无线环境下软件定义网络服务质量优化算法研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangchun2000
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随着网络应用向移动智能终端的迁徙,如何提供高效、安全和智能的网络至关重要。高效是指充分利用各种网络资源,如异构网络带宽的综合利用;安全是指满足用户应用需求的情况下保证数据的隐私;智能是指在用户最少干预的情况下按用户预想的方式接入网络。论文围绕这三个关键的用户体验要素,给出了基于用户服务质量的网络资源分配方案;基于用户数据安全的相对位置解决方案;基于用户期望的智能终端无缝切换方案。  传统分布式网络架构体系缺乏一个集中节点对全网用户资源进行统一调度和管理,从而易导致用户体验的局部最优化。软件定义网络的出现提供了一种全新的解决思路,将网络控制面集中到单一节点,通过OpenFlow开放接口对设备进行动态管理和控制,使得整个网络架构由分布式演变为集中式。这种控制模块与转发模块相分离的架构让网络管理员可在不改变硬件设备的前提下,以中央控制的方式,从全局的视野来规划管理网络,从而更好满足用户的使用体验。然而,现有的网络设备和设计并不能很好地支持软件定义网络并发挥其优势。本文系统分析了无线网络向软件定义网络架构迁徙的策略和难点,在此基础上给出了无线环境下基于软件定义网络的提高用户移动应用体验的多个算法。本文的主要研究工作和贡献如下:  1.提出了跨数据链路层和网络层的协作式路由资源分配算法,可提高网络带宽。其中重点研究了在软件定义网络的框架下如何充分利用无线信道、时隙等网络资源来提高系统带宽。在物理层和数据链路层,基于现有无线网络路由协议,引入了辅助节点来帮助其他链路进行数据传输,并提出了无线环境下基于软件定义网络的协作式路由模型,测试实验结果表明该协作式路由相比传统路由能够显著提高网络传输带宽。  2.提出了异构网络动态分配无线信道资源的算法,可提高网络的总吞吐量。和以往移动网络只是作为以太网络的补充不同,该算法可根据不同网络出口带宽的能力和实时负载统筹分配带宽资源的使用。在具体实施环节,分别提出了分布式的非交互模式和基于软件定义网络的交互模式,验证了算法的可行性。实验结果表明,该算法既能优先使用有线资源,又能灵活调度无线资源,从而给用户提供更好的服务质量。  3.提出了无线环境下软件定义网络中用户隐私保护的相对位置测量算法。软件定义网络和社交网络的发展引入了新的隐私和安全问题,其中一个重要问题就是用户的位置信息泄漏和非法利用。该算法利用WiFi AP邻接关系来推算用户之间的相对距离,通过复用控制器来存储用户数据,该算法不需要获取用户绝对位置,所以可从根本上解决了用户位置的数据安全问题。在Google Android手机上的实验结果表明,该算法可方便地和第三方程序集成,提供可靠的基于位置信息的服务。  4.提出了无线环境下软件定义网络中基于环境感知的智能网络切换算法。软件定义网络中的控制器可以获取和处理移动终端和路由器发送过来的从物理层到应用层的大量信息,这些信息为无线网络智能切换提供了更多的判决依据。基于此,论文工作系统分析了这些参数对于切换的影响,提出了多层次模糊逻辑切换算法,实验结果表明该算法充分考虑了用户的主观意愿,可更加契合用户的使用习惯。
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