server load management algorithm.(2)An SDN network with only one controller to manage the data traffic flow of the network with a server load management algorithm.(3)Deployment of SDN in proposed control arrangement(logically distributed controlled framework)with multiple controllers managing data traffic flow under the proposed Intelligent Sensing Server Load Management(ISSLM)algorithm.As a result of this approach,the network quality parameters in large-scale networks are enhanced.

Naive Echo-State-Network Based Services Awareness Algorithm of Software Defined Optical Networks

As internet services newly emerge with diversity and complexity, great challenges and demands are presented to the Open Flow controlled software defined optical networks(SDON) to achieve better match between services and SDON. With this aim, this paper proposes a naive Echo-State-Network(Naive-ESN) based services awareness algorithm of the software defined optical network, where the naive ESN model adopts the ring topology structure and generates the probability output result to determine the Qo S policy of SDON. Moreover, the Naive-ESN engine is also designed in controller node of SDON to perform services awareness by obtaining service traffic features from data plan, together with some necessary extension of the Open Flow protocol. Test results show that the proposed approach is able to improved services-oriented supporting ability of SDON.

An MAC Layer Aware Pseudonym (MAP) Scheme for the Software Defined Internet of Vehicles

This paper proposes a cross-layer design to enhance the location privacy under a coordinated medium access control(MAC) protocol for the Internet of Vehicles(Io V). The channel and pseudonym resources are both essential for transmission efficiency and privacy preservation in the Io V. Nevertheless, the MAC protocol and pseudonym scheme are usually studied separately, in which a new MAC layer semantic linking attack could be carried out by analyzing the vehicles' transmission patterns even if they change pseudonyms simultaneously. This paper presents a hierarchical architecture named as the software defined Internet of Vehicles(SDIV). Facilitated by the architecture, a MAC layer aware pseudonym(MAP) scheme is proposed to resist the new attack. In the MAP, RSU clouds coordinate vehicles to change their transmission slots and pseudonyms simultaneously in the mix-zones by measuring the privacy level quantitatively. Security analysis and extensive simulations are conducted to show that the scheme provides reliable safety message broadcasting, improves the location privacy and network throughput in the Io V.

A Dynamic Approach to MIB Polling for Software Defined Monitoring

Technology trends such as Software-Defined Networking (SDN) are transforming networking services in terms of flexibility and faster deployment times. SDN separates the control plane from the data plane with its centralised architecture compared with the distributed approach used in other management systems. However, management systems are still required to adapt the new emerging SDN-like technologies to address various security and complex management issues. Simple Network Management Protocol (SNMP) is the most widespread management protocol implemented in a traditional Network Management System (NMS) but has some limitations with the development of SDN-like services. Hence, many studies have been undertaken to merge the SDN-like services with traditional network management systems. Results show that merging SDN with traditional NMS systems not only increases the average Management Information Base (MIB) polling time but also creates additional overheads on the network. Therefore, this paper proposes a dynamic scheme for MIB polling using an additional MIB controller agent within the SDN controller. Our results show that using the proposed scheme, the average polling time can be significantly reduced (i.e., faster polling of the MIB information) and also requires very low overhead because of the small sized OpenFlow messages used during polling.

基于Define-Use图的MPI通信求解算法

针对分布存储计算机系统并行编译过程中,为维持数据一致性而产生冗余通信的问题,提出一种优化的通信求解算法。该算法基于依赖关系分析和过程间数据流分析,通过遍历Define-Use图,获得更精确的通信数据,消除过程调用时产生的冗余通信。实验结果表明,将算法所得结果作为后端生成MPI通信代码的依据,可以有效减少通信量,加速比接近手工MPI并行程序。

SDN环境下流表篡改攻击的实时检测技术

通过分析OpenFlow协议中的流表项特征,构建了一个多层感知器神经网络模型。与传统的基于规则的检测方法相比,该模型在准确性和实时性方面均有显著提升,为保障软件定义网络(Software Defined Network,SDN)安全提供了有效的解决方案。

面向软件定义互连系统的多协议交换电路

为满足软件定义互连系统中异构协议融合互连的需求,提出一种两级多协议交换电路,该电路通过融合共享缓存与Crossbar这2种交换架构,实现对多种异构协议的报文转发需求的兼顾。同时,提出一种基于时隙的多级仲裁调度方法,实现调度过程中时间与空间的解耦。仿真结果表明,所设计的交换电路能够弹性适应绑定模式变化引起的交换规模及端口缓存、端口带宽需求变化,缓存资源利用率相较传统组合输入输出排队(CIOQ)架构最高提高87.5%,转发时延低至数十纳秒,不仅适用于RapidIO、光纤通道(FC)、Ethernet、外设部件互连快速总线(PCIe)单一协议交换,而且适用于多种协议组合的混合协议交换。

面向战术通信的SDN南向接口轻量化方法

随着无人装备和智能技术在现代战争中的广泛应用,对战场通信网络的带宽、服务质量、实时性等方面的要求也越来越高。将软件定义网络的技术思想引入战术通信网络,能够给战术网络的运维管理、资源调度等方面的能力带来显著提升。但由于战术通信环境在带宽、时延、机动性等方面与民用通信环境存在较大差异,最初面向民用场景设计的软件定义网络无法直接应用到战术通信场景中,需要解决南向接口控制开销大等问题。因此,在标准OpenFlow规范的基础上,提出了从可靠UDP承载、消息聚合机制、南向交互模式优化等方面,对南向接口进行轻量化设计,有效降低南向接口控制开销,并通过仿真验证了所提方案的可行性,满足战术场景下的通信需求。

面向电力数据中心的SDN技术研究综述

为了应对电力数据中心云化的安全性问题,软件定义网络技术(SDN)在电力数据中心中获得了广泛的使用.SDN技术能够将在网络系统中数据信息平面与管理平面相隔离,做到网络系统流量的敏捷有效管理.该文为了研究电网数据中心的SDN技术,首先介绍了数据中心的模型结构以及SDN技术架构;然后介绍了SDN技术几种体系架构,并论述了SDN技术中的南北向接口协议,分别阐述了在SDN架构中数据平面、控制平面以及应用平面的关键技术研究;最后,对该文研究工作的关键部分做了总论,并为未来的研究方向进行了展望.

基于分布式SDN的机动通信系统拓扑发现方法

针对目前传统机动通信系统、主流软件定义网络(software defined network,SDN)的拓扑发现方法不适合基于分布式SDN的机动通信系统这一问题,遵循OpenFlow拓扑发现算法(OpenFlow discovery protocol,OFDP)移植传输控制协议/网际协议(transmission control protocol/Internet protocol,TCP/IP)相关协议到SDN网络的研究思路,对开放最短路径优先(open shortest path first,OSPF)协议进行优化,精简协议状态机、优化协议报文、增加协议功能并设计拓扑发现算法,提出一种适合基于分布式SDN的机动通信系统的拓扑发现方法,并搭建仿真实验平台进行验证。实验结果表明,优化后OSPF协议适应于分布式SDN网络,网络拓扑建链时间降低80%且重新收敛时间显著降低,建链开销平均每秒接收字节数、发送字节数分别下降了31.7%和21.5%,维持开销平均每秒收发字节数降低了45%,增加了收集信道种类等网络信息的新功能。

基于ONOS的网络编程环境端口转发指令优化方法

软件定义网络SDN开放了网络的可编程能力,SDN编程环境在控制面的基础上提供进一步的编程抽象,简化用户编程过程,屏蔽底层通信协议的复杂性。但现有编程环境在协议支持、编程抽象和指令处理效率方面仍有不足。本文在通用开源控制器平台ONOS上实现了一种以POF协议为南向协议的编程环境,在编译器中,将中间结构转换为POF消息时进行优化,采用预先加载指令同时将转发动作写入流元数据的方式,减少对交换机空间的无效占用,提高交换机资源的利用效率。实验表明,本文实现的编程环境可正确地将用户策略的逻辑转换为POF消息,有效地控制交换机的转发行为,显著节省指令所占用的交换机内存资源。

软件定义网络:安全模型、机制及研究进展

软件定义网络(software defined networking,简称SDN)初步实现了网络控制面与数据面分离的思想,然而在提供高度开放性和可编程性的同时,网络自身也面临着诸多安全问题,从而限制了SDN在很多场景下的大规模部署和应用.首先对SDN的架构和安全模型进行分析;其次,从"SDN特有/非特有的典型安全问题"和"SDN各层/接口面临的安全威胁"两方面,对SDN中存在的典型安全威胁和安全问题进行分析和归纳;随后从6个方面对现有SDN安全问题的主要解决思路及其最新研究进展分别进行探讨,包括SDN安全控制器的开发、控制器可组合安全模块库的开发和部署、控制器Do S/DDo S攻击防御方法、流规则的合法性和一致性检测、北向接口的安全性和应用程序安全性;最后对SDN安全方面的标准化工作进行了简要分析,并对SDN安全方面未来的研究趋势进行了展望.

基于SDN的大型IP网络BGP路由优化方案

针对IP骨干网路由规模大、路径多、重叠度高而易绕转的问题,在分析传统BGP路由选路机制缺陷的基础上,采用SDN控制技术,提出了一种支持传统路由设备和OpenFlow设备的路由反射优化方法,并给出了具体实现算法及部署方案。典型应用场景的测试结果表明,国际访问时延平均缩短了30%,验证了方法的有效性。

基于FPGA的软件定义流量发生器

流量发生器广泛地应用于各种网络环境中,对于交换机、路由器、协议控制器芯片以及网络本身的测试与分析有着重要的作用。针对现有流量发生器种类较少、配置灵活度不高的问题,提出了一种基于FPGA(field programmable gate array)的软件定义流量发生器,实现灵活配置每个端口的数据分组的协议类型、数量、长度、间隔等,具有高速性、灵活性和可扩展性。

弹性协议可定制的网络数据平面结构及其映射算法

随着网络功能的不断扩展,新型网络协议的不断涌现,这些协议中的数据包具有新的格式定义,需要网络设备能够支持相应的解析和查找。软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)基于流表的转发设计使得网络的创新变得简单,但是仍然难以支持任意协议的可编程解析和处理。该文联合考虑数据包的解析和查找过程,提出一种支持协议弹性定制的数据包查找硬件结构,通过比特粒度的解析和基于元操作的查找过程,使得任意协议能够在硬件结构上得到处理;此外,该文针对所提硬件结构提出一种基于多叉树的映射算法,将用户定制协议映射到硬件处理流水线和查找表中。通过实际的FPGA部署验证了所提结构能够支持多种协议的灵活定制,在硬件中的处理速度可以达到390 Gbps,与已有方案相比,其硬件资源利用率有明显降低。该结构对未来的软件定义网络的数据平面设计有重要的意义。

基于STM32F103ZET6的自定义通信协议电梯监控系统设计

针对电梯运行状态监控问题,提出一种基于自定义通信协议的电梯远程监控系统的设计方案。以STM32F103ZET6为控制核心的电梯监测终端,通过对传感器信号进行检测分析获得电梯运行状态及故障的信息,监测服务平台与电梯监测终端之间采用自定义的通信协议进行数据通信,监测服务平台将所获取的电梯状态及故障信息发送到云计算中心服务器。用户通过客户端登录电梯监控系统,可以实时查看电梯的运行状态、故障信息及历史信息。通过长期实际应用,该监控系统运行稳定可靠,能够实现对电梯远程的实时、可靠监控,为电梯的维修、维护提供及时准确的信息。

SDFAC:软件定义的流接入控制机制

SDN控制平面与数据平面分离的体系架构为实现细粒度的流管理以及灵活的中心化控制提供了基础。基于此,提出了一种软件定义的流接入控制机制SDFAC。首先从流的粒度对接入控制进行建模分析,给出了实现细粒度流接入控制所需要满足的条件;其次描述了SDFAC的基本框架和工作原理并设计了一种支持SDFAC功能的流鉴别协议;最后基于原型系统验证了SDFAC的可行性和可用性。

主动测量SDN性能的机制

提出了一种能够主动测量SDN中任何两点间的端到端路径性能的机制,设计了Open Flow测量协议OFMP,实现了无需改变交换机转发规则就能测量两点间特定流的多种性能参数的原型系统OFMd。实验结果表明,OFMd只需发送一个测试报文就能快速高效地获取多种端到端路径性能参数。

基于ARM和DSP的远程视频监控系统的设计与实现

本文提出了一种基于ARM和DSP的远程视频监控系统的体系结构,该体系结构将硬件分为两大模块,以Philips LPC2114为中央处理器的系统控制模块主要完成系统的控制功能,以Blackfin ADSP-BF533为中央处理器的图像处理模块主要完成MPEG-4视频流的压缩及自适应网络传输。本文还介绍了嵌入式网络视频服务器和远程控制平台的软件设计与实现。通过自定义协议,系统实现了数据的可靠传输和MPEG-4视频流图像的平滑传输,各项指标均符合设计要求。

基于自定义协议的农业异构视频系统集成研究

针对当前不同地区的异构农业视频服务系统无法互联互通因而服务范围受限问题,在深入分析和研究当前不同视频服务系统原理、特点和协议的基础上,提出并实现了自定义控制协议解决异构视频系统互联互通问题的方案。通过自定义协议完成同构及异构视频系统的实体信息和控制信令的转发、标准视频会议音视频流和流媒体音视频流的转换,从而解决异构视频系统的互联互通问题。实验结果表明,采用自定义控制协议完成异构视频服务系统的互联互通问题具有保持原系统自治性、简单方便、可扩展等优点。