董芳，胡宇翔，李鷗

（1.信息工程大學(xué)，河南 鄭州 450001；2.通信網(wǎng)信息傳輸與分發(fā)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050081；3.國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002）

1 引言

以傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等泛在網(wǎng)絡(luò)為典型表現(xiàn)形式的自組織網(wǎng)絡(luò)既解決了無固定通信基礎(chǔ)設(shè)施下移動(dòng)通信聯(lián)絡(luò)的需求，又可作為現(xiàn)有固定通信基礎(chǔ)設(shè)施的延伸來實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋，是填補(bǔ)固定網(wǎng)絡(luò)“空白”的首選方式，在工業(yè)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、智能家居、交通管理等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的期望值越來越高，自組織網(wǎng)絡(luò)已不僅局限于傳統(tǒng)意義上的信息獲取功能，更向著信息傳輸、處理，甚至服務(wù)定制等更高層次發(fā)展。然而，自組織網(wǎng)絡(luò)鮮明的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性特點(diǎn)，使時(shí)延、帶寬、吞吐量等參數(shù)的變化不可預(yù)測(cè)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸可靠性降低甚至失效，進(jìn)而無從保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的有效性。另外，能量受限制約著自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)的多樣化和復(fù)雜程度，成為阻礙自組織網(wǎng)絡(luò)整體服務(wù)質(zhì)量提升的主要因素。

為了解決以上問題，研究者嘗試將最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于新型自組織網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，與軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN,software defined networking）結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)研究就是其中熱點(diǎn)之一。SDN 起源于校園網(wǎng)，發(fā)展于互聯(lián)網(wǎng)，其初衷是把當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)垂直緊耦合的體系結(jié)構(gòu)解耦，以模塊化結(jié)構(gòu)開放網(wǎng)絡(luò)核心功能，為打破現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)“結(jié)構(gòu)決定應(yīng)用”的僵局[1]提供可行方案。目前，SDN 向無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，較為成熟的研究成果集中于網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)層面（如5G 核心網(wǎng)等），但應(yīng)對(duì)底層無線復(fù)雜環(huán)境仍顯乏力。本文不回避無線接入的復(fù)雜性，在開放的控制平面內(nèi)進(jìn)行自由的網(wǎng)絡(luò)功能創(chuàng)新，以顯著增強(qiáng)自組織網(wǎng)絡(luò)在功能路由、網(wǎng)絡(luò)資源管理及規(guī)?；M網(wǎng)等方面的能力，其中定制化的路由設(shè)計(jì)是研究重點(diǎn)。

在自組織網(wǎng)絡(luò)路由模型方面，面向Ad Hoc 靈活QoS 模型（FQMM,flexible quality of service model for mobile Ad Hoc network）是一種典型的無線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)QoS 模型[2]。該模型以區(qū)分服務(wù)模型控制數(shù)據(jù)流，以集成服務(wù)模型對(duì)相似節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量及網(wǎng)絡(luò)特性自適應(yīng)地調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量，但該模型受限于節(jié)點(diǎn)計(jì)算與容量狀況，只適用于小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。無狀態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)QoS 服務(wù)模型（SWAN,stateless wireless Ad Hoc network）[3]采用分布式算法為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供QoS 保障。和FQMM 不同的是，該模型獨(dú)立于路由協(xié)議，只需在源節(jié)點(diǎn)維護(hù)QoS 狀態(tài)。然而，SWAN 僅為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和盡力而為業(yè)務(wù)提供服務(wù)，尚不能滿足除此之外的其他用戶應(yīng)用需求。在支持服務(wù)質(zhì)量的路由協(xié)議方面，研究人員從不同的路由策略如多徑傳輸、帶寬預(yù)留、跨層聯(lián)合、負(fù)載均衡等出發(fā)提出了大量路由協(xié)議，這些協(xié)議各具特點(diǎn)，考慮的參數(shù)也不盡相同，但大多是在原有盡力而為路由協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與拓展[4-5]，難于提升網(wǎng)絡(luò)整體效能。在SDN 下的自組織網(wǎng)絡(luò)功能革新方面，Gibb 等[6]提出了一種由外部特征提供商開發(fā)和部署的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該架構(gòu)通過提供商之間的競(jìng)爭促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)功能創(chuàng)新。Mogul等[7]設(shè)計(jì)了一種控制平面，用于支持控制器上應(yīng)用程序的組合，實(shí)現(xiàn)模塊組合和優(yōu)化，該工作與本文研究的網(wǎng)絡(luò)分屬不同類型，SDN 下的自組織網(wǎng)絡(luò)可借鑒其思想。以上研究成果表明，自組織網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的路由設(shè)計(jì)存在諸多問題，引入SDN 實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)的路由定制優(yōu)勢(shì)明顯，但同樣面臨著配置復(fù)雜等問題，目前鮮有明確思路與可行方案能夠圓滿解決以上問題。本文從基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)全局系統(tǒng)出發(fā)，探討SDN 下自組織網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的新思路和新方法，并重點(diǎn)關(guān)注基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)框架及可行的構(gòu)建方法。

SDN 下的網(wǎng)絡(luò)功能組合是提高網(wǎng)絡(luò)整體效能的主要方向之一[8]，其思想是將當(dāng)前“僵化的”按層劃分的網(wǎng)絡(luò)功能重新抽象并分解為更細(xì)粒度的功能單元，然后按需組合為復(fù)合的功能集。在這一思想下，自組織網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，即“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主動(dòng)適配上層應(yīng)用”，如圖1 所示。首先，網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)模塊化。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，網(wǎng)絡(luò)功能軟件化為基本單元，節(jié)點(diǎn)整體功能則體現(xiàn)為根據(jù)服務(wù)實(shí)時(shí)重構(gòu)的基本功能單元集。其次，路由序列化。在端到端系統(tǒng)中，路由軟件化為滿足服務(wù)約束的節(jié)點(diǎn)和鏈路有序序列，在功能層面上也就體現(xiàn)為能夠承載網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的有序節(jié)點(diǎn)和鏈路序列，稱為服務(wù)路徑（SP,service path）[9]，服務(wù)路徑上的相鄰節(jié)點(diǎn)在功能層面上互為下一跳節(jié)點(diǎn)，但這樣的相鄰節(jié)點(diǎn)往往不是物理網(wǎng)絡(luò)的相鄰節(jié)點(diǎn)。由此，SDN 下的路由是由服務(wù)路徑及其服務(wù)路徑上相鄰有序節(jié)點(diǎn)間普通節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的矢量路徑，這里的難點(diǎn)在于獲取服務(wù)路徑上的有序節(jié)點(diǎn)和鏈路，而有序節(jié)點(diǎn)間的路由可由現(xiàn)有路由協(xié)議完成。本文聚焦于SDN 下基于服務(wù)路徑的路由構(gòu)建，明確SDN 下自組織網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)架構(gòu)，并以此架構(gòu)全面分析SDN 自組織網(wǎng)絡(luò)路由的本質(zhì)特點(diǎn)和全新方式，提出一種基于服務(wù)特征的分層次路由方法，重點(diǎn)設(shè)計(jì)路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路的選擇算法，以最優(yōu)的方式將用戶定制的服務(wù)嵌入基礎(chǔ)物理網(wǎng)絡(luò)中，這里最優(yōu)方式是指能夠讓具體網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)（如能耗、負(fù)載均衡、平均時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)效能等）達(dá)到一個(gè)最佳狀態(tài)，從而構(gòu)成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)通道，為用戶定制服務(wù)提供承載支撐。最后，依托OpenFlow1.3 與NS-3 實(shí)現(xiàn)原型系統(tǒng)，驗(yàn)證SDN 下自組織網(wǎng)絡(luò)路由實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。

2 基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)架構(gòu)

圖1 服務(wù)路徑與路由示意

基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)相對(duì)成熟的應(yīng)用場(chǎng)景是車載網(wǎng)（VANET,vehicular Ad Hoc network）[10]，如圖2(a)所示。VANET 將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為無線接入點(diǎn)（車輛）、路邊接入單元和SDN 控制器3 類。無線接入點(diǎn)在路邊接入單元控制范圍內(nèi)，通過路邊接入單元接受SDN 控制器控制；在路邊接入單元覆蓋不到的地方，無線接入點(diǎn)完全以自組織的方式工作。SDN 控制器經(jīng)由路邊接入單元至無線接入點(diǎn)的控制流承載于控制范圍較廣的LTE，無線接入點(diǎn)間的數(shù)據(jù)流則由高帶寬的Wi-Fi 承載。本文將VANET的結(jié)構(gòu)抽象并擴(kuò)展（如圖2(b)所示），作為基于SDN的自組織網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)控制架構(gòu)。

如圖2(b)所示的基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在集中式和分布式之間進(jìn)行折中，是SDN 下自組織網(wǎng)絡(luò)的新型部署架構(gòu)，可以概括為“物理上分布，邏輯上集中”網(wǎng)絡(luò)控制方式[11]?！拔锢砩戏植肌敝妇W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所處的網(wǎng)絡(luò)分級(jí)地位不同，從邊緣網(wǎng)絡(luò)到核心網(wǎng)絡(luò)依次為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)、接入控制器和全局控制器；“邏輯上集中”指不同級(jí)別的控制器運(yùn)行相應(yīng)級(jí)別的SDN 控制軟件和應(yīng)用配置，在同一級(jí)上擁有同樣的控制能力和本地服務(wù)能力。全局控制器負(fù)責(zé)組建“流”的最高層分發(fā)系統(tǒng)，通過發(fā)布控制事件來同步各級(jí)控制器；接入控制器連接移動(dòng)的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)并對(duì)其問詢和管理。當(dāng)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)進(jìn)入或移出接入控制器控制范圍時(shí)，接入控制器通過SDN 北向接口重新配置獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，同時(shí)接入控制器還可以通過SDN 東西向接口與相鄰的活躍接入控制器建立連接。為了維護(hù)接入控制器面向獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的全局性和相對(duì)于全局控制器的本地化，接入控制器采用“發(fā)布/訂閱”事件的方式完成狀態(tài)更新。

3 基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)分級(jí)路由建模

定制化路由是自組織網(wǎng)絡(luò)長遠(yuǎn)發(fā)展的必然要求。SDN 的設(shè)計(jì)理念開放了網(wǎng)絡(luò)控制平面，從而為面向服務(wù)定制的路由提供了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)條件。同時(shí)，SDN 并不是具體技術(shù)（如 OSPF（open shortest path first）等），所以完成面向服務(wù)定制的路由需要現(xiàn)實(shí)的方法。基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)路由過程可以描述如下。首先，建立備選節(jié)點(diǎn)和鏈路集合。SDN 控制器將用戶需求映射為具備用戶服務(wù)特征的備選節(jié)點(diǎn)和鏈路的集合。其次，計(jì)算服務(wù)路徑。SDN 控制器根據(jù)掌握的節(jié)點(diǎn)和鏈路狀況（資源、網(wǎng)絡(luò)效能等）視圖，在備選節(jié)點(diǎn)和鏈路的集合中找出服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)。以上提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)和鏈路是服務(wù)路徑上的相鄰節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)是定制化路由上必須存在的節(jié)點(diǎn)，本文將這些節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路稱為路由關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路，由SDN 控制器下發(fā)至網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。最后，實(shí)現(xiàn)定制化路由。路由關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路按照本地路由協(xié)議完成數(shù)據(jù)在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)上的傳輸。

圖2 VANET 與基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)示意

基于以上過程，從功能角度看，SDN 下的路由涵蓋了服務(wù)路徑，即服務(wù)路徑上的節(jié)點(diǎn)和鏈路作為路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路是物理路由的組成部分；從實(shí)現(xiàn)角度看，SDN 下的路由仍是節(jié)點(diǎn)運(yùn)行路由協(xié)議計(jì)算下一跳的過程，只是下一跳集合中除必須包含路由關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路外，還可能存在其他中間節(jié)點(diǎn)。所以，SDN 下的路由并不是顛覆路由的本質(zhì)含義，而是基于服務(wù)路徑的路由實(shí)現(xiàn)方法擴(kuò)展，這一擴(kuò)展最重要環(huán)節(jié)在于找到路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路。當(dāng)然，一般情況下，SDN 控制器能夠掌握本控制域內(nèi)節(jié)點(diǎn)狀況，合理計(jì)算出定制路由。但由于自組織網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性、能量受限等不確定因素，不排除SDN 控制器對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)信息更新的滯后性，因此存在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)不能勝任路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路的個(gè)別異常情況。此時(shí)，由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)將自身狀況主動(dòng)上報(bào)SDN 服務(wù)器，請(qǐng)求重新計(jì)算服務(wù)路徑和確定路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路，此時(shí)的服務(wù)路徑不一定是最優(yōu)的，但在路由上卻是可實(shí)現(xiàn)的。

路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路在服務(wù)路徑上是連續(xù)的，但在端到端的路由上卻往往是離散的，受到自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓^快的制約，由SDN 控制器計(jì)算出路由上的所有節(jié)點(diǎn)是不切實(shí)際的；同時(shí)，服務(wù)路徑已能夠完全呈現(xiàn)用戶需求，由SDN 控制器計(jì)算出路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路間的其他節(jié)點(diǎn)也是沒有必要的?；谝陨戏治?，SDN 下自組織網(wǎng)絡(luò)的路由選擇可以被建模成為一種帶約束下的路由關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路選擇問題（RKNLSP,routing key node and link selected problem），這個(gè)問題的特殊性在于路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路的SDN 控制器集中式選擇，以及以上節(jié)點(diǎn)和鏈路間分布式路由計(jì)算要并行實(shí)現(xiàn)。RKNLSP 優(yōu)化目標(biāo)為充分有效地利用網(wǎng)絡(luò)的有限資源，為業(yè)務(wù)請(qǐng)求提供更優(yōu)的服務(wù)。這里，路由關(guān)鍵點(diǎn)和路由關(guān)鍵鏈路間路由按網(wǎng)絡(luò)常規(guī)路由協(xié)議配置。RKNLSP形式化描述如式(1)所示。其中，u是SDN 控制器計(jì)算的一種網(wǎng)絡(luò)資源可行的配置，ξ是網(wǎng)絡(luò)資源全部可行配置的集合；Nk和Lk分別表示備選路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和鏈路的集合，N表示網(wǎng)絡(luò)全部節(jié)點(diǎn)的集合，PROTOCOL 表示網(wǎng)絡(luò)可配置路由協(xié)議的集合；Demand(*)表示某業(yè)務(wù)要求關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或者鏈路能夠提供的資源，Remain(*)表示關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或者鏈路剩余的資源，Capability(*)表示關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或者鏈路總的資源量。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是路由總體設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，結(jié)合圖2(b)所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)路由規(guī)則也是分層次的，即為接入控制器主導(dǎo)的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)間路由和全局控制器主導(dǎo)的接入控制器間的路由。對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)自身特點(diǎn)的分析是進(jìn)行路由協(xié)議設(shè)計(jì)的前提，在接入控制器控制下由獨(dú)立節(jié)點(diǎn)組成的接入層面，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的采集與回傳，具有明顯的方向性，自組織方式是實(shí)現(xiàn)多跳信息傳遞和網(wǎng)絡(luò)控制的手段，能量集約化是路由設(shè)計(jì)的重要因素；在接入控制器和全局控制器組成的核心平面，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)表現(xiàn)為端到端的橫向業(yè)務(wù)，具有顯著的用戶服務(wù)特征，如何保證服務(wù)有效性是路由設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。所以，RKNLSP 又可分為面向服務(wù)的2 個(gè)子優(yōu)化問題，即在網(wǎng)絡(luò)接入層面的系統(tǒng)耗能最小化問題和在核心層面的網(wǎng)絡(luò)效能最大化問題。

3.1 接入控制器域內(nèi)路由能耗的建模

傳統(tǒng)的自組織網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)只掌握局部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，?yōu)化的目標(biāo)卻是“多條傳輸路徑的端到端總功耗”的全局目標(biāo)，而完成全局目標(biāo)則要依賴源節(jié)點(diǎn)及中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)的探測(cè)，不斷積累一跳外網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?。此時(shí)節(jié)點(diǎn)能耗由兩部分組成：用于探測(cè)拓?fù)湫畔⒉糠值暮陀糜谕ㄐ挪糠值?，則節(jié)點(diǎn)能耗為。系統(tǒng)能耗優(yōu)化模型為。假設(shè)節(jié)點(diǎn)i在ri范圍內(nèi)以按需方式發(fā)送鄰居探測(cè)消息，收到包含目的節(jié)點(diǎn)位置信息的消息，如果節(jié)點(diǎn)的探測(cè)范圍ri擴(kuò)大，則增加，但由于可能選擇到更優(yōu)的路徑，可能減少，找到合適的ri，就使系統(tǒng)整體能耗最小化[12]。這個(gè)問題可以采用整數(shù)規(guī)劃的方法解決，但是復(fù)雜度偏高。

3.2 全局控制器域內(nèi)系統(tǒng)服務(wù)效能的建模

作為支持自組織網(wǎng)絡(luò)整體服務(wù)效能提升的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，全局控制器域內(nèi)的路由設(shè)計(jì)已不能僅考慮節(jié)點(diǎn)內(nèi)簡單的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，伴隨著接入層面接入控制器節(jié)點(diǎn)性能的提升，路由的構(gòu)建不僅需要考慮節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)能力，而且還要考慮節(jié)點(diǎn)的服務(wù)部署情況、網(wǎng)絡(luò)的總體效能等因素。由于滿足某一服務(wù)的節(jié)點(diǎn)和鏈路不唯一且提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)性能和鏈路代價(jià)不相同，路由計(jì)算將比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)路由多采用的距離矢量或鏈路狀態(tài)算法更復(fù)雜。本文將全局控制器域內(nèi)RKNLSP 抽象成為最優(yōu)化問題，并建立與之相應(yīng)的整數(shù)線性規(guī)劃模型，如式(2)～式(8)所示，符號(hào)及其含義如表1 所示，旨在滿足網(wǎng)絡(luò)效能最大化目標(biāo)的條件下找到最優(yōu)的路由[13]。節(jié)點(diǎn)和鏈路服務(wù)特征如式(3)～式(4)所示。式(5)是節(jié)點(diǎn)服務(wù)能力約束。式(6)是節(jié)點(diǎn)間鏈路能力約束。式(7)～式(8)約束針對(duì)某一服務(wù)，全局控制器最終下發(fā)的路由策略中所包含路由關(guān)鍵點(diǎn)和鏈路的唯一性。

表1 式(2)～式(8)的符號(hào)及其含義

4 基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)與求解

基于以上論述可以看到，SDN 下自組織網(wǎng)絡(luò)路由問題從總體上看仍可歸結(jié)為一類典型的整數(shù)線性規(guī)劃（ILP,integer linear program）問題，通常情況下，這一類問題屬于NP-hard 問題，求解時(shí)復(fù)雜度較高。當(dāng)問題中變量數(shù)較少時(shí)，可以采用窮舉算法遍歷搜索空間的所有可行解，以確定最優(yōu)解。但是，當(dāng)模型中變量數(shù)增加時(shí)，問題求解的復(fù)雜度是呈指數(shù)增加的，難以再通過窮舉遍歷的方式進(jìn)行求解。因此，快速且優(yōu)質(zhì)地獲得模型解的關(guān)鍵在于約減變量數(shù)目。路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)為2 種類型：一種是服務(wù)要求節(jié)點(diǎn)本身能夠提供某種功能服務(wù)；另一種是服務(wù)路徑要求兩節(jié)點(diǎn)之間的某段功能鏈路。所以節(jié)點(diǎn)與鏈路約束可統(tǒng)一為約簡為對(duì)節(jié)點(diǎn)的約束。另外，從工程角度而言，與獲取網(wǎng)絡(luò)全局信息相比，獲取網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵信息（節(jié)點(diǎn)和鏈路）的過程更具確定性、結(jié)果更具針對(duì)性，也可以進(jìn)一步降低ILP 的求解復(fù)雜度。

4.1 基于節(jié)能的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)映射

SDN 下的自組織網(wǎng)絡(luò)在接入層面，獨(dú)立節(jié)點(diǎn)能量受限，節(jié)能成為此時(shí)服務(wù)特征的主要依據(jù)，伴隨著獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，固化獨(dú)立節(jié)點(diǎn)與接入控制器的信息交互行為是節(jié)能的關(guān)鍵。在接入控制器控制范圍內(nèi)，控制器管理多個(gè)與之直接相連的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，并通過間接查詢等方式管理其他非直連的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)。接入控制器可以將所有的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則一次性寫入獨(dú)立節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)流表，從而使其在任何數(shù)據(jù)分組到達(dá)之前便知道所有可達(dá)地址。主動(dòng)模式中，接入控制器主動(dòng)將流表進(jìn)行更新和推送，節(jié)點(diǎn)不能將失配的數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給接入控制器，因此不能發(fā)起一個(gè)新建的數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)。被動(dòng)模式中，接入控制器不會(huì)主動(dòng)地進(jìn)行流表更新，只有接收到底層的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的請(qǐng)求時(shí)，才會(huì)向相應(yīng)的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)下發(fā)流表更新信息。與傳統(tǒng)的自組織網(wǎng)絡(luò)由獨(dú)立節(jié)點(diǎn)“探測(cè)式”節(jié)能路由設(shè)計(jì)不同，接入控制器是這一層面路由決策者，接入控制器對(duì)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的“發(fā)布/訂閱”式信息更新，使獨(dú)立節(jié)點(diǎn)不確定的探測(cè)過程固化為有限次分階段的信息交互行為。節(jié)點(diǎn)能耗和系統(tǒng)能耗如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)接入層次節(jié)點(diǎn)能耗和系統(tǒng)能耗

從路由方面考慮的能量集約化有2 種思路：節(jié)能和能耗均衡。其中，節(jié)能即通過尋找節(jié)能的路由，減少路由建立和維護(hù)的控制開銷或提高路由可靠性方法，降低傳輸一定量的數(shù)據(jù)所需要的能量；能量均衡即通過合理地從空間上調(diào)度能源，使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量均衡消耗減少，從而延長網(wǎng)絡(luò)壽命。首先，接入控制器掌握所控獨(dú)立節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，由接入控制器以最小能耗路徑（階段1、階段2 和階段3）[12]來引導(dǎo)節(jié)點(diǎn)間路由；其次，當(dāng)節(jié)點(diǎn)被選為業(yè)務(wù)中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)（階段4），一定是經(jīng)過接入控制器完成控制范圍內(nèi)能量均衡工作的結(jié)果；最后，接入控制器有持續(xù)的能量供給，實(shí)現(xiàn)能量均衡算法的復(fù)雜度和能量消耗都可不計(jì)入以移動(dòng)節(jié)點(diǎn)生存性為目的路由開銷。所以，系統(tǒng)能耗最小化即每個(gè)節(jié)點(diǎn)能耗和最小化，從而使系統(tǒng)能耗由整數(shù)規(guī)劃問題約減為線性求和問題，大大降低了問題求解復(fù)雜度。假設(shè)節(jié)點(diǎn)收發(fā)損耗相同為Eelec（Eelec_sent=Eelec_receive=Eelec），交互信息長度相同為L（Lint=Lcon_cyc=Lcon_ini=Lchange=Lcom_charge=L），兼顧到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性，接入控制器域內(nèi)兩節(jié)點(diǎn)的距離最大值D為控制器的控制范圍，此時(shí)系統(tǒng)能耗存在最大值。另外，在接入層面上，選擇合適的參數(shù)去抽象無線設(shè)備錯(cuò)綜復(fù)雜，且某些參數(shù)因?yàn)閷?shí)時(shí)性和復(fù)雜性無法被控制器動(dòng)態(tài)配置，所以本層面路由關(guān)鍵點(diǎn)間的物理路由（即若干段點(diǎn)到點(diǎn)的物理鏈路）仍采用現(xiàn)有協(xié)議完成，如AODV（Ad Hoc on-demand distance vector routing）等。

綜上所述，將本層面路由整體過程概括為算法1，具體步驟如下。

算法1基于節(jié)能的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)映射路由算法

1)SDN 控制器計(jì)算控制域內(nèi)節(jié)點(diǎn)能耗，周期性更新網(wǎng)絡(luò)能量視圖；

2)若節(jié)點(diǎn)發(fā)出路由請(qǐng)求，轉(zhuǎn)到步驟3)，否則轉(zhuǎn)到步驟1)；

3)SDN 控制器以最小能耗路徑引導(dǎo)路由，找到備選下一跳節(jié)點(diǎn)；

4)SDN 控制器通過能量均衡后確定下一跳節(jié)點(diǎn)；

5)重復(fù)步驟1)～步驟3)。

6)若找到最后一個(gè)路由關(guān)鍵點(diǎn)，轉(zhuǎn)到步驟7)，否則，轉(zhuǎn)到步驟3)；

7)SDN 控制器記錄路由關(guān)鍵點(diǎn)并下發(fā)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；

8)若網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)沒有異議，轉(zhuǎn)到步驟9)，否則，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上報(bào)自身狀況給SDN 控制器，轉(zhuǎn)到步驟2)；

9)路由關(guān)鍵點(diǎn)運(yùn)行普通路由協(xié)議；

10)return；

4.2 基于服務(wù)能力矩陣的節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)核心側(cè)節(jié)點(diǎn)）映射

SDN 下的自組織網(wǎng)絡(luò)在核心層面，以用戶為導(dǎo)向的服務(wù)有效性成為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的關(guān)鍵，此時(shí)路由的構(gòu)建就是通過服務(wù)能力矩陣計(jì)算滿足服務(wù)需求服務(wù)路徑，繼而以網(wǎng)絡(luò)效能最大化將服務(wù)路徑上的節(jié)點(diǎn)映射為路由關(guān)鍵點(diǎn)集合。

4.2.1 效能函數(shù)

網(wǎng)絡(luò)效能函數(shù)是以節(jié)點(diǎn)服務(wù)能力為變量的函數(shù)。服務(wù)能力與網(wǎng)絡(luò)效用可能表現(xiàn)出相同的特性，即服務(wù)能力越大，效用越大，如節(jié)點(diǎn)能提供的帶寬越大，效用就趨向增大；服務(wù)能力與網(wǎng)絡(luò)效用也可能表現(xiàn)出相反的特性，即服務(wù)能力越大，效用越小，如節(jié)點(diǎn)耗能越大，效用就趨向減小。也就是說，一些服務(wù)能力越大，效能越優(yōu)，另一些服務(wù)能力越小，效能越優(yōu)，所以定義轉(zhuǎn)化函數(shù)（如式(9)和式(10)所示）以取得基于所有能力變量的一致性優(yōu)化結(jié)果[13]。

不失一般性，本文將節(jié)點(diǎn)具備的服務(wù)能力歸一化為[0,1]。節(jié)點(diǎn)第k個(gè)服務(wù)能力矢量表示為中的最大值且為第j個(gè)元素的值，即。引入一個(gè)比值歸一化矢量，則得到簡記為r，轉(zhuǎn)化函數(shù)可以分段如式(11)和式(12)定義，滿足效能函數(shù)的歸一化單調(diào)性要求。

為此，效能函數(shù)可以定義為f+和f-的仿射組合如式(13)所示，wk≥0(1≤k≤t)為仿射系數(shù)且=1。

4.2.2 服務(wù)能力矩陣與服務(wù)請(qǐng)求矩陣

基于網(wǎng)絡(luò)圖GS=(NS,LS)，Spe={p e|e=1,2,…,E}表示基本功能單元集合，那么節(jié)點(diǎn)Nn(Nn∈NS,1≤n≤N)對(duì)應(yīng)的所有服務(wù)而產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)效能為

4.2.3 節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)核心側(cè)節(jié)點(diǎn)）映射

基于服務(wù)能力矩陣和服務(wù)請(qǐng)求矩陣計(jì)算備選擇矩陣Nsel=[si,r]N×E，該矩陣包含服務(wù)路徑需求中所需的各類服務(wù)，計(jì)算過程通過矩陣乘法得到，如式(16)所示。

其中，設(shè)矩陣Nsel的各列向量為sr=(s1,r,…,sN,r)T(r=1,2,…,E)，因此選擇矩陣可簡化表示為Nsel=[s1,…,sE]。如果sr=0，表示沒有節(jié)點(diǎn)能夠滿足服務(wù)路徑需求；如果sr≠0且si,r≠0(si,r∈sr)，表示有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)ni能夠作為服務(wù)路徑需求的可選節(jié)點(diǎn)。

依據(jù)所得的選擇矩陣Nsel，可選擇出最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用于服務(wù)路徑需求的服務(wù)路徑構(gòu)建。對(duì)于服務(wù)路徑需求的每一基本功能單元，選擇節(jié)點(diǎn)ni中能提供基本功能單元pe，且具有最大網(wǎng)絡(luò)效能的節(jié)點(diǎn)ni作為該基本功能單元的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，該過程可以形式化表示為

4.2.4 基于節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)核心側(cè)節(jié)點(diǎn)）映射的路由算法

綜上所述，將基于節(jié)點(diǎn)映射的路由算法概括為算法2[15]，具體介紹如下。

算法2基于節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)核心側(cè)節(jié)點(diǎn)）映射的路由算法

5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

5.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

綜上，SDN 下的路由過程可概括為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)依照接入控制器給出的能耗優(yōu)化路徑，將服務(wù)請(qǐng)求經(jīng)接入控制器上報(bào)至全局控制器，全局控制器接受服務(wù)請(qǐng)求后，開始啟動(dòng)路由構(gòu)建。路由構(gòu)建經(jīng)過3 個(gè)過程：首先，全局控制器以網(wǎng)絡(luò)效能最大化選擇核心層路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；然后，接入控制器以能耗集約化選擇接入層路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；最后，路由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)間路由構(gòu)建。由于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)間路由采用現(xiàn)有的路由協(xié)議，對(duì)于這些協(xié)議研究的相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)已經(jīng)相當(dāng)豐富，本文不再重點(diǎn)關(guān)注。以下實(shí)驗(yàn)以服務(wù)路徑構(gòu)建為主要參考依據(jù)。

為了證明本文算法的有效性，設(shè)計(jì)并搭建了如圖4 所示的原型系統(tǒng)?；赟UMO（simulation of urban mobility）網(wǎng)絡(luò)模型[16]，利用NS-3 模擬器在1 000 m×1 000 m 區(qū)域內(nèi)布設(shè)5 個(gè)接入控制器，每個(gè)接入控制器最多控制30 個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。該系統(tǒng)使用ONOS 作為SDN 控制器，使用OpenFlow 1.3 協(xié)議作為控制器與交換機(jī)之間的南向接口。ClickOS 是一種支持網(wǎng)絡(luò)中間件服務(wù)的軟件虛擬化服務(wù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，因此原型系統(tǒng)利用其作為基本功能單元的運(yùn)行平臺(tái)。接入控制器在原型系統(tǒng)中具備雙重功能，既是面向全局服務(wù)器的SDN 交換機(jī)，也是面向獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的SDN 控制器。

圖4 基于SDN 的自組織網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)

5.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

區(qū)別于傳統(tǒng)的自組織網(wǎng)絡(luò)路由，SDN 下的自組織網(wǎng)絡(luò)路由是基于服務(wù)能力（本文主要指能耗和網(wǎng)絡(luò)效能）分級(jí)實(shí)施的，這樣的路由不僅要適應(yīng)自組織網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性的特點(diǎn)，更要發(fā)揮SDN 集中控制與服務(wù)定制化的優(yōu)勢(shì)。所以，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證著力點(diǎn)在于：首先，接入層面評(píng)估各中路由方式下獨(dú)立節(jié)點(diǎn)移動(dòng)中的能耗優(yōu)劣；其次，核心層面對(duì)比服務(wù)路徑數(shù)目與網(wǎng)絡(luò)效能的關(guān)系；最后，評(píng)估SDN 控制器主導(dǎo)下的自組織網(wǎng)絡(luò)路由的總體效果。

5.2.1 接入級(jí)路由算法比較

節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性通常體現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度；用戶業(yè)務(wù)流特性在接入層面體現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)并發(fā)業(yè)務(wù)速率。為比較節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度對(duì)路由能耗的影響，采用隨機(jī)路點(diǎn)模型[17]且業(yè)務(wù)流特性固定。基于圖4系統(tǒng)的接入層面，在單個(gè)接入控制器控制范圍內(nèi)完成通信過程，每次通信的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)及其數(shù)據(jù)流由NS-3 服務(wù)器/客戶端輪詢流序列產(chǎn)生，在設(shè)定相同節(jié)點(diǎn)數(shù)量（總節(jié)點(diǎn)數(shù)為20 個(gè)，活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為10 個(gè)）且工作在速率0.25 packet/s（低業(yè)務(wù)速率）、25 packet/s（高業(yè)務(wù)速率）的情況下，節(jié)點(diǎn)速度按每3 m/s 的步長從0 增加到15 m/s。

圖5 每次配置參數(shù)的仿真持續(xù)時(shí)間5 min，共進(jìn)行10 次仿真，取傳輸1 bit 分組的端到端能耗平均值。從整體趨勢(shì)上分析，各路由方式在不同業(yè)務(wù)速率下能耗曲線平穩(wěn)，表明各路由方式對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的適應(yīng)性較強(qiáng)。其中，SDN 方式能耗均小于其他路由方式，是由于接入控制器避免了不確定的探測(cè)過程且總能選擇能耗最小的節(jié)點(diǎn)建立端到端路由。相對(duì)于圖5(a)，圖5(b)的能耗曲線整體上移，是由于業(yè)務(wù)速率提升后加大了發(fā)送電路能耗；在能耗曲線整體上移的趨勢(shì)下，曲線間距離也增大，尤其是AODV 曲線上升更為明顯，說明能耗受業(yè)務(wù)特征影響是現(xiàn)實(shí)存在的，需要在網(wǎng)絡(luò)核心層面考慮業(yè)務(wù)特征因素。

圖6 每次配置參數(shù)的仿真持續(xù)時(shí)間50 min，共進(jìn)行3 次仿真，獲取各節(jié)點(diǎn)剩余能量平均值?？梢钥闯?，節(jié)點(diǎn)剩余能量受業(yè)務(wù)特征影響，高業(yè)務(wù)速率下耗能稍高。SDN 方式下各節(jié)點(diǎn)平均能耗剩余柱狀圖較為規(guī)整，而其余路由方式節(jié)點(diǎn)平均能耗剩余柱狀圖呈鋸齒狀，說明SDN 方式下節(jié)點(diǎn)間能耗相對(duì)均衡，原因是接入控制器始終以負(fù)載均衡選擇關(guān)鍵點(diǎn)。

5.2.2 核心層次網(wǎng)絡(luò)效能評(píng)估

圖5 傳輸1bit 分組的端到端平均能耗

圖6 節(jié)點(diǎn)剩余能量

基于網(wǎng)絡(luò)配置簡便的目的，樸素的手動(dòng)配置方式是構(gòu)建路由的常用方法，其主要思路是同樣的服務(wù)盡可能地讓一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)提供，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的資源耗盡后，開始部署下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，依次連續(xù)部署下去。本文依據(jù)式(14)和式(18)計(jì)算了每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上資源占用率（ROR,resources occupied ratio）和網(wǎng)絡(luò)效用值的情況，并且將本文RKNLSP 解決方法所得結(jié)果與基于手工配置方法所得結(jié)果進(jìn)行比較。ROR 定義為提供基本功能單元時(shí)節(jié)點(diǎn)或鏈路上每一資源的已使用量()與該資源的總量()的平均比值。其中，k(k=1,2,…,K)是資源種類，i(i=1,2,…,NS+LS)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或鏈路的編號(hào)，NS和LS分別是網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)和鏈路的總數(shù)目，δ()=1表示節(jié)點(diǎn)或鏈i上有資源種類k，否則δ()=0。

如圖7 所示，在路由數(shù)目分別為10 和104的條件下，本文RKNLSP 方法在不同服務(wù)路徑長度下，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的平均效用值分別約為0.69 和0.53，而相同條件下，手動(dòng)方法的網(wǎng)絡(luò)平均效用值約為0.42 和0.38。比較而言，本文所提出的RKNLSP解決方法的網(wǎng)絡(luò)效能相比于手動(dòng)配置方法整體提高約14%，但在路由數(shù)目相對(duì)較少的情況下，RKNLSP 解決方法優(yōu)勢(shì)并不明顯。分析原因是本文RKNLSP 解決方法能夠協(xié)同調(diào)配全網(wǎng)范圍內(nèi)的資源構(gòu)建服務(wù)路徑，使不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的資源能夠得到較為充分的利用。但當(dāng)路由數(shù)目較少時(shí)，由于RKNLSP 解決方法產(chǎn)生一定的計(jì)算開銷，所以網(wǎng)絡(luò)平均效用值相差不多。另外，RKNLSP 解決方法資源平均占有率低于手動(dòng)配置方法，意味著SDN 控制器參與下為同一基本功能單元所付出的資源量更少或者說節(jié)點(diǎn)間的資源占有量更均衡。當(dāng)路由數(shù)目較少時(shí)，路由長度增加并不顯著地增加資源占有率且2 種方法資源占有率相差也不大；當(dāng)路由數(shù)目激增時(shí)，隨著路由長度增加手動(dòng)配置方法資源平均占有率較RKNLSP 方法增長迅速。這是因?yàn)镽KNLSP 的自適應(yīng)性只有在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)數(shù)量規(guī)模下才能顯現(xiàn)。

5.2.3 網(wǎng)絡(luò)整體性能效能評(píng)估

基于圖4 原型系統(tǒng)建立一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)間信息交換場(chǎng)景，源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)流量需要獲得一定的可靠性支持。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，利用C#語言編寫一個(gè)自動(dòng)機(jī)來產(chǎn)生大量的服務(wù)能力參數(shù)，其中每一路由分配有1～5 個(gè)不同的基本功能單元數(shù)目。每次實(shí)驗(yàn)后，統(tǒng)計(jì)服務(wù)路徑的構(gòu)建時(shí)間（接入控制器計(jì)算時(shí)間與全局控制器計(jì)算時(shí)間之和）、OpenFlow配置時(shí)間和流量在用戶和服務(wù)器之間的傳輸時(shí)延。重復(fù)統(tǒng)計(jì)多次得到平均值如圖8 所示。

圖7 不同路由數(shù)目條件下的網(wǎng)絡(luò)平均效用與資源利用率示意

比較圖8(a)和圖8(b)中的結(jié)果可以看出，服務(wù)路徑的構(gòu)建時(shí)間、OpenFlow 配置時(shí)間和傳輸時(shí)延都伴隨服務(wù)路徑數(shù)目的增加而增長，并與服務(wù)路徑的長度增長趨勢(shì)一致。統(tǒng)計(jì)結(jié)果也顯示服務(wù)路徑構(gòu)建時(shí)間在服務(wù)路徑的構(gòu)建中占有重要的比例，并且該比例值隨網(wǎng)絡(luò)中路由數(shù)目的增加而提高。其原因是：一方面，當(dāng)路由數(shù)目增加時(shí)，控制器需要處理更多的請(qǐng)求，從而使路由建立時(shí)間延長；另一方面，由于路由關(guān)鍵點(diǎn)的負(fù)載增加，從而需要更多的時(shí)間來完成服務(wù)處理。

同時(shí)，文獻(xiàn)[18]在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下設(shè)計(jì)了一種集中調(diào)控的分布式路徑選擇算法，其中集中調(diào)控等價(jià)于本文中SDN 控制器計(jì)算服務(wù)路徑，分布式選擇等價(jià)于路由關(guān)鍵點(diǎn)間的路由過程。圖8(a)和圖8(b)中的結(jié)果與文獻(xiàn)[18]結(jié)果具有一致性，即服務(wù)響應(yīng)時(shí)延（OpenFlow 配置時(shí)間與服務(wù)路徑計(jì)算時(shí)間之和）相對(duì)于其他算法普遍降低。

圖8 不同路由數(shù)目條件下的服務(wù)路徑建立時(shí)間示意

6 結(jié)束語

當(dāng)前，在SDN 技術(shù)的推動(dòng)下，新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成為未來網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)之一，與SDN結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)研究方興未艾。節(jié)點(diǎn)能量受限與移動(dòng)性是自組織網(wǎng)絡(luò)的顯著特點(diǎn)，也是未來自組織網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)的制約因素，且定制化服務(wù)的更高要求使自組織網(wǎng)絡(luò)在路由層面尤其是功能路由設(shè)計(jì)上進(jìn)展乏力。SDN 將網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)的垂直緊耦合的體系結(jié)構(gòu)解耦，重新構(gòu)造模塊化的網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)構(gòu)?；诖薙DN 下的自組織網(wǎng)絡(luò)路由可以描述為邏輯上的服務(wù)路徑和實(shí)現(xiàn)上的物理路由之疊加復(fù)合。首先，基于SDN 優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步分析了SDN 下自組織網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)架構(gòu)和全新的路由實(shí)現(xiàn)方式，建立了基于整數(shù)規(guī)劃模的分級(jí)路由模型。其次，在接入控制器基于優(yōu)化目標(biāo)（最小能耗路徑和能量均衡）引導(dǎo)路由的過程中固化了網(wǎng)絡(luò)接入層面的信息交互流程，提出一種基于服務(wù)能力的分層次路由思想，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了路由關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路集中式選擇問題的求解算法（稱為RKNLSP 算法），該算法通過服務(wù)關(guān)鍵點(diǎn)的映射以最優(yōu)的方式（節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)效能）將用戶定制的服務(wù)嵌入基礎(chǔ)物理網(wǎng)絡(luò)中，為用戶定制服務(wù)提供承載支撐。最后，在搭建的原型系統(tǒng)上驗(yàn)證了RKNLSP 算法能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)接入層次評(píng)估了SDN 下的RKNLSP 方式路由相對(duì)于自組網(wǎng)傳統(tǒng)路由算法的性能，在網(wǎng)絡(luò)核心層次和網(wǎng)絡(luò)全局層面驗(yàn)證了相對(duì)于手動(dòng)配置方式實(shí)現(xiàn)“按需配置”服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)效能整體優(yōu)勢(shì)。

然而，在網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行中，核心層面的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓话懵诰W(wǎng)絡(luò)流量的動(dòng)態(tài)變化，服務(wù)路徑構(gòu)建的輸入可由原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜喕癁殡x線計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)服務(wù)路徑集合，當(dāng)離線部署的服務(wù)路徑產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)效能降低到一定門限后，再啟動(dòng)服務(wù)路徑計(jì)算過程，從而降低算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。所以，作為對(duì)SDN下新型自組織網(wǎng)絡(luò)的初步探討，本文所提到路由思路、模型及算法仍值得進(jìn)一步優(yōu)化和完善。