基于OpenFlow的网络虚拟化技术研究应用_管红光

1. 网络虚拟化– FlowVisor[11]网络虚拟化的本质是要能够抽象底层网络的物理拓扑，能够在逻辑上对网络资源进行分片或者整合，从而满足各种应用对于网络的不同需求。

为了达到网络分片的目的，FlowVisor实现了一种特殊的OpenFlow Controller，可以看作其他不同用户或应用的Controllers与网络设备之间的一层代理。

因此，不同用户或应用可以使用自己的Controllers来定义不同的网络拓扑，同时FlowVisor又可以保证这些Controllers之间能够互相隔离而互不影响。

下图展示了使用FlowVisor可以在同一个物理网络上定义出不同的逻辑拓扑。

FlowVisor不仅是一个典型的OpenFlow应用案例，同时还是一个很好的研究平台，目前已经有很多研究和应用都是基于FlowVisor做的。

2. 负载均衡– Aster*x[12]传统的负载均衡方案一般需要在服务器集群的入口处，通过一个gateway或者router来监测、统计服务器工作负载，并据此动态分配用户请求到负载相对较轻的服务器上。

既然网络中所有的网络设备都可以通过OpenFlow进行集中式的控制和管理，同时应用服务器的负载可以及时地反馈到OpenFlowController那里，那么OpenFlow就非常适合做负载均衡的工作。

Aster*x通过Host Manager和Net Manager来分别监测服务器和网络的工作负载，然后将这些信息反馈给FlowManager，这样Flow Manager就可以根据这些实时的负载信息，重新定义网络设备上的OpenFlow规则，从而将用户请求（即网络包）按照服务器的能力进行调整和分发。

3. 绿色节能的网络服务– ElasticTree[13]在数据中心和云计算环境中，如何降低运营成本是一个重要的研究课题。

能够根据工作负荷按需分配、动态规划资源，不仅可以提高资源的利用率，还可以达到节能环保的目的。

基于OpenFlow的软件定义网络研究软件定义网络（Software-Defined Networking，简称SDN）是近年来兴起的一种网络架构和组织方式。

它通过将控制平面从数据平面分离出来，将网络中的硬件设备转化为可编程的模块，从而使得网络管理员能够更加灵活地管理、控制网络，并且极大地改善网络的性能和可扩展性。

而在SDN技术中，基于OpenFlow 协议的软件定义网络（OpenFlow-Enabled SDN）则是其中重要的一个研究分支。

下面，本文将就基于OpenFlow的软件定义网络进行介绍和探索。

一、OpenFlow的概述OpenFlow是一种南向接口协议，指南与交换机提供各种各样有用的网络信息。

该协议可以理解为一种与传统网络协议不同的新型网络组织方式，主要目的是为用户提供更加灵活和高效的网络管理与控制方法。

通过OpenFlow协议，用户可以直接控制交换机的转发表（Flow Table），而不需要通过复杂的设置或者软件手动配置。

二、OpenFlow技术在SDN的应用SDN与OpenFlow在技术上密不可分。

实际上，这两种技术还有一定的区别和联系。

OpenFlow首先出现作为SDN的技术实现方法。

SDN技术通过OpenFlow协议与网络交换机通信，实现对网络流量的控制和管理。

因此，SDN可以看作是OpenFlow的一种实现方式，而OpenFlow也可以看做是SDN的一种实现手段。

OpenFlow协议可以将数据平面和控制平面进行分离，从而实现了智能交换机和SDN的可编程交换机（P4），使得管理员可以根据需要进行快速、灵活的网络控制和管理。

三、基于OpenFlow的软件定义网络方案建设基于OpenFlow的软件定义网络建设方案，主要包含下面五个方面：1. 撰写网络要求文档：网络要求文档是设计网络的基础，能够帮助了解客户所需的网络环境和服务。

网络要求文档需要覆盖网络的用户、应用、安全、可靠性和容错能力等多个方面的需求。

【转】OpenFlow是什么？OpenFlow和SDN之间是什么关系？前⾔OpenFlow 是⼀种⽹络通信协议，应⽤于 SDN 架构中控制器和转发器之间的通信。

软件定义⽹络 SDN 的⼀个核⼼思想就是“转发、控制分离”，要实现转、控分离，就需要在控制器与转发器之间建⽴⼀个通信接⼝标准，允许控制器直接访问和控制转发器的转发平⾯。

OpenFlow 引⼊了“流表”的概念，转发器通过流表来指导数据包的转发。

控制器正是通过 OpenFlow 提供的接⼝在转发器上部署相应的流表，从⽽实现对转发平⾯的控制。

OpenFlow 的起源与发展OpenFlow 起源于斯坦福⼤学的 Clean Slate 项⽬，该项⽬的⽬标是要“重塑互联⽹”，旨在改变设计已略显不合时宜，且难以进化发展的现有⽹络基础架构。

在 2006 年，斯坦福的学⽣ Martin Casado 领导了⼀个关于⽹络安全与管理的项⽬，试图通过⼀个集中式的控制器，让⽹络管理员⽅便地定义基于⽹络流的安全控制策略，并将这些安全策略应⽤到各种⽹络设备中，从⽽实现对整个⽹络通讯的安全控制。

受此项⽬启发，Clean Slate 项⽬的负责⼈ Nick McKeown 教授及其团队发现，如果将传统⽹络设备的数据转发和路由控制两个功能模块相分离，通过集中式的控制器（Controller）以标准化的接⼝对各种⽹络设备进⾏管理和配置，那么这将为⽹络资源的设计、管理和使⽤提供更多的可能性，从⽽更容易推动⽹络的⾰新与发展。

于是，他们便提出了 OpenFlow 的概念，并且于 2008 年发表了题为的论⽂，⾸次详细地介绍了 OpenFlow 的原理和应⽤场景。

2009 年，基于 OpenFlow，该研究团队进⼀步提出了 SDN（Software Defined Network，软件定义⽹络）的概念，引起了⾏业的⼴泛关注和重视。

2011 年，由Google、Facebook、微软等公司共同发起成⽴了⼀个对 SDN 影响深远的组织 ONF（Open Networking Foundation），致⼒于发展 SDN。

基于OpenFlow的SDN技术研究基于OpenFlow的SDN技术研究随着网络资源需求的快速增长和网络架构的复杂化，传统网络架构面临着诸多挑战。

传统网络架构下，网络设备的配置与控制相对复杂，网络管理的效率低下，且难以满足应用和服务的灵活性需求。

而软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）技术的出现，为网络架构带来了一种新的范式。

OpenFlow作为SDN技术的一个重要组成部分，引起了广泛的关注和研究。

OpenFlow是一种开放的网络通信协议，通过将数据平面与控制平面进行分离，提供了灵活的网络流量控制和管理方式。

OpenFlow使得网络控制器（Controller）能够集中控制网络设备的行为，实现网络的中央化管理。

在传统网络架构中，网络交换机的数据转发和管理是紧密耦合的，而在基于OpenFlow的SDN中，网络设备的控制逻辑被抽象出来，交给集中的控制器进行管理。

这种分离使得网络变得可编程，并提供了多样化的网络应用和服务。

基于OpenFlow的SDN技术具有以下几个方面的研究内容和挑战：首先，网络虚拟化是基于OpenFlow的SDN技术的一个重要应用方向。

通过将底层物理网络虚拟化成多个逻辑网络，可以实现多租户的网络隔离、资源的合理分配和灵活的网络配置。

然而，在网络虚拟化中，如何实现高效的虚拟网络映射和动态资源调度，仍然是一个亟待解决的问题。

其次，网络安全是基于OpenFlow的SDN技术引起关注的另一个方面。

传统网络中，安全功能通常被分布在不同的设备上，而在基于OpenFlow的SDN中，安全功能可以集中在控制器上进行管理，实现更加细粒度的网络安全策略和实时的威胁检测与响应。

然而，网络安全仍然是一个极其复杂和多变的领域，如何在SDN中实现全面有效的安全机制，还需要深入的研究和探索。

再次，基于OpenFlow的SDN技术在网络监测和流量管理方面也具备强大的潜力。

由于OpenFlow可以对网络流量进行灵活的控制和调度，因此可以实现对网络流量的精细化监测和管理。

《基于OpenFlow的SDN技术研究》篇一一、引言随着网络技术的快速发展，传统的网络架构已经无法满足日益增长的网络需求。

因此，软件定义网络（Software-Defined Networking，SDN）技术应运而生。

SDN技术通过将网络的控制层与数据层分离，实现了网络的集中控制和灵活配置。

而OpenFlow作为SDN的核心协议之一，为SDN的控制器与交换机之间的通信提供了基础。

本文将针对基于OpenFlow的SDN技术进行深入研究。

二、OpenFlow协议概述OpenFlow是一种开源的网络协议，用于实现SDN中的控制器与交换机之间的通信。

它通过定义一系列的流表、端口、队列等网络元素，实现了对网络流量的灵活控制。

OpenFlow协议具有可扩展性、灵活性和开放性等特点，为SDN的广泛应用提供了基础。

三、基于OpenFlow的SDN技术原理基于OpenFlow的SDN技术原理主要表现在控制与转发分离和网络集中控制两个方面。

首先，控制与转发分离使得网络的控制权从硬件设备中解放出来，使得网络管理员可以更加灵活地配置和管理网络。

其次，网络集中控制使得网络管理员可以通过一个集中的控制器来管理整个网络，提高了网络的可管理性和可维护性。

四、基于OpenFlow的SDN技术应用基于OpenFlow的SDN技术已经广泛应用于各种场景中，如数据中心、云计算、物联网等。

在数据中心中，通过SDN技术可以实现虚拟化网络的灵活配置和管理，提高了数据中心的资源利用率和可靠性。

在云计算中，SDN技术可以实现云资源的动态分配和优化，提高了云计算的效率和灵活性。

在物联网中，SDN技术可以实现设备的集中管理和控制，提高了物联网的可靠性和安全性。

五、基于OpenFlow的SDN技术挑战与展望虽然基于OpenFlow的SDN技术已经取得了很大的进展，但仍面临着一些挑战和问题。

首先，如何保证网络的安全性是SDN 技术面临的重要问题之一。

OpenFlow技术及应用模式发展分析4月10日至15日，第30届IEEE计算机通信国际大会(INFOCOM 2011)在上海国际会议中心隆重举行。

本次会议吸引了国内外1000多名计算机和通信领域的专家、学者和企业的科研人员到场，重点围绕云计算、网络安全、数据中心网络、移动互联网、物联网等一系列研究领域的前沿问题进行了深入的探讨。

在备受关注的现场展示环节中（Live Demo），来自清华大学信息技术研究院网络安全实验室的师生们展示了基于OpenFlow的网络安全管理系统LiveSec，引起了与会者的普遍关注。

该系统的成功运行，是国内通信领域的研发团队对前沿技术跟踪、创新工作的完美诠释，在科研成果转化为可用产品的道路上占据了先机。

OpenFlow扬帆起航OpenFlow技术最早由斯坦福大学提出，旨在基于现有TCP/IP技术条件，以创新的网络互联理念解决当前网络面对新业务产生的种种瓶颈，已被享有声望的《麻省理工科技评论》杂志评为十大未来技术。

它的核心思想很简单，就是将原本完全由交换机/路由器控制的数据包转发过程，转化为由OpenFlow交换机（OpenFlow Switch）和控制服务器（Controller）分别完成的独立过程。

转变背后进行的实际上是控制权的更迭：传统网络中数据包的流向是人为指定的，虽然交换机、路由器拥有控制权，却没有数据流的概念，只进行数据包级别的交换；而在OpenFlow网络中，统一的控制服务器取代的路由，决定了所有数据包在网络中传输路径。

OpenFlow交换机会在本地维护一个与转发表不同的流表（Flow Table），如果要转发的数据包在流表中有对应项，则直接进行快速转发；若流表中没有此项，数据包就会被发送到控制服务器进行传输路径的确认，再根据下发结果进行转发。

OpenFlow网络的这个处理流程，有点类似于状态检测防火墙中的快速路径与慢速路径的处理，只不过转发与控制层面在物理上完全分离。

基于OpenFlow的SDN技术研究基于OpenFlow的SDN技术研究随着网络技术的快速发展和云计算的兴起，传统的网络架构面临着许多挑战，包括网络管理复杂、难以灵活适应实时需求以及难以实现网络的可编程性。

为了克服这些问题，软件定义网络（SDN）技术应运而生。

SDN技术通过将网络控制平面和数据转发平面进行解耦，以及通过集中式控制器对网络进行编程和管理，极大地提高了网络的可编程性和灵活性。

其中，基于OpenFlow协议的SDN技术是应用最为广泛的一种。

OpenFlow作为SDN技术的重要标准之一，定义了控制器与交换机之间的通信协议，使得控制器能够直接控制数据平面的行为。

它通过将数据包交给控制器进行决策，并将决策结果下发到交换机，实现了对网络的集中式管理和编程。

OpenFlow 协议的应用使得网络能够根据实时需求进行快速调整，实现了流量控制、负载均衡、安全策略等一系列高级网络功能。

基于OpenFlow的SDN技术在很多领域都有着广泛的应用。

首先，它可以为公共云、私有云和混合云等云计算环境提供灵活可编程的网络架构，并且能够根据用户需求快速调整网络拓扑和策略。

其次，它可以应用于大规模数据中心网络，实现高效的流量管理、故障恢复和资源利用，提高数据中心网络的性能和可靠性。

此外，基于OpenFlow的SDN技术还可以应用于智能交通系统、物联网、无线网络等领域，以实现对网络的集中式管理和优化。

然而，基于OpenFlow的SDN技术也面临着一些挑战和限制。

首先，由于控制器与交换机之间的通信采用的是命令-响应的方式，控制平面和数据平面之间的延迟较高，可能会影响网络的实时性。

其次，大规模SDN网络可能会导致控制器的负载过高，从而影响网络的性能和可靠性。

另外，OpenFlow协议目前还存在一些安全性和隐私保护的问题，如拒绝服务攻击和中间人攻击等。

针对这些挑战和限制，学术界和工业界在基于OpenFlow 的SDN技术方面进行了广泛的研究和探索。

OpenFlow技术分析和应用摘要：随着网络技术的不断发展，在现有的网络设备及协议基础之上，对已有网络进行创新性试验变得越来越困难。

当前条件下，新型网络协议在进行广泛部署前缺少有效途径对其进行试验，导致多数网络创新思想得不到测试和验证。

因此，为了在现有网络上试验新型网络协议，2008年3月，Nick McKeown等人提出了OpenFlow：一种基于流分类的新型网络试验技术，用来解决当前网络面对新业务产生的种种瓶颈。

关键词：OpenFlow；网络协议1OpenFlow技术综述1.1OpenFlow产生的背景和意义1.1.1互联网发展现状随着互联网技术的不断发展和成熟，网络上承载的业务种类呈现越来越复杂化的趋势。

随之而来的应用需求不断升级，导致现有的网络架构已经越来越难以承担传输用户业务所带来的技术挑战及沉重负荷。

当前互联网的体系架构距其刚形成时的技术条件和应用需求发生了很大的变化，然而其体系架构却并没有适应这种变化做出相应的调整，只是采取了渐进性修补的弥补策略，并没有从本质上解决网络异构化和业务复杂化随之而来的诸多问题。

随着一些网络新技术的出现，传统互联网的网络架构面临着深度调整乃至根本性变革的挑战，以满足不断提高的用户对网络服务质量、网络可管理性以及网络安全性方面的主观需求。

1.1.2可编程网络的需求和发展美国科学基金会提出的GENI，主要对网络架构、服务、功能进行革命性设计以适应经济、社会增长的需求。

GENI项目分为可控试验和试验验证两个部分，研究人员通过可控试验对相关网络试验进行设计和验证，并进行仿真，最后通过现实认证、检验其在现实的复杂网络环境下的运行性能。

这些可编程的网络需要可编程的交换机和路由器，通过虚拟化技术同时为多个隔绝的试验网络处理数据包。

然而，商业的交换机和路由器不会专门的提供一个开放的软件平台，对其进行软硬件虚拟化。

不同厂家的设备内部结构迥异，没有一个标准的平台可供研究者进行试验。

浅谈OpenFlow 技术OpenFlow 全称是OpenFlow Switch Specification，其字面意思就是OpenFlow 交換机规则。

在SDN 网络架构中，其基础设施层的交换机主要完成数据转发的功能，而OpenFlow 技术就是为实现这一功能的OpenFlow 交换机设置结构和功能规则，同时它也定义规范了控制平面控制器对交换机进行控制管理的OpenFlow 协议。

根据它的功能可以看出其技术核心包括了OpenFlow 交换机、OpenFlow 控制器以及OpenFlow 协议，另外通过控制器下发的流表信息也是核心技术之一。

一、OpenFlow交换机和控制器1.1 OpenFlow交换机OpenFlow 网络的核心就是OpenFlow 交换机，它是一个二层交换机，主要功能是完成数据转发处理：根据网络要求将数据层的数据信息转发到相应数据网络端口。

其实现数据转发主要依赖于OpenFlow 控制器所下发的流表，即就是OpenFlow 控制器控制交换机实现数据转发，这一方式的优势就在于OpenFlow 交换机不需要存储、记忆和学习过程，提高了数据转发的准确性和效率。

而控制器下发的流表信息是在响应网络状态、拓扑变化以及应用需求时，自行下发或通过手动下发生成，生成的流表信息需要经过SDN 控制数据平面接口发送给交换机为其提供转发机制。

OpenFlow 交换机处理数据包的过程如图1.1.1 所示，当数据包从端口传输被OpenFlow 交换机上接收后，交换机首先对接收到的数据包包头进行分析，根据分析结果按照流表的优先级高低顺序从已有流表中依次进行匹配，如果匹配到流表，则使用契合程度最高的一个流表，实施与之对应的操作，完成数据包的转发传输，然后将数据信息更新到计算机上。

如果没有匹配到与之对应的流表，就将数据包通过安全通道发送给控制器，由控制器管理数据包并做进一步处理。

OpenFlow 交换机是当前在应用范围和应用空间等方面最为普遍的Open vSwitch 软件交换机，通过开源的Open vSwitch 交换机和控制器构建实验场景和拓扑。

网络通讯及安全本栏目责任编辑：代影基于OpenFlow 的SDN 技术浅析李成博，加云岗（西安工程大学，陕西西安710600）摘要：软件定义网络(SDN,Software-Defined Network)是一种新型网络体系结构,是未来互联网以及互联网革命的核心技术之一，OpenFlow 协议则是SDN 架构中的重要组成部分；二者对当今互联网的发展具有深远的意义。

本文将基于OpenFlow 协议，分别从定义，研究现状，工作原理，应用场景等方面进行阐述。

关键词：软件定义网络；SDN ；OpenFlow ；互联网中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2019)27-0015-02开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：随着互联网进入21世纪的飞速发展，网络用户与终端数量爆炸性增长，当前的网络规模越来越大，交换机路由器功能越来越多，导致当前网络比较重要的问题。

传统网络的体系架构已经越来越难以满足迅速高效的海量数据传输对网络的要求，并且在可扩展性、安全性、灵活性上存在不足。

在这种情况下，网络性能要得到迅速提升，就只能寻求一种更加开放，创新的网络体系架构。

而SDN 的出现打破了当前网络在高性能上的瓶颈。

SDN 通过分离网络控制转发平面，集中控制，开放接口，通过开放的可编程接口供应用层实现其特定功能，网络管理部署通过软件来定义，实现了网络由“硬”到“软”的转变。

这样的架构使得网络变得更加灵活，软硬分离的网络模式，实现了网络虚拟化，管理自动化，网络状态可视化，从根源上解决了传统网络的种种问题。

1SDN 的定义及介绍1.1SDN 起源及发展历程2006年，以斯坦福大学教授Nike Mckeown 为首的团队在Ethane 项目中提出了OpenFlow 的概念，并基于OpenFlow 技术实现网络的可编程，使网络像软件一样灵活编程。

受该项目启发，Martin 及Nick McKeown 提出将传统网络的数据平面（Data Plane ）和控制平面（Control Plane ）两个功能模块分离，改变原有的分布式架构，使用集中控制统一管理的模式管控整个网络，同时以标准化API 对网络设备进行管理配置，这样使网络资源利用率大大提升，降低网络后期运维难度，而且扩大网络拓展灵活性，更有利于推动网络快速发展革新。

基于OpenFlow的网络管理系统设计与实现周鹏;王宏【摘要】Due to the limited support of SNMP protocol for network settings, network management system using SNMP implementing the function of network configuration meets problems, based on the network architecture of separation of data forwarding and control, the centralized net-work management system based on OpenFlow combined with the management application layer service requirements, designs service component of application layer and sevice,control agent component of control layer with top-down module design, realizes controller call-ing to the underlying and cyber source through the visual way of network;finally, the prototype system is tested and confirmed to be cor-rect of the pre management system function.%由于SNMP协议对网络设置的支持有限，使用SNMP协议的网络管理系统在实现网络配置功能时存在不足。

基于OpenFlow的集中式网络管理系统，利用数据转发与控制分离的网络架构，结合管理应用层的业务需求，进行自顶向下的管理层的应用组件和控制层的服务组件与控制代理组建设计，实现控制器对底层网络资源的调用以及通过可视化的方式对网络进行整体管控；对原型系统进行功能测试和场景验证，证实管理系统实现预定功能的正确性。

文章编号:1004Ο8820(2004)02Ο0129Ο06基于Open G L 红外视景仿真研究①娄树理1,杨咏东2,周晓东1(1.海军航空工程学院自动控制系,山东烟台264001;2.烟台大学光电信息科学技术学院,山东烟台264005)摘要:在建立目标三维温度场和红外辐射场的基础上,考虑相应的大气传输修正,提出了基于Open G L 的目标和背景模拟方法;简单介绍了基于Open G L 工具创建三维图形的步骤,并依据创建步骤对目标、背景模拟生成进行具体分析;借助于专业的CAD 软件对目标进行几何建模,并将计算的辐射亮度量化为灰度值进行渲染处理;依据数据库技术,选用合适实拍背景图像处理后纹理映射生成背景;并利用Open G L 的双缓存技术实现红外视景的动态生成.关键词:Open G L ;计算机成像;视景仿真;红外图像中图分类号:TP391 文献标识码:A红外成像制导提供了丰富的目标和背景信息,有利于目标的搜捕识别与跟踪,具有很强的抗干扰性能,特别是具有目标选择和命中点选择能力,是导弹精确制导的重要发展方向之一[1].红外成像制导技术与以往点源成像制导技术有本质的区别,检验设计中图像处理、图像识别、图像跟踪算法可行性,靠最后的靶场实验不可能进行全面的检验,需要加强对红外成像制导的仿真研究.目前所采用的红外成像半实物仿真有景像投影和信号注入式两种[2],不管那一种方式都是将红外场景图像信号提供给导引头的探测器或处理器部分,仿真的关键在于提供红外场景图像信号[3].红外场景可以用红外热像仪在现场拍摄获得,这样得到的图像最直接、最真实,无需作其它处理.但实际的气象条件多种多样,很难拍摄到各种气象条件下的目标的红外图像,要获得特定气象条件下外军目标的红外图像几乎是不可能的.另一种途径是:在理论和实验的基础上,建立目标及背景的红外理论模型,利用计算机技术生成反映实战情况、各种气象条件、各类背景、各种干扰情况、各种目标、各种运动轨迹的多目标红外图像,这种方法为获得红外图像提供了经济有效的手段,也是目前各国重点研究的方法.计算机成像仿真可以采用大型软件Multigen 与Vega 进行仿真,特别是目前Vega 具有红外软件包,使用方便,但需要大量的经费,并需要运行在专用图形工作站上,可移植性不强.本文基于Open G L 工具,在建立目标三维温度场和红外辐射场的基础上,考虑相应的大气传输修正,并采用背景图像数据库技术,利用PC 机在Visual C ++环境下对红外视景进行了仿真.①收稿日期:2003-09-09作者简介:娄树理(1976-),男,山东蒙阴人,在读硕士研究生,研究方向为光电制导、图像处理、红外图像生成.第17卷第2期烟台大学学报(自然科学与工程版)Vol.17No.22004年4月Journal of Y antai University (Natural Science and Engineering Edition )　Apr.2004　1　Open G L 简介Open G L 即开放性图形库(open graphics library ),是SGI 公司推出的一个三维的计算机图形和模型库.Opne G L 已发展成为性能优越的开放式三维图形标准,可以创作出具有照片质量的、独立于窗口系统、操作系统和硬件平台的三维彩色图形和动画.Open G L 包含几百个用于3D 图形操作的函数,主要提供物体的绘制、各种变换、光照处理、着色、反走样、融合、雾化、图像的操作、纹理映射以及动画等.基于Open G L 创建一个三维图形的基本步骤大体可以包含以下4个主要环节[4]:(1)对物体进行建模,包括几何建模和行为建模;(2)设置视点,描述观察者的空间位置;(3)设置环境,如设置光源、空气能见度等;(4)光栅化,将景物模型的各种信息转换至计算机屏幕上的像素.图1　Open G L 基本图形操作过程从几何造型的建模到动画生成的全部过程中,Open G L 要求所有的几何图形都用几何顶点来描述,几何顶点数据经过求值器和顶点计算和操作后,光栅化形成图形片元;对于像素数据,像素操作结果存储在纹理组装用的内存中,再象几何顶点那样光栅化形成图形片元.最后,图形面元经过一系列的逐个顶点操作后,像素值送入帧缓存中实现图形的显示.图2是Open G L 基本操作的工作流程描述[5]:图2　Open G L 的工作流程2　红外视景生成的基本方法由于红外场景的特殊性,场景图像的生成不仅要考虑目标、背景及干扰的物理特性、辐射特性、运动特性等,还要考虑到武器系统、大气、环境等的复杂性、多变性,因此生成动态的红外场景相对来说具有一定的难度.在VC 环境下使用Open G L 对红外视景仿真主要包括目标模拟、背景模拟、视景图像生成几部分.2.1　目标模拟・031・烟台大学学报(自然科学与工程版)第17卷　2.1.1　目标建模　三维实体建模是整个图形学的基础,要生成高逼真度的图像,首先要生成高质量的三维实体模型.Open G L 提供了一系列的函数以绘制点、线、多边形、曲线、曲面等基本图元,然后利用基本图元按照一定的空间位置形成复杂的几何物体.采用这种方法对于形状简单的物体是较为容易的,但对于军舰、飞机等形状复杂的物体,单纯利用这种方法其工作量是非常大的,而且不可能一次性的在内存中编写所有绘图语句,不是有效方法.本文借助专业的建模软件3DS MAX 进行建模,然后通过Open G L 函数在程序中进行绘制模型,建模逼真度高且简单,易控制.3DS MAX 是专业的三维建模、渲染和动画制作应用软件包,并且是一个中型软件,可以在PC 机上工作,又能达到工作站级的性能和特征,在节省大量工作量的同时能达到较好效果.程序读取3D 模型文件时考虑到Open G L 直接读取模型数据较为繁琐,因而使用软件polytrans 进行转换,该软件不仅将模型顶点数据转换到C 文件中,还可以根据需要将法线向量、纹理坐标、模型的颜色信息及材质、光照及其它渲染、动画信息均转换到C 文件中.转换的模型数据是以数组存储顶点,然后根据顶点和法线(或者颜色、纹理坐标)来填充Open G L ,绘制较为容易.2.1.2　计算目标的温度场和红外辐射场　在红外视景仿真中目标的红外辐射特性是最重要的属性,物体温度和红外辐射特性是整个仿真的关键.在建立目标几何模型之后,还必须赋以一定的灰度值来表示目标的红外辐射特征,形成目标的零视距离辐射图.确立目标的辐射图是一个较为复杂的处理过程,需要确立目标的温度场和红外辐射场.在确立目标的温度场和红外辐射场时,分别考虑外界环境(太阳、天空、海面、大气等)对目标的辐射、对流,以及目标内部热源、本身各部分之间的辐射、传导、对流等各种相互作用,建立较为完善的目标红外物理模型,并使用辐射角系数的面元温度计算方法计算出目标各部分的温度分布.计算出目标温度之后,下一步就要根据温度分布计算目标的辐射亮度.采用普朗克定律等红外公式,在给定波段上进行积分计算求得辐射亮度,这个辐射亮度是没有考虑目标与探测器之间的大气传输过程中透过率和程辐射,也就是零视距离辐射亮度.大气传输中的透过率和程辐射可以通过理论公式计算获得,但是这种方法考虑的大气因素毕竟是有限的,所以难以保证足够的精度.在实际系统设计中采用LOWTRAN7进行计算,LOWTRAN 是主要适用于低、中频谱分辨率的大气传输模型,考虑了雾、能见度、气温、相对湿度、云层高度、地理经纬度、日期和一天中的时间等天气与环境因素,并且具有足够的精确度、速度和分辨率.设目标所在处大气到达探测器的的辐射亮度为B ,透过率为τ,零视距离辐射亮度为J ,这样目标到达探测器的辐射亮度D 就可以由下式得到D =J τ+B.(1)2.1.3　灰度量化　对红外图像的模拟是采用可见光图像模拟红外图像,图像的灰度值代表辐射亮度,因此需将计算出的辐射亮度量化成灰度值.Jonathan Michel 和N.Nandhakumar 采用一种非均匀量化方法[6],其方法是建立目标表面温度和灰度等级之间关系式,能够得到准确的热像图,缺点是这种方法是没有考虑大气吸收作用效果.为简单处理,本文采用均匀量化的方法,这种方法主要考虑的是辐射亮度和灰度是线性关系.这种方法首先确定图像灰度的上下限,由于图像反映的是图像中目标及背景的各像素点相对灰度值,因此重要的是把握灰度范围,而上下限并不很重要.设下限为G min ,上限为G max ,则灰度范围为Grange =G max -G min .然后找出每帧图像中最大辐射亮度值R max 和最・131・　第2期 娄树理,等:基于Open G L 红外视景仿真研究小辐射亮度值R min ,并计算出每级灰度对应的辐射间隔r :r =R max -R min Grange .(2) 最后,计算各辐射亮度值对应的量化灰度级G =R -R min r +G min ,(3)并取整即可.将量化的灰度赋给目标各部分即可获得目标的红外模拟图像.2.2　背景模拟2.2.1　背景模拟方法　对于背景的模拟是比较复杂的,一方面不同背景具有不同的几何外形,另一方面其红外特性也较复杂.通常的模拟方法是采用与目标模拟相似的方法[7],利用计算机CAD 技术生成背景几何视图,然后计算背景的温度分布,然后赋以背景几何视图灰度值,得出背景图像的零视距离辐射图.这种方法能生成各种背景,适应性强,但工作量大,而且图像相对粗糙.因为本文仿真的是红外图像,红外图像的最大特点是温度信息的反映,而不是强调的视觉信息,同时考虑到图像生成的实时性,采用实拍背景图像处理的方法来生成场景中的背景.对实际外场获得的真实红外图像进行编辑处理,去除其中无用的目标,去除探测器作用及大气作用效果的影响等,反推至红外背景图像的零视距辐射图,然后将目标与背景图像进行合成.由于合成时气象等条件要求严格一致性,并考虑到背景图像序列的有限以及红外辐射传输路径上的大气作用,对背景红外图像的缩放、插帧和灰度调整等处理,处理后使用Open G L 纹理映射生成红外背景.2.2.2　背景图像数据库建立　由于在红外图像仿真中根据不同的地理、气候、天气等条件需要不同的背景图像,因此需要事先将用红外摄像仪拍摄的红外图像保存、管理,采用人工操作非常繁琐,在此需要建立背景图像数据库.数据库采用关系型数据库结构,并根据图像的特征加以分类,分类原则有多种,如:背景的类型:天空、海洋、海天背景、陆地等;图像采集的条件:采集时间、季节、气象等;红外波段:3～5μm ,8～12μm ;图像的数字特征:对比度、尺寸、形状等.由于背景图像包含的信息非常丰富,因此数据库要能根据各种分类参数信息进行多级检索,检索出的一幅或一类背景图像可以预览,根据实际需要进行选择.2.3　场景的视景转换将目标模型数据读入并置于场景合适位置,根据用户输入的气象条件、距离等信息选择合适的背景图像文件读入并加以处理,在场景中合适位置绘制一矩形区域,将背景图像作为纹理贴图,实现对背景的模拟.为了观察场景中的模型,需要Open G L 进行视景转换,包括视点转换、模型转换、投影转换和视口转换[8],以将三维物体以二维平面的形式表示出来.视景转换时主要采用gl Translate 3()、glRotate 3()和glScale 3()函数进行模型转换,glFrus 2tum 3()、gluPerspective 3()和glOrtho 3()函数进行投影转换,视点转换必须在模型转换之前,投影转换和视口转换可以在绘图之前任何时候指定.经过上述转换之后,目标及背景就显示在二维场景图像中合适位置,进行隐藏面摘除之・231・烟台大学学报(自然科学与工程版)第17卷　后,场景就形成了,但需要进一步渲染处理.2.4　场景的渲染及动态场景的生成绘制三维场景的关键在于处理光照和材质,不同的光照和材质将会生成各种各样的效果.由于红外图像在人眼中没有色彩信息,仅是灰度的反映,因此在红外图像的生成中对于目标采用白色的发射光进行渲染,发射光的强度就是其对应点的灰度值,并设置目标的材质属性为辐射属性.要真实地仿真战场环境,就得考虑目标的各种运动规律,在Open G L 三维场景中,要描述目标的运动,可以有三种方法:一种是目标运动,摄像机不动;一种是目标不动,摄像机运动;再一种是目标和摄像机都运动.运动仿真采用模型转换以及视点转换即可实现.仿真场景确定之后,根据导引头视线方向对场景中的目标渲染之后,形成一幅由目标和背景组成的静态图像,但仿真中需要的是动态的图像.Open G L 提供了双缓存技术,双缓存技术提供两个缓存区,在显示一帧画面时,同时也要进行计算下一帧图像中目标的位置,并将计算出的灰度赋给目标各部位,绘制图像到缓存区,交换缓存区,绘制第三帧图像,如此反复可以达到画面的连续、平滑显示,利用视觉的暂停,形成动态效果.动画过程中,每一帧图像中目标的位置、各个部位的灰度都是计算机实时赋予的,因此动画过程可认为是一个实时的过程.仿真程序设计流程如图3所示.图3　仿真程序总流程3　结　论采用基于Open G L 技术的生成红外图像作为红外成像仿真的视景信号基本能够达到要求,对于信号注入式仿真则需要考虑光电传感器的模拟问题,当然,实际中也存在一些问题,・331・　第2期 娄树理,等:基于Open G L 红外视景仿真研究干扰的模拟问题等,需要今后进一步研究.参考文献:[1]　沈同圣,周晓东,任建存.红外成像制导系统试验方法研究[J ].激光与红外,1999,29(1):38～41.[2]　Buford A J ,K ing D E ,Bowden M.Low cost real 2time IR scene generation for image projection and signalinjection[A ].Part of the SPIE Conference on Technologies for Synthetic Environments :Hardware 2in 2the 2Loop Testing Ⅱ[C].Orlando :SL ,1997,3084:48～57.[3]　王学伟,张卫国,沈同圣,等.飞机目标动态红外图像的计算机生成[J ].红外与激光工程,1999,28(2):21～24.[4]　吴家铸,党岗,刘华峰,等.视景仿真技术及应用[M ].西安:西安电子科技大学出版社,2001.56～76.[5]　和平鸽工作室.Open G L 高级编程与可视化系统开发(高级编程篇)[M ].北京:中国水利水电出版社,2002.1～164.[6]　Jonathan M ,Nandhakumar N.Unified 3D models for multisensor ima ge synthesis[J ].Graphical Modelsand Image Progressing ,1995,57(4):283～302[7]　Joyner T ,Thiem K ,Robinson R ,et al.Joint navy and air force infrared stimulator (IRSS )program installedsystems test facilities (ISTFs )[A ].Part of the SPIE Conference on Technologies for Synthetic Environ 2ments :Hardware 2in 2the 2Loop Testing Ⅳ[C].Orlando :SL ,1999,3697:11～22.[8]　李颖,薛海滨,朱伯立,等.Open G L 技术应用实例精粹[M ].北京:国防工业出版社,2001.1R esearch of IR Scene Simulation B ased on Open G LLOU Shu 2li 1,YAN G Y ong 2dong 2,ZHOU Xiao 2dong 1(1.Department of Automatic Control Engineering ,Naval Aeronautical Engineering Institute ,Y antai 264001,China ;2.Institute of Science and Technology for Opto 2Electron Information ,Y antai University ,Y antai 264005,China )Abstract :Based on the temperature and radiation field of the target ,the simulation method of target and background is proposed ,with atmosphere transfer effect taken into account.The process to draw 3D image with Open G L is introduced briefly ,and simulation of the target and the background is specified.In target simulating ,the geometry model is constructed with pro 2fessional CAD software ,and target ’s temperature and radiance are computed.In background simulating ,the background images are selected from the database to generate the required background.Dynamic IR scene is generated with the double buffered technology.Key words :Open G L ;computer image generation ;scene simulation ;IR image(责任编辑　苏晓东)・431・烟台大学学报(自然科学与工程版)第17卷　。

基于OpenFlow的网络虚拟化技术
孙浩;章韵;倪晓军
【期刊名称】《计算机应用》
【年(卷),期】2016(036)0z2
【摘要】以OpenFlow技术为代表的软件定义网络可以将网络设备的控制平面与数据平面分离开来,实现了网络资源的共享和网络流量的灵活控制,为网络虚拟化提供了良好的平台.但是现有软件定义网络虚拟化方案中存在以下不足之处:各虚拟子网之间存在资源制约;不支持用户自定义转发逻辑;功能扩展性不好等.针对上述不足设计并实现了一种基于OpenFlow的网络虚拟化系统.该系统采用模块化的设计方式,通过在OpenFlow控制器中创建多个功能模块来提供虚拟子网的创建、管理和控制等功能,因此系统的兼容性和功能扩展性得到了提高.实验结果表明该系统支持用户自定义配置虚拟子网并且各虚拟子网之间是安全隔离的.
【总页数】6页(P1-5,10)
【作者】孙浩;章韵;倪晓军
【作者单位】南京邮电大学计算机学院,南京210003;南京邮电大学计算机学院,南京210003;南京邮电大学计算机学院,南京210003
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
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3.基于Openflow网络的高可靠性虚拟网络映射算法 [J], 蔡进科;顾华玺;卢冀;余晓杉
4.基于OpenFlow的SDN网络安全分析与探究 [J], 伍岳;陶骏;张云玲
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