分布式无线SDN的最优控制：理论与架构

《IEEE Transactions on Networking》：Optimal Control for Distributed Wireless SDN: Theory and Architecture

无线SDN分布式控制框架DUMW的理论实现与实验验证，通过扩展UMW政策实现异构延迟网络下的分布式最优调度，设计控制器同步策略解决多域流安装问题，在可靠链路中达到集中式控制器吞吐量并展现更好可扩展性。

　　

摘要：

我们提出了分布式通用最大权重（DUMW）作为一种新型的最优控制框架，用于分布式无线SDN。从理论上讲，DUMW具有最佳吞吐量，并且在实际应用中与SDN系统的特性高度契合。我们的算法开发将吞吐量最优的通用最大权重（UMW）策略进行了扩展，使其能够在异构延迟网络状态信息的环境下实现分布式控制和最优的域间调度。此外，我们设计了控制器同步策略，以解决多域流安装问题，并针对DUMW进行了优化，从而在几乎不增加通信开销的情况下保持吞吐量最优性。大量实验验证了我们的理论发现，并展示了DUMW的良好性能。在存在无线干扰的可靠连接环境下，DUMW的吞吐量与最优的集中式控制器相当，并且具有更出色的可扩展性。

引言

网络（SDN）[2]、[3] 的出现源于对可编程网络框架的需求，这种框架需要具备自适应重构能力以满足现代网络需求[4]。SDN的灵活性促进了诸如路由[5]、[6]、负载均衡[7]、[8]和流量工程[9]等广泛网络管理功能的实现。与传统网络架构不同，SDN将数据平面与控制平面分离，其中数据转发设备（称为交换机）被动地执行来自可编程网络控制器的指令。这种独特的架构通常与许多先进的网络控制算法不兼容，而在无线系统中这一问题更为突出[10]、[11]，因为无线系统需要动态控制、分布式操作[6]和链路调度。尽管如此，由于移动通信[12]、[13]、[14]以及无线基础设施[15]、[16]的快速发展，人们对无线SDN的兴趣日益增加。除了无线环境带来的挑战外，SDN架构本身也存在一些固有的局限性。利用其对网络信息的全局视图，逻辑上集中的控制器可以做出最优决策以提升应用性能。然而，SDN的集中式特性在大规模网络中会导致控制平面的通信开销显著增加[17]，并且存在单点故障问题[18]。因此，分布式SDN[19]应运而生，旨在缓解可扩展性和可靠性方面的瓶颈。在这项工作中，我们专注于为分布式SDN设计一种最优控制框架。