[论文解读] Rule Optimization for Real-Time Query Service in Software-Defined Internet of Vehicles

Xin Wang, Cheng Wang+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2015

Software-Defined Networks and 5G参考文献 22被引用 4

一句话总结

本文提出了一种针对软件定义车联网（SDIV）中实时查询服务的规则优化策略，通过分离有线与无线数据平面并采用基于目的地的模型，减少流表规则数量。该方法在保持数据传输性能的同时，最小化规则安装开销，显著提升了动态车载网络中的可扩展性。

ABSTRACT

Internet of Vehicles (IoV) has recently gained considerable attentions from both industry and research communities since the development of communication technology and smart city. However, a proprietary and closed way of operating hardwares in network equipments slows down the progress of new services deployment and extension in IoV. Moreover, the tightly coupled control and data planes in traditional networks significantly increase the complexity and cost of network management. By proposing a novel architecture, called Software-Defined Internet of Vehicles (SDIV), we adopt the software-defined network (SDN) architecture to address these problems by leveraging its separation of the control plane from the data plane and a uniform way to configure heterogeneous switches. However, the characteristics of IoV introduce the very challenges in rule installation due to the limited size of Flow Tables at OpenFlow-enabled switches which are the main component of SDN. It is necessary to build compact Flow Tables for the scalability of IoV. Accordingly, we develop a rule optimization approach for real-time query service in SDIV. Specifically, we separate wired data plane from wireless data plane and use multicast address in wireless data plane. Furthermore, we introduce a destination-driven model in wired data plane for reducing the number of rules at switches. Experiments show that our rule optimization strategy reduces the number of rules while keeping the performance of data transmission.

研究动机与目标

• 为解决因OpenFlow交换机流表大小受限而引起的车联网（IoV）可扩展性瓶颈。
• 减少由于车辆移动性和频繁连接请求导致的实时查询服务中的规则安装开销。
• 通过最小化交换机间冗余规则条目，提升SDIV中的网络管理效率。
• 在减少流表中规则数量的同时，保持高数据传输性能。
• 实现在大规模、移动性强的车载网络中高效、可扩展且动态的查询服务。

提出的方法

• 在SDIV中分离有线与无线数据平面，以应用不同的规则管理策略。
• 在无线数据平面中使用组播地址，以减少针对每个目的地的规则条目数量。
• 在有线数据平面中实现基于目的地的模型，将针对同一目的地的多个源的规则进行合并。
• 利用SDN中的集中式控制器，根据网络状态动态管理并优化规则安装。
• 应用规则优化技术，在不增加延迟或丢包率的前提下减少流表大小。
• 使用统一的软件定义接口配置异构交换机，实现控制集中化，提升可扩展性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高移动性车辆环境下，如何最小化SDIV中实时查询服务的规则安装开销？
• RQ2 哪些架构与控制策略能够减少OpenFlow交换机中流表条目数量？
• RQ3 组播寻址与基于目的地的规则模型在车载网络中如何提升可扩展性？
• RQ4 规则优化在动态IoV环境中在多大程度上保持了数据传输性能？
• RQ5 集中式控制在优化规则分发和最小化冗余方面发挥什么作用？

主要发现

• 所提出的规则优化策略在不降低数据传输性能的前提下，减少了流表中的规则数量。
• 分离有线与无线数据平面可实现更高效的规则管理，并减少规则的过度增长。
• 在无线平面中使用组播地址可显著减少多车辆查询所需的规则数量。
• 有线平面中基于目的地的模型将多个源的规则合并，有效减小了流表大小。
• 实验评估证实，规则数量减少的同时，延迟保持较低且吞吐量保持较高。
• 该方法通过缓解OpenFlow交换机中流表大小的限制，显著提升了SDIV的可扩展性。