基于SDN的异构融合网络模型理论与关键技术研究

In the age of big data, the demand for transmitting huge amount of information and managing inter-network resources flexibly becomes a challenge in future heterogeneous integrated network. Based on SDN, this project will research on the model theory and key technologies of the heterogeneous integrated network and focus on the following aspects: 1) considering the problem of virtual resource management, the dynamic and static resource topological perception mechanism based on flattening identification and traffic forecast will be designed; 2) formal description of the interaction among the entity resource layer, the virtual mapping layer and the control layer will be proposed, and the network fault tolerant model and the invulnerability analysis model based on the percolation theory will be constructed; 3) according to the business request of users and the constraints of underlying resources, a virtual mapping algorithm with fault-tolerant ability will be proposed, which can optimize the quality of service and network resources; 4) the data flow equalization scheme for network anti-destroying ability to reduce the network vulnerability will be proposed. The software defined heterogeneous integrated network simulation platform will be set up to verify the proposed model and algorithms. The theoretical exploration and technical research of this project will develop new ideas for achieving the integrated, intercommunicated, intelligent and efficient future network and provide support for large data information services.

大数据时代提出了海量信息传输和跨网弹性管控等需求，对未来异构融合网络带来了新的挑战。本项目基于SDN思想针对异构融合网络模型理论与关键技术进行研究，拟从以下方面展开：1）针对虚拟资源管理问题，设计基于扁平化标识和流量预测的动静态资源拓扑感知机制；2）形式化描述实体资源层、虚拟映射层和控制层的交互行为，基于渗流理论构建网络容错、抗毁分析模型；3）根据上层用户业务请求与底层资源约束，综合考虑资源利用、服务质量和网络能耗等目标，设计面向业务与资源优化的具有容错能力的虚拟映射算法；4）提出面向网络抗毁性的流量均匀化方案，降低节点异质性带来的网络脆弱性。同时，搭建软件定义融合网络仿真实验平台，为模型和算法提供验证。本项目对异构融合网络的理论探索和技术研究，将为实现融和互通、智能高效的未来网络开辟新的思路，为大数据信息化服务提供支撑。

本项目基于软件定义网络思想提出了异构融合网络虚拟资源管理架构，主要研究了如下关键理论和技术：（1）从层间交互抽象建模出发，针对底层实体资源的异构性、分布式、动态时变等特点，构建了基于业务和资源拓扑感知反馈的软件定义无线网络虚拟资源管控框架。（2）形式化描述实体资源层、虚拟映射层和控制层的交互行为，建立无线接入虚拟映射的约束抽象和干扰抽象模型，基于约束条件理论分析、拓扑控制、耦合偏好等方法对异构融合网络进行模型抽象。（3）根据上层业务请求与底层资源约束，研究了路径选择和优化策略，提出了基于K-core的虚拟网络映射、基于链路自备份的虚拟网络映射、以及基于恢复率的虚拟网络映射等具有容错能力的虚拟映射机制及算法，提高了虚拟网络映射成功率与鲁棒性。（4）从优化虚拟网络的故障恢复率出发，采用复用共享的思想，对备份网络拓扑建立优化策略，提出了面向网络抗毁性的流量均衡方案，并设计了基于拓扑鲁棒性的虚拟网络映射算法。同时搭建了基于SDN的异构融合网络实验仿真平台，设计实现了包括抽象数据、逻辑拓扑请求及处理、负载均衡等模块，对所提方案和算法进行了验证。在项目执行期间共发表学术论文18篇，申请发明专利10项，超额完成任务书要求。本项目所形成的研究报告和论文专利等科研成果，形成了本领域的自主知识产权，培养了多名创新型技术人才，为未来异构融合网络的研究提供了支撑。