[發明專利]基于納什議價的SDN負載均衡方法、系統、設備及存儲介質

在審

• 申請號: 202010871111.5
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112134807A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 李國燕;馮怡;任雅娟;劉毅
• 申請（專利權）人: 天津城建大學;天津濱海迅騰科技集團有限公司
• 主分類號: H04L12/803
• 分類號: H04L12/803;H04L12/751;G06N3/00
• 代理公司: 天津市君硯知識產權代理有限公司 12239
• 代理人: 張東浩

本申請提供了一種基于納什議價的SDN負載均衡方法、系統、設備及存儲介質，該方法中首先將交換機遷移問題轉變為網絡映射關系重構問題，然后建立納什議價博弈模型公平優化遷移代價和負載均衡度兩個相互矛盾的目標，最后用改進的螢火蟲算法對模型進行求解，本技術方案中將不同的目標視為不同的博弈方，設置初始策略和收益函數，各個博弈方在策略空間內不斷議價協商，最后得到納什均衡解。該解具有帕累托有效性、等價收益不變性和無關選擇獨立性。納什采用納什積代表全局收益，并證明了納什積的最大解即為納什均衡解，該解落在帕累托前沿，可實現多個目標的公平性以及全局最優性。

技術領域

本發明涉及計算機網絡領域，具體涉及一種基于納什議價的SDN負載均衡方法、系統、設備及存儲介質。

背景技術

軟件定義網絡(Software Defined Networking,SDN)作為一種創新型網絡體系架構，其核心技術OpenFlow將網絡控制與承載相分離，實現了對分布式轉發設備的靈活集中管控，為核心網絡及應用的創建提供了良好的平臺。隨著網絡需求的日益增加，大量的數據流量從交換機等轉發設備發送到控制平面，傳統的單控制器架構受到自身性能和容量的約束，在網絡安全性、可靠性、健壯性等方面面臨極大挑戰。因此，業界提出在原有單控制器架構的基礎上建立邏輯集中物理分布的多控制器架構。這種架構需要在控制平面部署多個控制器，并為每個控制器劃分合適的子域，各控制器負責集中管理其域內的交換機，多個控制器之間相互協作，實現高效的網絡管理。然而多控制器部署是一種靜態的網絡架構，交換機與控制器節點形成固定的網絡拓撲，無法適應網絡中流量的動態變化。若域內交換機的流量在某個時段驟增或驟減，引起控制器間的負載差異懸殊，就會使多控制器網絡架構負載不均衡，造成高丟包率、高延遲、低吞吐量等網絡性能下降的問題。

負載失衡問題嚴重影響整個網絡的性能。因此，近年來，SDN多控制器負載均衡問題成為研究熱點。目前的研究主要有兩個方面：一是從過載控制器上選擇一個合適的交換機遷移到輕載控制器實現負載均衡。雖然該方法減少了遷移次數，但容易造成負載振蕩。二是多目標優化，但是無法公平權衡相互矛盾的目標和多目標智能優化算法無法得到最優解的缺點。

發明內容

有鑒于此，本申請實施例致力于提供一種基于納什議價的SDN負載均衡方法、系統、設備及存儲介質，首先將交換機遷移問題轉變為網絡映射關系重構問題，然后建立納什議價博弈模型公平優化遷移代價和負載均衡度兩個相互矛盾的目標，最后用改進的螢火蟲算法對模型進行求解，得到最優的網絡重構狀態。

本發明一方面的實施例提供一種基于納什議價的SDN負載均衡方法，包括：獲取原始的網絡拓撲結構，建立連通性約束，生成交換機與控制器的重構網絡映射矩陣；以重構網絡映射矩陣作為策略空間，對納什議價博弈模型中建立的目標函數進行求解；所述目標函數包括負載均衡度收益函數與遷移代價收益函數復合后形成的評價函數和多個約束條件；所述目標函數表示各個博弈方在策略空間內不斷議價協商，其中，負載均衡度為一個博弈方；遷移代價為另一個博弈方；

對目標函數進行求解時采用改進后的螢火蟲優化算法進行求解；計算帕累托最優解，得到納什均衡解。

優選的，連通性約束，在設立時，包括以下參數中的任意一種或多種：待遷移交換機與目標控制器之間的最小跳數、數據傳輸速率、控制器容量、最大迭代次數。

在上述任意一項實施例中優選的，在構建的所述納什議價博弈模型中，兩個博弈方的收益函數復合形成的評價函數為max(LBD-a_LBD)(Cost-a_cost)其中，LBD為負載均衡度作為博弈方的收益函數，Cost為遷移代價作為博弈方的收益函數； a_LBD和a_Cost分別為負載均衡度和遷移代價的議價破裂點。

在上述任意一項實施例的基礎上優選的，

所述負載均衡度的收益函數為：