[论文解读] Dependable End-to-End Delay Constraints for Real-Time Systems using SDNs.

Rakesh Kumar, Monowar Hasan+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2017

Interconnection Networks and Systems参考文献 17被引用 6

一句话总结

本文提出了一种基于软件定义网络（SDN）的框架，通过利用全局网络可视性来合成满足延迟保障的路径和交换机配置，从而确保实时系统中端到端延迟约束的可靠性。该方法减少了对昂贵专用硬件的依赖，仿真和仿真测试证明了其在满足实时流量需求方面的可行性与有效性。

ABSTRACT

Real-time systems (RTS) require dependable delay guarantees on delivery of network packets. Traditional approaches for providing such guarantees for mission critical applications require the use of expensive custom built hardware and software resources. We propose a novel framework that reduces the management and integration overheads of the traditional approaches by leveraging the capabilities (especially global visibility and management) of Software-defined networking (SDN) architectures. Given the specifications of flows requiring real-time guarantees, our framework synthesizes paths through the network and associated switch configurations that can meet the requisite delay requirements for real-time flows. Using exhaustive simulations as well as emulations with real switch software, we show the feasibility of our approach.

研究动机与目标

• 解决依赖专用硬件和软件的传统实时网络解决方案成本高、复杂度高的问题。
• 通过利用SDN的集中式控制和全局网络可视性，降低实时系统中的管理与集成开销。
• 实现网络路径与交换机配置的自动合成，以满足实时流量严格的端到端延迟要求。
• 通过仿真和真实交换机软件仿真，验证所提框架在实际环境中的可行性。

提出的方法

• 利用SDN的集中式控制器实现对网络拓扑和状态的全局可视性，支持端到端路径计算。
• 分析流量规格（例如，延迟上限），以确定满足实时约束的可行网络路径。
• 合成交换机配置（例如，流表规则），以强制执行选定路径并确保满足延迟保障。
• 使用路径计算引擎，综合考虑链路延迟、排队延迟和网络负载，计算延迟优化的路由。
• 在仿真环境中与真实SDN交换机软件集成，以在真实条件下验证行为。
• 采用全面的仿真和真实世界仿真，评估在多种网络场景下的性能与正确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 SDN的全局可视性和集中式控制能否在无需专用硬件的情况下有效保障实时流量的端到端延迟？
• RQ2 该框架在多大程度上能准确合成满足指定延迟约束的网络路径与交换机配置？
• RQ3 当部署在真实SDN交换机软件上时，该框架的可行性与性能如何？
• RQ4 该框架在动态网络条件下如何维持实时流量的延迟保障？

主要发现

• 该框架成功合成了满足实时流量端到端延迟要求的网络路径与交换机配置。
• 全面的仿真结果证实了该框架在多种网络拓扑和负载条件下计算延迟保障路径的能力。
• 使用真实SDN交换机软件的仿真结果表明，该框架在真实世界环境中具有实际可行性与正确性。
• 与传统实时网络解决方案相比，该方法显著降低了管理与集成开销。
• SDN的使用实现了对网络行为的精确且动态的控制，确保了可靠的延迟保障，而无需昂贵的专用基础设施。