[發明專利]一種基于模糊邏輯的SDN負載均衡方法

在審

• 申請號: 201910260189.0
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN109995864A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 李國燕;劉毅;李凱心;張曉杰
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程小艷

本發明公開一種基于模糊邏輯的SDN負載均衡方法,主要步驟為：首先，初始化OpenFlow網絡；其次，由改進的模糊邏輯均衡算法得到服務器狀態：負載均衡模塊通過SDN交換機收集服務器狀態信息，將CPU利用率、內存利用率、I/O利用率和會話率作為模糊邏輯的輸入變量，并分別定義隸屬度函數，通過改進的模糊推理得到相應的模糊等級，并通過模糊矩陣完成服務器狀態的評判；然后，計算服務器負載值，計算OpenFlow網絡負載均衡參數δ；最后，設定負載均衡調整閾值。應用SDN控制平面與數據平面分離的特性解決服務器集群負載均衡問題，解決傳統負載均衡硬件價格昂貴，擴展性、可靠性差的問題。

技術領域

本發明屬于網絡優化、網絡測量領域，具體涉及一種基于模糊邏輯的SDN負載均衡方法。

背景技術

近幾年，隨著互聯網+、電子商務與大數據等技術的不斷興起和發展，網絡用戶數量成比例的增加，互聯網的規模與流量成爆炸式增長。同時虛擬化、云計算技術的快速發展，對網絡承受能力也是一個巨大的挑戰。為了滿足網絡業務需求，許多互聯網企業通常會通過負載均衡技術實現對資源的合理利用，提供高質量、高可靠的服務。由于傳統互聯網自身的缺陷，現有的負載均衡設備價格昂貴，同時也缺乏足夠的擴展性和靈活性。

軟件定義網絡(Software Defined Network，SDN)，是一種優化和簡化網絡操作的體系結構方式。它將應用與網絡服務、設備之間的交互更緊密的連接在一起，不論它們是物理的還是虛擬化的。OpenFlow協議作為SDN的核心技術之一，可以實現將控制層從傳統交換設備中獨立出來，從而實現對網絡實施更加靈活的控制。

模糊邏輯可以實現用數學公式表達模糊集，解決許多復雜而無法建立精確數學模型的問題。該任務調度模型中，各節點負載狀況呈非線性及不可預測性。由于搜集節點信息技術的限制，獲取及匯報信息都需要花費額外時間。這樣中間件保存的信息，只能表示過去較近時刻的節點負載信息，而不是目前所處的負載情況，系統具有一定的延時性。考慮到收集服務器狀態的精度問題，對于節點的負載狀態評估，得到的只是估計量，更適合用模糊化語言來表述。

綜上所述，對于負載均衡而言，SDN控制轉發分離的架構通過控制器作為核心，對網絡中流量的監控、實時調度，非常適合作為數據中心網絡提供負載均衡服務，而虛擬服務器狀態也更適合用模糊化的語言表述。目前也有一些學者對基于SDN的負載均衡技術進行了研究，但是研究基本集中在OpenFlow網絡的鏈路負載均衡，對虛擬服務器負載均衡研究較少。

本發明提出了一個基于SDN的負載均衡策略，通過分析影響負載均衡的參數間的相互關聯影響，采用模糊邏輯算法獲取虛擬服務器的負載情況，實時分析選擇當前負載最輕的虛擬服務器，并設定服務器休眠/重啟策略，從而有效避免負載不均衡，提高網絡資源利用率。為了驗證策略的有效性，搭建了軟硬件結合的軟件定義網絡仿真平臺，通過實驗對傳統的負載均衡策略和本發明提出的策略進行對比，結果表明，發明提出的系統的響應時間較快，曲線變化較為平穩，系統能獲得較好性能。

負載均衡主要有硬件實現和軟件實現兩種方式。其中，硬件負載均衡，是利用硬件設備(負載均衡器)實現負載均衡。依靠其專用的ASIC芯片，可以達到很高的處理性能，但其價格一般十分昂貴。軟件實現是利用相應的負載均衡軟件，并配置相關協議，從而達到負載均衡的目的。此種方法的配置簡單、部署實施較為靈活、成本相對于硬件實現較為低廉。但是由于受到傳統網絡體系結構的制約，這些解決方案無法同時滿足既靈活又高效的要求，而且不具有較強的通用性。

目前國內外學者主要利用OpenFlow技術，分別對網絡鏈路以及服務器進行負載均衡的研究，如針對鏈路的LABERIO算法，基于服務器CPU利用率進行負載均衡的架構和LOBUS有話算法，以及適用于WEB服務器的負載均衡算法等等。但這些算法在考慮負載均衡影響參數時不太全面，負載均衡算法較為簡單，沒有統一的策略執行負載均衡算法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種基于模糊邏輯的SDN負載均衡方法。