On the necessity of separating MAC protocols into data and control planes
网络协议体系结构不仅可以从传统的层的角度进行设计，也可以从平面的角度进行设计，即，数据、控制和管理平面。媒体访问控制（MAC）是数据链路层的功能，因此MAC协议涉及数据平面和控制平面两者。然而，尽管国际无线局域网（WLAN）标准IEEE 802.11或Wi-Fi已经发展了20多年，但MAC协议的控制平面尚未明确描述。因此，是否需要将MAC协议分为数据平面和控制平面？如果没有，现有的混合架构是否存在一些问题？针对上述问题，本文分析了IEEE 802.11，特别是802.11-2020标准中现有MAC协议可能存在的问题。这些问题可以被看作是下一代无线局域网（WNG）研究的新起点。
2022-10-16 cs.NI
Fingerprinting OpenFlow controllers: The first step to attack an SDN control plane
软件定义网络（SDN）控制器被视为网络操作系统（NOS），并且通常被视为单点故障。检测哪个SDN控制器正在管理目标网络是攻击者对其发起特定/有效攻击的重要一步。在本文中，我们展示了对SDN控制器进行指纹识别的可行性。我们提出的技术，允许攻击者放置在数据平面，这是应该是物理上分离的控制平面，以检测哪个控制器正在管理网络。据我们所知，这是对SDN控制器进行指纹识别的第一项工作，其主要目标是强调高度安全控制器的必要性。我们专注于基于OpenFlow的SDN网络，因为OpenFlow是目前硬件和软件供应商部署最多的SDN技术。
2017-05-01 cs.NI
Characterizing and Modeling Control-Plane Traffic for Mobile Core Network
在本文中，我们首先对控制平面流量进行了第一次深入的表征，使用在真实世界LTE移动核心网络（MCN）中采样的37，325个UE的真实控制平面跟踪。我们的分析表明，控制事件在UE之间的设备类型和时间上表现出显著的多样性。其次，我们研究了传统的概率分布，已被广泛采用的建模互联网流量可以模拟控制平面流量起源于个人UE。我们的分析表明，控制事件的到达间隔时间以及在UE状态的EMM和ECM的蜂窝网络的逗留时间不能建模为泊松过程或其他传统的概率分布。我们进一步表明，这些模型未能捕获的控制平面流量的原因是由于其较高的突发性和较长的尾巴在累积分布比传统的模型。第三，我们提出了一个两级层次的基于状态机的流量模型UE集群来自我们的自适应聚类方案的基础上半马尔可夫模型，以捕捉移动网络控制平面流量的关键特征-特别是，每个UE产生的事件之间的依赖性，以及设备类型和UE之间的时间的多样性。最后，我们展示了当5G UE的相当大的控制平面轨迹可用于训练调整后的模型时，我们的模型如何从LTE轻松调整到5G，以支持5G控制平面流量建模。为LTE/5G网络开发的控制平面流量生成器向研究社区开源，以支持高性能MCN架构设计研发。
2022-12-26 cs.NI
Jamming-Aware Control Plane in Elastic Optical Networks
物理层安全是光网络中必不可少的。在本文中，我们研究了一个干扰感知控制平面，其中的高功率干扰攻击存在于网络中。所研究的控制平面认为，拥塞连接可以被检测和避免。我们使用了一个物理层模型，其中我们嵌入了额外的干扰功率，以评估不同的安全方案，如无干扰的情况下，干扰与不知情的控制器，干扰与知情的控制器。性能分析的阻塞率和时隙利用率。我们分析了干扰攻击在最少使用的链路和在最常用的链路上的网络的影响。仿真结果表明，控制平面的干扰规避性能接近于无干扰情况。
2020-06-02 cs.NI
SDNFV: Flexible and Dynamic Software Defined Control of an Application- and Flow-Aware Data Plane
软件定义网络（SDN）承诺更大的灵活性来引导分组流，并且网络功能虚拟化承诺实现基于软件的网络功能的动态管理。然而，智能控制平面和过于简单的无状态数据平面之间的当前划分导致无法利用基于软件的网络的灵活性。在本文中，我们提出了SDNFV，一个框架，扩展网络处理和转发元素的能力，灵活地管理数据包流，同时保留高性能的数据平面和易于管理的控制平面。SDNFV提出了一种分层控制框架，其中跨SDN控制器、主机级管理器和各个VM做出决策，以最好地利用每个级别上可用的状态。与现有的SDN相比，这增加了网络的灵活性，在现有的SDN中，控制器通常仅基于流的第一个分组报头做出决定。SDNFV智能地跨主机放置网络服务，并将其连接到顺序和并行链中，使SDN控制器和各个网络功能能够增强和更新流规则，以适应不断变化的条件。我们的原型演示了如何有效地和灵活地重新路由流的数据平面状态，如数据包的有效载荷和流量特性的基础上。
2016-06-08 cs.NI
Enhancing SDVN Performance via Policy-Driven Lightweight Control-Plane Resizing Strategies
Centre for Wireless Communications, University of Oulu（奥卢大学无线通信中心）
针对SDVN中控制平面过载导致QoS下降的问题，提出两种轻量级控制平面调整机制，在Mininet-WiFi上验证，显著降低延迟和丢包并提升负载均衡。
2026-09-15 cs.NI cs.SY eess.SY
CUPSMAN: Control User Plane Separation Based Routing in Ad-hoc Networks
网络中用户（数据）平面与控制平面的分离有助于独立地缩放资源、提高服务质量并通过采用软件定义网络技术来促进自主性。分簇引入了层次结构的自组织网络中的控制功能，可以进行一些指定的簇头。它也是一种有效的解决方案，以处理由于缺乏集中式控制器和基础设施的ad-hoc网络的挑战。与平面拓扑相比，分布式网络拓扑获得了显著的可扩展性和可靠性。节点在集群网络中的不同角色也可以有效地用于路由。本文提出了一种新的平面分离路由算法--基于路由器的混合路由算法（CHRA）。在CHRA中，我们利用层次分簇结构，通过控制和用户平面分离（CUPS）在移动自组织网络。在具有特定大小的簇邻域中，使用链路状态路由来最小化延迟，控制开销，并且还利用能量消耗。为了方便与远程节点的通信，我们形成了一个路由骨干，负责控制和数据消息。结果表明，CHRA在公平能耗和端到端延迟方面优于对手。
2018-07-27 cs.NI
ORACLE: Collaboration of Data and Control Planes to Detect DDoS Attacks
由软件定义网络（SDN）范例实现的对控制和数据平面进行编程的可能性代表了一片肥沃的土壤，在其之上可以充分探索新颖的操作和管理机制，基于机器学习技术的分布式拒绝服务（DDoS）攻击检测是这项工作的重点。为了进行检测，本文提出了ORACLE：cOllaboRation的dAta和控制pLanEs检测DDoS攻击，一个架构，促进协调的控制和数据平面检测网络攻击。作为其第一个贡献，该架构委托数据平面的提取和处理每个流收集的交通信息。这样做是为了简化在攻击检测中使用的特征集的计算和分类，因为所需的流信息在到达控制平面时已经被处理。此外，作为第二个贡献，该架构打破了限制，计算一些功能，是不可能实现在传统的基于OpenFlow的环境。在对ORACLE的评估中，我们使用K-最近邻模型在测试阶段获得了高达96%的准确性。
2020-09-22 cs.NI
Disaster-Resilient Control Plane Design and Mapping in Software-Defined Networks
诸如核心光网络之类的通信网络严重依赖于其物理基础设施，因此它们容易受到诸如电磁脉冲（EMP）或大规模毁灭性武器（WMD）攻击之类的人为灾害以及自然灾害的影响。大规模的灾难可能会导致这些网络中的大量数据丢失和连接中断。随着我们对网络服务的依赖性增加，需要新的生存性方法来减轻灾害对通信网络的影响成为一个主要问题。软件定义网络（SDN）通过集中控制逻辑并将其与物理设备分离，促进了网络可编程性，并开辟了设计灾难恢复网络的新方法。另一方面，为了充分利用SDN的潜力以及数据平面的生存能力，我们还需要设计控制平面，使其具有足够的弹性，以便在灾难导致的网络故障中生存下来。已经提出了几种分布式SDN控制器架构来减轻过载和故障的风险，但是它们针对有限的故障进行了优化，而没有解决大规模灾难故障的程度。对于控制平面的灾难恢复，我们建议将其设计为虚拟网络，这可以使用虚拟网络映射技术来解决。我们选择控制器在物理网络上的适当映射，以便控制器之间（交换机到控制器）以及交换机到控制器之间（交换机到控制器）的连接不会受到灾难导致的物理基础设施故障的影响。我们正式建模这种灾难感知控制平面的设计和映射问题，并证明了显着减少中断的制造商到控制器和开关到控制器的通信通道，使用我们的方法。
2015-09-01 cs.NI
A Framework and Comparative Analysis of Control Plane Security of SDN and Conventional Networks
软件定义网络在外部实体中实现网络控制平面，而不是如在常规网络中那样在每个单独的设备中实现网络控制平面。这种架构差异意味着对基本网络属性所需的控制功能的不同设计，例如，环路预防和链路冗余。我们探讨了这些差异如何重新定义SDN控制平面中的安全弱点，并提供了一个比较分析框架，重点关注典型生产网络所需的基本网络属性。这使得能够分析SDN和传统网络的控制平面如何提供这些属性，并比较安全风险和缓解措施。尽管架构上的差异，我们发现类似的，但不相同的，暴露在控制平面的安全性，如果两个网络范例提供相同的网络属性，并在相同的威胁模型下进行分析。然而，防御措施各不相同; SDN不能依赖基于边缘的过滤来保护其控制平面，而这可以说是传统网络中的主要防御。我们具体的安全分析表明，一个分布式的SDN架构，支持容错和一致性检查是重要的SDN控制平面的安全。我们的分析方法可能是独立的利益，为未来的安全分析的SDN和传统网络。
2017-12-06 cs.CR cs.NI
Carbide: Highly Reliable Networks Through Real-Time Multiple Control Plane Composition
实现高度可靠的网络对于网络运营商确保在软件错误或硬件故障时正确传输数据包至关重要。网络必须确保可达性和路由正确性，例如子网隔离和路点遍历。现有的网络验证工作依赖于以容错为代价的集中式计算，而其他方法要么构建过度设计的复杂控制平面，要么组成多个控制平面而不提供任何正确性保证。本文介绍了碳化物，一种新的系统，以实现高可靠性的网络，通过分布式验证和多个控制平面组成。Carbide的核心是一个简单、通用、高效的分布式验证框架，它将一般的网络验证问题转化为有向无环图（DAG）上的可达性验证问题，并通过高效的分布式验证协议（DV协议）解决后者。配备验证结果，Carbide允许多个控制平面的系统组合，并实现操作员指定的一致性。全面实施了碳化物。广泛的实验表明：（1）Carbide在最可靠的单个底层控制平面上将停机时间减少了43%，同时对所有流量执行正确性要求;（2）通过系统地将计算分解到设备并在验证期间修剪设备之间不必要的消息传递，Carbide可扩展到生产数据中心网络。
2022-01-13 cs.NI
On Diagnosis of Forwarding Plane via Static Forwarding Rules in Software Defined Networks
软件定义网络（SDN）将转发平面和控制平面彼此解耦。假设控制平面具有底层物理和/或逻辑网络拓扑的全局知识，使得其可以监视、抽象和控制转发平面。在我们的论文中，我们提出了安装最佳或接近最佳（即，在交换机/路由器上的静态转发规则的最佳数量的14%内），使得任何控制器都可以以数据平面速度验证拓扑连接性并检测/定位链路故障，而不依赖于来自其他控制器的状态更新。我们的性能上限表明，即使在数据中心规模的网络，亚秒级链路故障定位是可能的。对于具有数百或数千个链路的网络，可以实现数十毫秒的延迟。
2013-08-21 cs.NI
Control Plane Compression
我们开发了一种算法，能够将大型网络压缩成具有类似控制平面行为的较小网络：对于大型原始网络中的每个稳定路由解决方案，压缩网络中存在相应的解决方案，反之亦然。我们的压缩算法保留了各种各样的网络属性，包括可达性，循环自由度和路径长度。因此，运营商可以基于模拟、仿真或验证，通过仅分析压缩网络来加速网络分析。我们的方法是基于一个新的控制平面等效理论。我们在一个名为Bonsai的工具中实现了这些想法，并将其应用于真实和合成网络。Bonsai可以将真实网络缩小5倍以上，并将分析速度提高几个数量级。
2018-06-22 cs.NI
A low-latency control plane for dense cellular networks
为了跟上不断增长的容量需求，蜂窝网络正变得越来越密集和异构。由于空间重用增益，期望密集部署提供随着部署的小小区的数量的线性容量缩放。然而，在实践中，由于干扰，密集网络中的网络容量受到严重限制。主要原因是当前LTE控制平面部署模型具有非常高的延迟，并且不能应对实现需要在毫秒时间帧上协调的干扰管理技术的需求。本文介绍了SwiftC，一种新的低延迟控制平面设计的LTE网络。SwiftC的新贡献是一种通过LTE频谱本身有效发送和接收控制平面消息的设计，从而在小型小区和宏小区之间创建直接和低延迟的协调信令链路。SwiftC建立在全双工无线电的最新工作基础上，并通过原型实现表明，可以在现有LTE网络上构建低延迟控制平面，而不会浪费授权频谱。我们还展示了SwiftC在实施复杂的干扰管理技术方面的优势，并展示了SwiftC小小区部署可以实现几乎线性的容量扩展。
2014-07-31 cs.NI
Securing the Control-plane Channel and Cache of Pull-based ID/LOC Protocols
诸如LISP（RFC 6830）之类的基于拉取的ID/IP分割协议从映射系统检索映射以封装和转发分组。这是通过控制平面通道完成的。在这篇简短的论文中，我们描述了三种针对此通道的攻击（拒绝服务和溢出）以及针对用于存储此类映射的本地缓存的攻击。我们还提供了一个解决方案，针对这种攻击，实现了每源速率限制器使用计数最小草图数据结构。
2018-03-22 cs.NI
High-Fidelity Cellular Network Control-Plane Traffic Generation without Domain Knowledge
本研究提出基于Transformer的模型CPT-GPT，无需领域知识即可生成高保真蜂窝网络控制面流量，在多项保真度指标上显著优于现有GAN方法。
2024-11-11 cs.NI
Resolution-Based Content Discovery in Network of Caches: Is the Control Traffic an Issue?
由于网络试图清晰地分离控制平面和转发平面抽象，因此它还定义了这两个层之间的清晰接口。底层网络状态被表示为在控制平面中对其进行操作的视图。我们有兴趣研究这个接口的一些基本属性，无论是在一个一般的框架，并在特定的情况下的内容路由。我们试图评估两个平面之间的流量的基础上，允许在控制平面中的网络状态表示的可接受的失真的最低水平。我们将我们的框架应用于内容分发，并查看如何计算在控制平面中维护内容位置的开销。这是很重要的，以评估基于分辨率的内容发现在面向内容的网络架构：我们确定的情况下，更新控制平面的内容路由的成本cumulms获取最近的副本的好处。我们还展示了如何最大限度地减少成本的开销时，相关的成本对等流量和内部流量的网络缓存。
2017-04-03 cs.NI
Increasing Fault Tolerance and Throughput with Adaptive Control Plane in Smart Factories
未来的智能工厂预计将部署一个新兴的动态虚拟现实（VR）应用程序，在太赫兹通信波段中具有高带宽无线连接，工厂工人可以通过高质量分辨率的360°视频流跟踪活动。THz通信虽然作为高带宽无线通信技术是有前途的，但是已知的是低容错，并且对外部因素敏感。由于THz信道状态通常难以估计，因此需要一种能够在编码和调制方面自适应地对收发器配置做出反应的系统。为此，我们提出了一个自适应控制平面，可以帮助我们配置太赫兹通信系统。控制平面实现工作流算法，该工作流算法被设计为根据THz信道状态在各种编码和调制方案之间进行自适应选择。结果表明，自适应控制平面可以提高吞吐量和信号分辨率，理论上误码率为零，在分析的场景下可以实现最大吞吐量。
2022-05-25 cs.NI
P4BFT: Hardware-Accelerated Byzantine-Resilient Network Control Plane
拜占庭容错（Byzantine Fault Tolerance，BFT）允许分布式的正确操作，即，复制的应用程序在面对恶意接管和故障/错误的个别实例。最近，BFT设计在软件定义网络（SDN）的背景下获得了关注。在SDN中，控制器副本是分布式的，并且其状态被复制以用于高可用性目的。然而，恶意控制器副本可能使控制平面不稳定并操纵数据平面，从而激发BFT需求。尽管如此，在实践中部署BFT的缺点是来自复制的控制器的增加的业务负载，以及对专有交换机功能的要求，从而对交换机的控制平面施加压力，其中特定的BFT动作必须在软件中执行。P4 BFT利用最佳策略来减少传输到作为SDN控制器的配置目标的交换机的消息总量。它通过在数据平面中确定的最佳位置中的消息比较和正确消息的推导来实现。在所产生的控制平面负载方面，我们的基于P4的数据平面扩展在随机128交换机和胖树/Internet 2拓扑中分别比现有解决方案平均高出约33.2%和约40.2%。为了验证P4 BFT的正确性和性能提升，我们部署了基于bmv 2和Netronome Agilio SmartNIC的拓扑。因此，P4 BFT的优点可以通过软件交换机和支持P4的“商品”硬件来再现。一个硬件加速的控制器数据包比较程序的结果，在平均96.4%的减少处理延迟，每个请求相比，现有的软件方法。
2019-08-14 cs.DC cs.NI
BFT Protocols for Heterogeneous Resource Allocations in Distributed SDN Control Plane
分布式软件定义网络（SDN）控制器旨在解决单点故障问题并提高控制平面的可扩展性。然而，拜占庭和故障控制器可能会强制执行不正确的配置，从而危及控制平面的正确性。过去已经提出了依赖于复制状态机（RSM）执行的多个拜占庭容错（BFT）方法来满足这个问题。然而，这种解决方案的可扩展性有限。此外，分布式控制器的状态进展和转发设备的外部重新配置的一致性之间的相互作用还没有得到彻底的研究。在这项工作中，我们提出了一个基于协议和执行组的方法，以增加BFT启用分布式SDN控制平面的整体吞吐量。我们采用了一个经过验证的基于排序的BFT协议，并介绍了两个优化的BFT协议，保持一致的协议，因果关系和活性属性。提出了一种状态散列方法，确保因果有序的开关重新配置，使机会主义的RSM执行，而不依赖于严格的排序。所提出的设计实现和验证两个现实的拓扑结构，路径计算应用程序和一组KPI：交换机重新配置（响应）时间，信令开销，和接受率。我们显示了一个明显的减少系统的响应时间和通信开销与所提出的模型相比，一个国家的最先进的方法。
2019-02-22 cs.NI
Swift: Rethinking RDMA Control Plane for Elastic Computing
本文提出Swift，通过缓存优化libibverbs加速用户空间RDMA连接设置，并利用fork能力实现资源在进程间共享，将RDMA与无服务器框架协同设计，显著提升了弹性计算的吞吐量并降低了延迟。
2025-01-31 cs.NI
ACORN: Network Control Plane Abstraction using Route Nondeterminism
网络很难正确配置，并且经常发生错误配置，导致中断或安全漏洞。形式化验证技术被应用于保证网络配置的正确性，从而提高网络的可靠性。这项工作解决了分布式网络控制平面的验证，有两个不同的贡献，以提高形式化验证的可扩展性。我们的第一个贡献是一个层次的抽象不同的精度，引入不确定性的路由选择过程中，路由器用来选择最佳的可用路由。我们证明了这些抽象的合理性，并显示其好处。我们的第二个贡献是一种新的SMT编码，它使用符号图编码所有可能的稳定的路由树，符合给定的网络控制平面配置。我们已经实现了我们的抽象和SMT编码的原型工具称为ACORN。我们的评估表明，我们的抽象可以提供显着的相对加速（高达323倍）的性能，和ACORN可以扩展到$\approx37,000$路由器（组织在FatTree拓扑结构，合成最短路径路由和无谷策略）验证可达性。这远远超过了用于控制平面验证的现有工具的性能。
2022-06-05 cs.NI
Hidden Treasures - Recycling Large-Scale Internet Measurements to Study the Internet's Control Plane
互联网范围扫描是研究互联网的常见主动测量方法，例如，研究安全属性或协议采用。它们涉及探测特定端口或协议的大地址范围（IPv4或IPv6的一部分）。除了它们用于探测的主要用途（例如，研究协议采用），我们表明，-在同一时间-他们提供了宝贵的见解，互联网控制平面通知通过对这些探测器的响应-一个目前尚未探索的二次使用。我们收集了一个星期的响应（637.50 M消息）的几个互联网范围的ZMap扫描覆盖多个TCP和UDP端口，以及基于DNS的扫描覆盖> 50%的域名空间。这种观点使我们能够研究互联网的控制平面作为互联网测量的副产品。我们在大约53 K个不同的自治系统中接收来自约171 M个不同IP的VoIP消息。此外，我们发现了多个控制平面问题，例如，我们检测到大量过时和配置错误的路由器，并发现IPv4中存在大规模持久路由环路。
2019-01-22 cs.NI
Internet Control Plane Event Identification using Model Based Change Point Detection Techniques
随着许多全球组织在印度部署数据中心和内容服务，全球目的地的前缀可达性性能研究引起了我们的关注。互联网拓扑中发生的故障和攻击等事件会影响控制平面中宣布的自治系统（AS）路径以及空间分布AS的前缀可达性。因此，客户对服务的可达性在增加的延迟和短时间或长时间的中断方面经历。控制平面事件检测中的挑战是数据平面流量何时能够正确到达预期目的地。然而，检测此类事件对于内容和数据中心行业的运营至关重要。通过监测AS路径长度分布、空间前缀可达性分布和覆盖重叠路由比等空间分布的路由表特征，可以检测控制平面事件。在我们的工作中，我们研究前缀AS路径从公开的路由视图数据和分析的全球可达性，以及可达印度AS拓扑结构。为了捕捉空间事件在一个单一的时间模式，我们提出了一个基于计数的措施，使用前缀宣布的x %的空间对等体。采用统计特征的变化点检测和时间偏差算法的时间序列的建议措施，我们确定发生的长和随机控制平面事件。事件的影响和持续时间也被量化。我们使用SEA-Me-We 4电缆切断事件在印度AS拓扑的控制平面上的表现形式来验证所提出的措施的机制。考虑对2012年6月6日（长期事件）和2012年4月17日（随机事件）发生的电缆切断事件进行确认。
2013-06-27 cs.NI
Performance analysis of SDN controllers: POX, Floodlight and Opendaylight
IP网络的配置和故障排除非常耗时，因为它需要访问每个设备的命令行界面（CLI）或图形用户界面（GUI）。换句话说，控制平面（收集信息以转发数据）和数据平面（数据转发平面）在每个中间设备上运行。为了解决这个问题，出现了软件定义网络，并将控制平面（由软件完成）与数据平面（由硬件完成）分离[1]。此外，控制平面在称为控制器的中心点中操作。在仿真和生产网络环境中有许多控制器软件程序。在本文中，我们比较了三个开源控制器POX，Floodlight和Opendaylight（ODL）在MININET SDN仿真程序创建的模拟网络中的TCP和UDP吞吐量和平均往返时间（RTT）的第一个数据包的流在网状和树形拓扑结构。
2021-12-20 cs.NI cs.PF
MORPH: An Adaptive Framework for Efficient and Byzantine Fault-Tolerant SDN Control Plane
当前解决SDN中的单点故障的方法需要SDN控制器实例的分布式操作。它们的状态同步过程依赖于控制器中正确决策的假设。在关键基础设施网络中成功引入SDN还需要解决不可用、不可靠（例如错误）和恶意控制器故障的问题。我们提出了MORPH，一个容忍不可用性和拜占庭故障的框架，它区分和本地化故障控制器实例，并适当地重新配置控制平面。我们的交换机连接分配利用故障源的意识，以优化活动控制器的数量，并最大限度地减少控制器和交换机的重新配置延迟。在每次成功识别故障后，建议的重新分配动态执行。我们需要2FM + FA +1控制器来容忍FM恶意和FA可用性引起的故障。在成功检测到FM恶意控制器后，MORPH会重新配置控制平面，要求使用单个控制器消息来转发系统状态。此外，我们概述并提出了一个解决方案的实际正确性问题的分布式SDN控制器应用程序的状态，以前忽略了文献中。我们基于我们的性能分析的资源感知路由应用程序，部署在一个仿真的测试床，包括多达16个控制器和多达34个交换机，以便容忍多达5个独特的拜占庭和额外的5个可用性引起的控制器故障（共10个独特的控制器故障）。我们量化和突出的动态减少数据包和CPU负载和响应时间后，每次成功的故障检测。
2019-02-07 cs.NI
An Architecture for Control Plane Slicing in Beyond 5G Networks
针对现有5GS控制面缺乏切片隔离等问题，提出一种5G后网络控制面切片架构，提升模块化、可扩展性与隔离性，并通过评估验证其性能优势。
2023-07-12 cs.NI
Response Time and Availability Study of RAFT Consensus in Distributed SDN Control Plane
软件定义网络（SDN）承诺前所未有的灵活性和网络操作的简易性。虽然灵活性是利用新技术优势的重要因素，但关键基础设施网络对网络鲁棒性和控制平面延迟也有严格的要求。SDN控制平面中的鲁棒性通过部署多个分布式控制器来实现，这些控制器形成集群以实现耐久性和快速故障转移的目的。然而，在目前的文献中，控制器聚类对整个系统响应时间的影响没有得到很好的研究。因此，在这项工作中，我们提供了一个详细的分析研究的分布式共识算法RAFT，在OpenDaylight和ONOS SDN控制器平台上实现。在这些控制器中，RAFT实现了数据存储复制，控制器故障后的领导者选举和成功修复的控制器状态恢复。为了评估其性能，我们介绍了一个框架，数值分析的各种SDN集群组织w.r.t.它们的响应时间和可用性度量。我们使用随机活动网络建模的RAFT操作，故障注入和集群恢复过程中，并使用真实世界的实验，我们收集的速率参数提供现实的输入，一个有代表性的集群恢复模型。我们还展示了如何一个快速的复兴机制，用于治疗软件错误引起的故障，可以最大限度地减少总响应时间所经历的控制器客户端，同时保证更高的系统可用性在长期。
2019-02-07 cs.NI
The Wireless Control Plane: An Overview and Directions for Future Research
软件定义网络（SDN）已成功部署在复杂数据中心的管理中，最近已被纳入无数的5G网络中，以智能管理各种异构无线设备、软件系统和无线接入技术。因此，SDN控制平面需要直接或间接地与无线数据平面进行无线通信。无线SDN控制平面（WCP）中的不确定性使其设计具有挑战性。两种WCP方案（直接WCP，D-WCP和间接WCP，I-WCP）都已被纳入最近的5G网络;然而，缺少对其设计原则和设计限制的讨论。本文介绍了WCP设计（I-WCP和D-WCP）的概述，并通过回顾其在最近5G网络中的部署来讨论其复杂性。此外，为了便于合成一个强大的WCP，本文提出了一个通用的WCP框架，使用深度强化学习（DRL）的原则，并提出了未来的研究路线图。
2018-10-08 cs.NI
SDN-controlled and Orchestrated OPSquare DCN Enabling Automatic Network Slicing with Differentiated QoS Provisioning
在这项工作中，我们提出和实验评估的自动和灵活的NS配置的光OPSquare DCN控制和编排的扩展SDN控制平面的多租户应用程序与差异化的QoS配置。光流控制（Optical Flow Control，OFC）协议是为了防止交换机端由于数据包竞争而导致的数据包丢失而开发的，基于收集的数据平面的资源拓扑，SDN控制平面可以对光网络切片进行动态配置和自动重配置。同时，实验结果验证了应用流的优先级分配能够为不同切片提供动态的QoS性能，这些切片在丢包率和传输延迟方面具有特定的要求。此外，将数据平面的流量统计信息暴露给SDN控制平面的能力使得能够实现负载均衡算法，从而进一步提高具有高QoS的网络性能。对于负载为0.5的具有最高优先级的切片网络，可以保证没有分组丢失和小于4.8 us的服务器到服务器延迟。
2020-01-10 cs.NI
Evaluation of Control/User-Plane Denial-of-Service (DoS) Attack on O-RAN Fronthaul Interface
本文提出一种评估O-RAN前传接口控制/用户平面DoS攻击的新工具，并在不同流量与速率下测试其对商用O-RAN系统吞吐量和误块率的影响。
2024-03-13 cs.NI
Towards Disaggregating the SDN Control Plane
针对 SDN 单体控制器耦合强、移植和扩展困难的问题，论文提出控制平面微服务化解聚方案及两种候选架构，并通过测试平台从功能与性能方面评估。
2019-04-22 cs.NI
Study on emerging applications on data plane and optimization possibilities
通过对数据平面和控制平面进行编程，网络运营商可以使其网络适应其需求。由于过去十年的研究，这一概念更加公式化，技术上更加可行。然而，由于控制平面可编程性首先出现，它已经在实际网络中成功实现，并开始获得回报。如今，数据平面可编程性正在快速发展，以达到这一水平，吸引了研究人员和开发人员的注意力：设计数据平面语言，在其上开发应用程序，形成软件交换机和能够运行数据平面代码和应用程序的体系结构，提高软件交换机的性能等等。随着控制平面和数据平面越来越开放，许多新的创新和技术正在出现，但一些专家警告说，消费者可能会感到困惑，不知道在许多技术中选择哪一种。这证明了网络中出现了多少创新。本文概述了数据平面上的一些新兴应用，并提供了进一步改进和优化的机会。我们的观察表明，大多数实现都是在测试环境中完成的，在性能方面还没有得到足够好的测试，但也有许多有趣的工作，例如，以前的控制平面解决方案正在数据平面中实现。
2022-03-13 cs.NI
MAVERICK: Proactively detecting network control plane bugs using structural outlierness
网络配置缺陷的主动检测对于保证网络正常运行和降低网络管理员的成本具有重要意义。在这项研究中，我们提出建立控制平面验证引擎MAVERICK，检测网络控制平面中的错误，即，网络设备配置和控制平面状态。MAVERICK自动推断控制平面配置的签名（例如，路由表、路由映射、路由策略等）和状态，允许管理员以最少的人为干预自动检测错误。MAVERICK通过有效地利用任何结构性偏差来实现这一点，即，网络配置中的离群值，被组织为简单或复杂的嵌套键值对。使用基于特征的离群值检测机制计算的离群值进一步表征其严重性，并根据其关键性进行排名或重新排序。我们考虑了一系列广泛的知识和领域的专业知识因素，有效地减少误报和漏报。我们的评估四个中型到大型企业网显示，MAVERICK可以自动检测到的错误存在于网络中的准确率约为75%。此外，以最少的管理员输入，即，通过几分钟的特征重新调整，MAVERICK允许管理员有效地检测网络中存在的大约94 - 100%的错误，从而降低不太严重的错误的等级并消除误报。
2021-01-22 cs.CR cs.NI
SDN Controllers: Benchmarking & Performance Evaluation
软件定义网络通过将传统网络分为集中式控制平面和可编程数据平面，提供灵活和智能的网络操作。智能控制平面负责为交换机提供流路径并优化网络性能。控制平面中的控制器是用于数据平面管理的所有操作的基本元件。因此，控制器本身的性能和能力非常重要。此外，用来衡量其业绩的工具必须准确有效地衡量不同的评价参数。在现有文献中有几十种控制器建议。然而，没有对它们进行定量的比较分析。在本文中，我们对不同的SDN控制器进行了全面的定性比较，并对其在不同网络场景中的性能进行了定量分析。更具体地说，我们分类和分类34控制器的基础上，他们的能力，并提出了一个定性的比较，他们的属性。我们还讨论了用于SDN控制器的基准测试工具的深入功能，以及定量控制器评估的最佳实践。这项工作使用三个基准测试工具，比较九个控制器对多个标准。最后，我们讨论了详细的研究结果的性能，基准测试标准和评估测试平台的SDN控制器。
2019-02-12 cs.DC cs.NI
KRCORE: a microsecond-scale RDMA control plane for elastic computing
我们提出了KRCORE，一个RDMA库与微秒级的控制平面商品RDMA硬件弹性计算。KRCORE可以在10μs内建立一个完整的RDMA连接（比动词快数百或数千倍），同时在每个节点上只维护一个（小的）固定大小的连接元数据，而不管集群规模如何。其关键思想包括虚拟化预初始化的内核空间RDMA连接，而不是从头开始创建一个连接，并使用静态传输改造高级RDMA动态连接传输，以实现低连接开销和高网络速度。在负载高峰下，KRCORE可以将现有的分解键值存储（即RACE哈希）的工人引导时间缩短83%。在无服务器计算（即Fn）中，KRCORE还可以将通过RDMA传输数据的延迟减少99%。
2022-06-09 cs.NI
A Survey on Data Plane Flexibility and Programmability in Software-Defined Networking
近年来，软件定义网络（SDN）引起了研究界的广泛关注，大量的调查和综述论文证明了这一点。SDN的架构明确地识别了三个平面：应用平面、控制平面和数据平面。应用平面执行网络应用;控制平面基于由网络应用生成的请求来调节用于整个网络的规则;并且基于所设置的规则，控制器配置数据平面中的交换机。交换机在数据平面中的作用是根据控制器给出的指令简单地转发数据包。通过分析SDN相关的研究论文，可以观察到，研究从一开始就没有充分关注数据平面。因此，本文给出了一个全面的概述数据平面调查，特别强调的问题，可编程性和灵活性。调查的第一部分致力于通过数据平面灵活性和可编程性的几个定义和方面来评估实际的数据平面架构。然后，SDN相关的研究进行了概述，目的是确定关键因素的影响逐渐偏离与ForCES和OpenFlow规范给出的原始数据平面架构，我们称之为数据平面的演变。通过建立处理的问题和解决问题的方法之间的相关性，ForCES和OpenFlow数据平面架构的局限性被确定。基于所确定的限制，概括的方法来解决数据平面的灵活性和可编程性的问题。通过研究一般的方法，已确定的开放问题，建立未来的研究方向的建议的理由。
2019-04-04 cs.NI
Periplus: A Resilient In-band SDN Control Plane via Embedded Forwarding Graphs
Universidad Rey Juan Carlos（雷乌纳·胡安·卡洛斯大学）
本文针对资源受限广域电信部署中带内SDN控制平面面临的挑战，提出Periplus控制平面。通过避免泛洪引导、图结构编码路由与恢复等方法，经评估其在故障恢复、引导扩展性及流表占用方面表现良好。
2026-07-17 cs.NI
KubeSpace: A Low-Latency and Stable Control Plane for LEO Satellite Container Orchestration
Institue of Space Internet, Fudan University（复旦大学空间互联网研究所）；College of Computer Science and Artificial Intelligence, Fudan University（复旦大学计算机科学与人工智能学院）
KubeSpace 通过分布式地面控制节点架构和轨道感知的放置策略，为低轨卫星提供低延迟且稳定的容器编排控制平面，将卫星节点的管理延迟降低 59%。
2026-01-29 cs.NI
D2R: Dataplane-Only Policy-Compliant Routing Under Failures
在今天的网络中，数据平面处理转发-将数据包发送到路径中的下一个设备-而控制平面处理路由-决定数据包在网络中的路径。这种架构有局限性。首先，当链路故障发生时，数据平面必须等待控制平面安装新路由，并且由于延迟的路由收敛或中央控制器延迟，可能发生分组丢失。第二，如果没有复杂的配置合成或控制器干预，则无法保证策略遵从性。在本文中，我们利用快速可编程开关的最新进展，完全在数据平面执行符合政策的路由计算，从而提供快速的故障反应。我们的新网络架构D2 R可以提供一种网络结构的错觉，即使在故障情况下也始终可用且符合策略。我们实现我们的数据平面P4，并证明其在现实世界中的拓扑结构的可行性。
2019-12-05 cs.NI
An Agentic AI Control Plane for 6G Network Slice Orchestration, Monitoring, and Trading
Florida International University, USA（佛罗里达国际大学）；Center for Wireless Communications, University of Oulu, Finland（无线通信中心，奥卢大学）；Accenture Technology Labs, Arlington, VA, USA（埃森哲技术实验室）；Nanyang Technological University, Singapore（南洋理工大学）
本文提出面向6G网络切片编排、监控与交易的代理式AI控制平面，通过市场感知编排和自然语言接口实现经济导向的智能控制。
2026-01-27 cs.AI cs.NI
Resource versus Responsiveness: Benchmarking SDN Controller Runtimes for a Moving-Target-Defense Control Plane at Scale
Mississippi State University（密西西比州立大学）
该研究针对SDN基移动目标防御系统中控制器运行时特性被忽视的问题，将CPAM逻辑移植到三款主流控制器并在500主机规模下测试，揭示了不同控制器在资源消耗与响应性上的权衡，明确控制器选择是MTD系统的核心设计决策。
2026-09-28 cs.NI
Heimdallr: Fingerprinting SD-WAN Control-Plane Architecture via Encrypted Control Traffic
本文提出 Heimdallr，利用深度学习分析加密 SD-WAN 控制流量的时序与方向特征，实现协议分类、识别及控制平面拓扑推断。
2025-10-18 cs.CR cs.NI
Towards adaptive state consistency in distributed SDN control plane
群集软件定义网络控制器部署中的状态同步可确保控制器的所有实例具有相同的状态信息，从而提供冗余。控制器的当前实现使用强一致性模型，其中配置改变必须在它们被应用于网络基础设施之前跨多个实例同步。对于大型部署，此阻塞过程会增加群集成员之间的状态同步延迟，因此会对需要快速响应的网络操作（如快速故障转移和服务质量应用程序）产生不利影响。在本文中，我们介绍了一种自适应的一致性模型的SDN控制器，采用最终的一致性模型的概念，以及一种新的“基于成本”的方法，其中严格的同步采用的关键操作，影响了很大一部分的网络资源，而不太关键的变化定期跨集群节点传播。我们使用模拟来评估我们的模型，并展示潜在的性能增益。
2019-02-07 cs.NI
The dichotomy of distributed and centralized control: METRO-HAUL, when control planes collide for 5G networks
自动化部署在异构基础设施（在域、技术和管理平台方面）上的5G服务的配置仍然是一项复杂的任务，但由于不断需要在网络切片上提供端到端连接，从而降低成本和服务部署时间。与此同时，此类服务越来越多地围绕互连功能进行构思，并且需要分配计算、存储和网络资源。METRO-HAUL 5G研究计划认识到自动化的需求，并致力于为服务和资源开发一个编排平台，该平台在现有方法的基础上进行扩展、集成和构建，宏观上采用传输软件定义网络原则，并利用传输SDN的可编程性和开放控制。
2019-06-20 cs.NI eess.SP
LIGHTYEAR: Using Modularity to Scale BGP Control Plane Verification
本文提出模块化BGP控制平面验证方法，通过局部检查验证端到端安全属性，并实现为工具Lightyear，在大规模云广域网上展现出显著优于现有工具的扩展性，同时支持错误定位与增量验证。
2023-09-20 cs.NI
Applying SDN to Mobile Networks: A New Perspective for 6G Architecture
针对5GS架构尤其是控制面的局限，提出采用SDN技术的6G服务驱动架构，将终端用户信令功能移出控制面作为用户服务，提升控制面多方面性能并适配6G多样用例，还通过进程代数仿真工具对比验证了优势。
2024-07-12 cs.NI
Traffic Management Applications for Stateful SDN Data Plane
成功的OpenFlow方法实现了软件定义网络（SDN），通过能够协调一组哑交换机的中央控制器实现了网络可编程性。然而，OpenFlow交换机的简单匹配/动作抽象限制了由控制器完全管理的转发规则的演变。这对于受慢速控制路径的延迟影响的多个应用（如流量管理应用）来说可能是特别受限的。最近的一些提议正在推动OpenFlow抽象的发展，以使转发策略直接在数据平面中基于状态机和本地事件进行发展。在本文中，我们提出了两个流量管理应用程序，利用一个有状态的数据平面和他们的原型实现的基础上OpenState，OpenFlow的演变，我们最近提出的。
2015-08-31 cs.NI
Renaissance: A Self-Stabilizing Distributed SDN Control Plane using In-band Communications
通过引入可编程性、自动化验证和创新的调试工具，软件定义网络（SDN）已准备好满足当今通信网络日益严格的可靠性要求。然而，容错SDN的设计仍然是一个开放的挑战。本文认为，通过镜头的自稳定可靠的SDN的设计-一个非常强大的容错概念。特别是，我们开发了一个带内和分布式控制平面的SDN，文艺复兴时期，容忍各种故障的算法。我们的自稳定算法确保在发生任意故障后，（i）每个无故障的SDN控制器可以在有限的通信延迟内到达任何交换机（或另一个控制器）（在存在有限数量的故障的情况下），以及（ii）每个交换机由控制器管理。我们通过严格的最坏情况分析以及原型实现（基于OVS和Floodlight以及Mininet）来评估Renaissance。
2022-03-29 cs.DC cs.DS cs.NI
DISCO: Distributed Multi-domain SDN Controllers
现代多域网络现在跨越数据中心网络、企业网、客户站点和移动实体。这种网络至关重要，因此必须具有弹性、可扩展性和易扩展性。软件定义网络（SDN）协议的出现，使得能够将数据平面与控制平面解耦并动态地对网络编程，开辟了构建这种网络的新方法。在本文中，我们提出了DISCO，一个开放的和可扩展的分布式SDN控制平面，能够应付现代覆盖网络和广域网的分布式和异构性。DISCO控制器管理自己的网络域并相互通信以提供端到端网络服务。这种通信是基于一个独特的轻量级和高度可管理的控制通道，由代理自适应地共享聚合的网络范围内的信息。我们在Floodlight OpenFlow控制器和AMQP协议之上实现了DISCO。我们演示了DISCO的控制平面如何动态适应异构网络拓扑，同时具有足够的弹性，能够承受中断和攻击，并提供端点迁移和网络范围流量工程等经典功能。我们提出的实验结果围绕三个用例组织：域间拓扑中断，端到端优先级服务请求和虚拟机迁移。
2013-08-29 cs.NI
Synchronization Control-Plane Protocol for Quantum Link Layer
该研究针对量子网络节点间预报纠缠生成的协调问题，提出了运行于链路层经典控制平面的去中心化最终同步协议ESP，经NetSquid仿真验证其延迟性能优于朴素分布式队列，是首个此类管理协议。
2024-09-11 cs.NI
Adaptive Control Plane Load Balancing in vSDN Enabled 5G Network
在这项工作中，我们制定了一个集群管理程序（C-H）对部署方法，以提供各种网络功能（如控制和数据信号之间的差异，不同的翻译功能等）。低延迟。该系统模型处理一个真实的网络拓扑结构和四个定义良好的网络延迟矩阵与MILP模型已被很好地构造，以优化延迟目标。反向路径流机制（RPFM）的提出是为了提供可行的解决方案，保持网络负载和链路容量的约束下的容忍限制。我们进一步减少了H-平面负载分配的网络资源的基础上的服务在请求的到达时间从用户。通过广泛的实验，所提出的系统的功效已被证明在显着的延迟减少和e-ESTA（进化超低延迟）的经验，有效地处理所有实时用户的需求。所提出的方法可用于类似的定位问题，如5G-NR中的服务链映射，5G C-RAN中的基带单元部署，分布式CPS中的防火墙部署。
2020-07-19 cs.NI
SDN Partitioning: A Centralized Control Plane for Distributed Routing Protocols
使用分布式和集中式两种控制模式的混合IP网络承诺了两个世界中最好的一个：SDN的可编程性和灵活性，以及OSPF等分布式路由协议的可靠性和容错。常见的方法遵循劳动分工的概念，其中SDN控制优先化的流量，OSPF确保尽力而为流量的无忧操作。我们提出了SDN分区，它通过将拓扑划分为具有SDN启用的边界节点的子域来建立对分布式路由协议的集中控制，使得OSPF的路由更新必须穿过SDN边界节点才能到达相邻子域。这允许中央控制器修改子域如何查看彼此，这又允许引导子域间流量。动态控制的程度与OSPF的简单性可以通过调整子域的大小来权衡。本文阐述了网络管理的技术要求，提出了一种新的平衡拓扑划分方案，并为常见的网络管理任务提供了模型。我们的性能评估表明，-已经在其最低配置与两个子域- SDN分区提供了显着的改善，在所有方面相比，传统的路由协议，而较小的子域提供网络控制能力，相当于完整的SDN部署。
2016-04-15 cs.NI
LineSwitch: Efficiently Managing Switch Flow in Software-Defined Networking while Effectively Tackling DoS Attacks
软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）是一种新的网络架构，旨在提供网络控制（控制平面）和数据转发功能（数据平面）之间更好的解耦。这种分离带来了几个好处，例如直接可编程和（虚拟）集中式网络控制。然而，研究人员表明，SDN的控制和数据平面之间所需的通信通道在系统中产生了潜在的瓶颈，引入了新的漏洞。事实上，这种行为可能被用来发动强大的攻击，例如控制平面饱和攻击，这可能严重阻碍整个网络的性能。本文提出了一种有效的抗控制平面饱和攻击的解决方案LineSwitch。LineSwitch结合了SYN代理技术和网络流量的概率黑名单。我们实现了LineSwitch作为OpenFlow的扩展，OpenFlow是SDN的当前参考实现，并考虑不同的流量场景（有和没有攻击）评估我们的解决方案。我们的初步实验结果证实，与最先进的技术相比，LineSwitch将时间开销减少了30%，同时确保了相同的保护水平。
2015-02-08 cs.NI
