高速自适应流量均衡交换技术研究

With the trends that the network interfaces are developing into high-speed, the switching capacity is increasing continually, and the emerging of various new applications, the switching technology, which plays an important role in the routing and switching equipment, are facing great challenges and becoming one of the bottlenecks in today's internet. Departure from the background, combined with the latest research progress in the literature and the current theoretical and technical innovations we have achieved in in this field, we will conduct the key fundamental research on switching technologies. To solve the current problems, the adaptive traffic load balancing concept is introduced and the paths for traffic are dynamically adjusted internal the switch. In this way, the traffic arriving at the switch will be load-balanced. Our studies will concentrate on the following three aspects. Firstly, due to the deficiencies of current switching technologies, an adaptive load balancing switching and scheduling scheme will be designed. Secondly, based on the new scheme, we will set up fair switching principle and its' evaluation principle. Under these principles, an adaptive and fair switching scheme will be proposed. Thirdly, we will focus on the throughput, delay and QoS (Quality of Service)'s optimization of switching schemes under complex network traffic circumstance, such as the mixture of unicast, multicast and real-time traffic. The goal of our research is to enrich and perfect the basic theories of current switching technology and provide meaningfull instructions for practical switching systems' design and deployment.

网络接口的高速化、信息交换的海量化、网络业务的多样化发展对传统的路由交换设备的交换能力和服务质量提出了新的挑战,交换技术作为路由交换设备中的关键技术成为制约互联网发展的瓶颈之一。从这一背景出发，本课题结合国内外该领域最新研究现状，依托所在单位的工程理论基础，进行交换技术的关键基础理论研究。本课题引入自适应负载均衡的概念，动态调整流量在交换系统内的路径取向，达到流量在交换系统内负载均衡的目的，以解决现有交换技术存在的问题，具体着重研究如下三个方面的问题：一是针对现有交换机制存在的不足，设计一种自适应负载均衡的交换调度算法；二是基于负载均衡交换机制，研究公平交换准则和评价准则，并设计自适应公平交换调度机制；三是研究复杂网络业务环境下（单播、组播、实时业务）交换机制的吞吐量、时延和服务质量的优化问题。本课题旨在通过交换技术的研究丰富和完善交换技术基本理论，指导满足网络发展需求的交换系统的设计。

网络接口的高速化、信息交换的海量化、网络业务的多样化发展对传统的路由交换设备的交换能力和服务质量提出了新的挑战，从这一背景出发，依托所在单位的工程理论基础，本课题引入自适应负载均衡的概念，重点开展了自适应负载均衡交换机制、公平服务交换机制和动态重路由交换机制的研究，并结合特定的应用场景设计了不同的交换机制，在“下一代网络与业务国家试验床创新技术研究及应用”、“大规模接入汇聚技术及设备”和“网络XXXX系统”项目中得到成功应用；此外，结合国家和军事需求，还开展了网络先进技术和先进防御技术方面的创新研究。相关研究成果支撑获国家科技进步二等奖1项、河南省科技进步一等奖1项、军队科技进步二等奖1项，发表学术论文16篇，申请国家发明专利4项。主要成果为：①研究设计了动态重路由交换与调度机制，应用到可重构路由交换平台研制中，基于该系统构建的“下一代网络与业务国家试验床创新技术研究及应用”获2015年国家科技进步二等奖；②研究设计了负载均衡交换机制，应用到原总参某部网络XXXX系统内容交换系统的研制中，支撑获得获2014年军队科技进步二等奖；③研究设计了公平服务交换机制，在大规模接入汇聚路由与交换设备中应用，支撑获得2016年河南省科技进步一等奖；④提出具备主动防御能力的路由交换机制，在交换性能不降低的条件下大幅提升了其安全性，应用到拟态路由器中；⑤提出增强网络交换节点自适应性的方法，为网络节点能力的开放和可编程提供了一种模型和方法；⑥提出动态异构冗余架构的软件定义控制器架构，增强了软件定义网络路由与交换的安全性；另外，还⑦提出软件定义网络中的网络功能编排机制和⑧提出利用区域拓扑信息的转发图嵌入算法。总之，自然基金青年项目为青年科技工作者提供了一个展示自己能力的机会和平台，在该项目的资助下，课题负责人建立了小型研究团队，对其成长发挥了重要作用，课题组一致认为，该项目实施达到了预期目标。