随着互联网的负载高速增长和各种应用的日益丰富，为提供方便、快捷的互联网接入服务，现有的网络结构已经变得相当复杂和多样，这给网络管理提出了新的挑战。为了应对这一挑战，软件定义网络的概念被提出，并被认为是一种有前景的解决方案。在软件定义网络结构中，网络控制域和数据传输域是分开的；所有的网络设备被抽象化，通过一个集中式的控制器来进行管理。通过使用软件定义网络的结构，网络管理变得灵活和高效，因此可以潜在地提升网络性能。为了充分利用软件定义网络的优势，最近又提出了软件定义无线网络结构。本文首先分析在不同无线网络中软件定义网络结构的应用。然后讨论在基于软件定义网络结构的无线网络中使性能提升的几个关键技术环节。最后，提出一些关于软件定义无线网络可能的未来研究方向。

As a novel architecture, software-defined networking (SDN) is viewed as the key technology of future networking. The core idea of SDN is to decouple the control plane and the data plane, enabling centralized, flexible, and programmable network control. Although local area networks like data center networks have benefited from SDN, it is still a problem to deploy SDN in wide area networks (WANs) or large-scale networks. Existing works show that multiple controllers are required in WANs with each covering one small SDN domain. However, the problems of SDN domain partition and controller placement should be further addressed. Therefore, we propose the spectral clustering based partition and placement algorithms, by which we can partition a large network into several small SDN domains efficiently and effectively. In our algorithms, the matrix perturbation theory and eigengap are used to discover the stability of SDN domains and decide the optimal number of SDN domains automatically. To evaluate our algorithms, we develop a new experimental framework with the Internet2 topology and other available WAN topologies. The results show the effectiveness of our algorithm for the SDN domain partition and controller placement problems.

控制器在软件定义网络（software-defined networking）中扮演着至关重要的角色。然而现有的SDN控制器体系结构存在单点故障隐患，即控制器资源容易被洪泛的数据流请求耗尽。此外，由于网络应用和控制器之间复杂的交换行为，数据流建立的时延也比较大。为了解决以上SDN控制器的安全和性能问题，本文提出一种名为分布式数据存储（distributed rule store，DRS）的SDN多控制器体系结构。在DRS体系结构中，控制器将网络应用预计算的流规则进行缓存，并把这些规则分布式存储在不同的控制器实例上。每个控制器仅存储其中的一部分规则，并周期性地检查其他控制器中规则的完整性。来自交换机的请求会被分配到不同的控制器进行处理，因此针对控制器的资源耗尽攻击可以被缓解。同时，当单个控制器上的规则被恶意篡改后，DRS可以及时发现并且修复被篡改的规则。本文基于Floodlight控制器对DRS进行了实现，并通过大量模拟实验对其性能进行评价。实验结果表明DRS可以有效保证分布式规则存储的一致性，且相对于已有的ONOS和Floodlight控制器，数据流建立的时间更短、吞吐量更大。

尽管高连通度数据中心网络（例如，FatTree）为任意通信主机对提供了多条可用的传输路径和大量的二分带宽，但目前广泛使用的单路径TCP和ECMP传输协议，由于低效的资源挖掘和分配机制并没有取得较好的网络资源利用效率。本文提出一种性能驱动的多路径转发方案LESSOR，用以提高数据中心网络的资源利用效率。通过使用OpenFlow集中控制手段，LESSOR根据全局网络视图为每一条流计算近似最优的传输路径和带宽供给，同时LESSOR采用了基于性能驱动的流查询机制维护实时的网络视图。真实网络部署和全面的模拟实验表明，LESSOR能有效提高网络的吞吐量，在不同水平的网络负载下较现有的ECMP方案提高了4.9%-38.3%，较现有典型的Hedera方案也提高了2%-27.7%。同时，LESSOR有效减小平均流完成时间。

现有网络中间件设备在引入新的网络功能中发挥了重要作用，但是，由于传统硬件化的中间件设备缺乏服务的灵活性和扩展性，因此中间件的管理和创新也一直是网络运营商面临的严峻挑战。近年来，新的网络技术（如网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN））为设计廉价高效的中间件服务体系结构提供了有效途径，然而，对如何在业务流量接受附加虚拟服务的情况下保证网络传输效率，业界关注仍较少。因此，为了降低网络传输延迟，本文针对在NFV和SDN环境中的服务部署问题展开研究。首先，本文设计了一个服务部署决策框架，并提出基于整数线性规划的服务部署模型以达到降低网络传输延迟的目的。其次，基于改进的量子遗传算法设计了一个启发式方案，从而有效求解服务部署的优化模型。最后，实验结果表明，本文所提方法可以自动计算得到优化的服务部署方案。与对比方法相比，本文方法可以实现更低的网络整体传输延迟，其中较之随机部署策略可平均降低30%的流量传输时延。

当前典型视频会议是采用多点控制单元（MCU）部署的，MCU可能导致较大服务时延，并且可能成为限制整个系统的瓶颈。随着网络技术的发展，视频会议系统可以基于软件定义网络（SDN）进行部署，SDN使服务可控并提高服务的可扩展性和灵活性。另外，可伸缩视频编码技术（SVC）也可以帮助提高视频会议系统的性能。在本文中，我们提出了一种基于SDN中SVC组播的视频会议系统架构，提出的系统摒弃了传统的因特网组管理协议（IGMP）和MCU。该系统采用SVC组播，可以依据不同会议终端的设备能力差异提供不同服务。当参会者面临网络拥塞时，SDN控制器负责动态地管理和控制视频流的层数。另外，我们设计了会议管理服务器来管理会议用户。实验结果表明，我们提出的系统不仅可以提供灵活、可控的视频传输，还可以在保证视频会议服务质量（QoS）的前提下，节省网络资源的使用。

软件定义网络（Software-defined networking, SDN）已受到产业界和学术界的广泛关注。SDN的中央控制平面可以从全局观测网络，也可为类似于交通工程等复杂问题提供更有效的解决方案。在SDN领域的新进展和组播应用（Multicasting applications）不断普及的启发下，我们基于子树保护（Subtree protection）机制，提出了一种提升SDN组播灵活性（resiliency）的技术。组播是一种组群通信技术，能有效地利用网络设施通过仅一次传输将数据从一个或一组信源发送至一组使用共有通路的接收对象。组播应用（例如直播视频流及视频会议）是非常流行的应用，但是这些应用大多对时延要求较高。组播会话中的差错可导致数据包丢失及延迟，从而影响组播应用的服务质量（QoS）。本文中，我们采用基于子树的技术来保护SDN中OpenFlow交换机的组播树。本文提出的算法可以从组播树中检测到链路或节点的差错，再确定流表中组播树需要调整的部分，从而进行差错恢复。与传统多协议标签交换（MPLS）网络中备份通路的信令方法相比，使用SDN中的中央控制器可以更有效地创建备份通路，这是本文提出的子树保护机制有效的前提。我们在POX控制器上实现了算法原型，并通过模拟Mininet中不同树状拓扑下的差错，验证算法的性能。

在SDN网络虚拟化环境中，SDN管理器将底层SDN网络抽象为多个逻辑上相互隔离且共享的虚拟SDN网络(vSDN, virutal SDN network)，并由不同的控制器进行管理。vSDN映射是SDN网络虚拟化中的核心问题。由于SDN网络具有逻辑上集中的控制器且采用不同的虚拟化技术，传统的虚拟网络映射算法不能应用在SDN网络虚拟化环境中。本文针对此问题，以最小化交换机到控制器的平均时延和映射开销为目标，建立虚拟SDN网络映射问题的数学模型，提出一种高效协调的虚拟SDN网络映射算法。该算法在节点映射过程中，综合考虑底层网络节点和链路的可用资源数量、底层节点间的时延和距离等因素，能够有效协调控制器部署、虚拟节点映射和链路映射三个阶段，并基于k最短路径法进行链路映射。仿真结果表明，该算法有效减少了交换机到控制器的时延，提高了映射成功率和底层网络资源利用率。