[發(fā)明專利]軟件定義網(wǎng)絡中多控制器失效時流的可編程性優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111650878B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 郭澤華;竇松石
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;付雷杰

本發(fā)明公開了軟件定義網(wǎng)絡中多控制器失效時流的可編程性優(yōu)化方法，通過構(gòu)建最優(yōu)流控制器映射模型(OFCM)，將網(wǎng)絡中脫機流的恢復問題轉(zhuǎn)化為對OFCM模型的求解問題，并提出了啟發(fā)式解決方案PG完成OFCM模型的求解，建立的模型及其求解過程，采用了細粒度流級別重新映射，能夠在多個控制器出現(xiàn)故障時以較低的通信開銷恢復脫機流，實驗證明，在真實拓撲環(huán)境下本發(fā)明可有效提高恢復流的數(shù)量、平衡路徑的可編程性及脫機流的總路徑可編程性，有效降低了恢復過程中的通信開銷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機網(wǎng)絡技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及軟件定義網(wǎng)絡中多控制器失效時流的可編程性優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

維持控制彈性是將軟件定義網(wǎng)絡(SDN)應用于廣域網(wǎng)(WAN)(稱為SD-WAN)的關(guān)鍵問題。在SD-WAN中，數(shù)據(jù)平面由多個網(wǎng)絡域組成，每個域都具有分布在不同物理位置的SDN交換機。控制平面具有SDN控制器，它們是安裝在物理服務器或虛擬機中的網(wǎng)絡控制軟件，用于控制其域內(nèi)的這些物理SDN交換機。由于某些意外問題(例如，硬件/軟件錯誤，電源故障)，SDN控制器可能會發(fā)生故障。發(fā)生故障的控制器使所有連接的交換機脫機，從而喪失了更改流經(jīng)它們的流的路徑的能力，即路徑可編程性，而這些流就變?yōu)槊摍C流。恢復脫機流的路徑可編程性是在控制器故障下維持控制彈性的核心。

在SD-WAN中，維持控制平面彈性的核心是在控制器故障下恢復脫機流的可編程性。在實際的SDN約束下，這是一個復雜的優(yōu)化問題。首先，優(yōu)化目標是最大程度恢復路徑的可編程性，從而獲得最大的SDN控制功能，以及平衡恢復的路徑可編程性。其次，在線控制器恢復脫機流的能力受到其處理能力的限制。第三，性能指標(例如，交換機和控制器之間的通信開銷)也被認為可以在脫機流恢復期間為來自交換機的請求提供快速響應。

現(xiàn)有的控制彈性解決方案可在交換機級別恢復脫機流的可編程性。對于有故障的控制器，現(xiàn)有解決方案采用OpenFlow中的默認路徑可編程性恢復解決方案，以建立從脫機交換機到在線控制器的新映射。通過將一個脫機交換機映射到一個在線的控制器，流經(jīng)此交換機的所有流都由該控制器控制并變?yōu)榭删幊痰摹?/p>

為了高效的解決這個問題，Tanha等人與Killi等人提出了通過以靜態(tài)的方式將交換機映射到控制器來恢復路徑的可編程性的解決方案。靜態(tài)解決方案是在控制器故障之前選擇并放置備用的控制器，選擇備用控制器并將其映射到交換機。它通過仔細選擇控制器的位置以及控制器與交換機之間的連接來減少潛在的控制器故障的影響，從而優(yōu)化網(wǎng)絡部署。但是，這些解決方案通常會忽略交換機的不同控制負載以及控制器的控制能力的動態(tài)變化。因此，它們在實際環(huán)境中既無效率又無效果。

Guo等人提出了通過考慮當下交換機和控制器的狀態(tài)，實時地將脫機交換機重新映射到在線控制器的動態(tài)解決方案。盡管動態(tài)解決方案在恢復路徑可編程性方面取得了成功，但仍存在兩個問題。首先，恢復流的路徑可編程性不均衡。通常只有路程長并且有限數(shù)量的脫機流可以恢復為可編程狀態(tài)。其次，因為當前方法采用以交換機為單位的粗粒度級別進行恢復，恢復路徑可編程性效果不好。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中脫機流的可編程性優(yōu)化方法主要存在以下問題：一是，恢復粒度過粗，通常是恢復故障交換機中的所有流；二是，恢復過程中忽略了交換機的不同控制負載以及控制器的控制能力的動態(tài)變化；三是，恢復流的路徑可編程性不均衡。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了軟件定義網(wǎng)絡中多控制器失效時流的可編程性優(yōu)化方法，能夠在網(wǎng)絡中多控制器出現(xiàn)失效時準確高效地恢復脫機流的路徑可編程性。

本發(fā)明提供了一種軟件定義網(wǎng)絡中多控制器失效時流的可編程性優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1、建立最優(yōu)流控制器映射模型描述網(wǎng)絡中脫機流與在線控制器之間的映射關(guān)系，所述最優(yōu)流控制器映射模型如下式所示：