[發明專利]一種軟件定義網絡中控制層架構分布式優化方法

有效

• 申請號: 202110600573.8
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113328889B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 胡振宇;杜興亮;王領;夏長會;孔令華;王佳楠;趙志鵬
• 申請（專利權）人: 河南財政金融學院
• 主分類號: H04L41/12
• 分類號: H04L41/12;H04L41/14;H04L47/125
• 代理公司: 昆明明潤知識產權代理事務所(普通合伙) 53215
• 代理人: 王鵬飛

本發明涉及一種軟件定義網絡中控制層架構分布式優化方法，屬于計算機網絡技術領域。首先根據給定的網絡拓撲，收集每個節點在一定時間段的數據包請求而得出流量矩陣，根據節點之間的鏈路時延得出時延矩陣。其次，以最小總代價為目標函數，其包括所需控制器的開銷、建造費用、控制器之間的時延代價、交換器和控制器之間的時延代價、人工費用，通過目標函數和約束條件得出最優的控制器放置方案。本發明能夠靈活地求出全部的解空間，同時對控制器成本、控制器之間的時延代價、交換器和控制器之間的時延代價做出有效的折中。

技術領域

本發明涉及一種軟件定義網絡中控制層架構分布式優化方法，屬于計算機網絡技術領域。

背景技術

隨著云服務用戶數和服務內容的快速增長，網路中的資源量需求量和服務需求急劇增加。由于制造商在出廠時對網絡設備進行了固化，隨著網絡中需求類型和傳輸服務的不斷增加，設備需不斷更新補丁和引進協議，使其自身變得越來越臃腫和復雜。軟件定義網絡(SDN：Software Defined Networking)技術的出現緩解了這個問題，SDN是一種動態的、可管理的、自適應的新型網絡體系架構，其核心技術是將控制層與數據層解耦，集中式的控制層和分布式的數據轉發層之間利用南向接口Openflow協議來通信，在邏輯上集中管理并維護全局網絡，實現網絡的集中化管理。但SDN控制層的可擴展性是制約軟件定義光互連數據中心中主要性能瓶頸之一。這種將控制層從數據層抽離的網絡模型，雖可獲取全網信息且對流量進行靈活的調度，集中式控制又可降低網絡管控復雜性，但隨著網絡中節點的不斷增多，新業務流的激增，軟件定義光互連數據中心存在處理能力有限、控制消息處理時延過長的問題，控制層的可擴展性較差。另外，控制流量在交換器和控制器之間的傳輸時間主要與交換器到控制器的距離有關。隨著軟件定義網絡拓撲規模擴大，集中式管理架構難以滿足來自數據層的遠距離請求，這不僅使離控制器較遠的交換器流請求時延增加，也使下發流表項到指定交換器的傳輸時延增加，故需提升SDN架構的擴展性。

近年來，國內外學者通過設計分布式架構來減小數據流的傳輸時延，將整個網絡劃分成若干個子網，并對每個子網進行SDN部署，以實現控制層控制器管理域的劃分。在此基礎上，為實現SDN域之間的消息同步，提出了SDN域協議框架SDNi，即控制器間的東西橋接口，實現了SDN域之間的互通互訪。基于以上研究，前人提出了K-critical算法，將控制器分布式放置在SDN域中合適的位置，以最大限度減少所需控制器的數量，且讓每個控制器負責網絡中一個區域的流量調度。而一些學者通過采用光譜聚類放置算法將網絡劃分為多個子網絡，使SDN控制器分布式放置，雖使傳輸時延減小，但沒考慮網絡中流量請求等因素，在實現控制器擴展同時不能實現網絡流量請求。

故此本發明提出了考慮實際網絡中的服務流量、鏈路距離和區域間的負載均衡等重要因素的SDN域劃分策略，使架構的整體規劃更加周密，解決了當前技術的不足。

與傳統方案相比，本發明考慮流請求、鏈路傳輸時延和區域間負載均衡等因素，進行軟件定義網絡控制器部署,以提高控制層架構的擴展性，進而減小控制流量在交換器和控制器之間的傳輸時延，同時考慮了鏈路傳輸時延和區域間負載均衡之間的有效折中，從而實現在資源的最小化的基礎上對控制器進行分布式最優化的管理和放置。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種軟件定義網絡中控制層架構分布式優化方法，用以解決軟件定義網絡的控制層擴展性問題。

本發明基于一種新的分布式控制器分布結構，不僅能夠讓軟件定義網絡中的控制器自由地進行位置選擇，還考慮了流請求、鏈路傳輸時延和區域間負載均衡等因素之間的有效折衷，進而實現網絡分布資源最優化。

本發明的技術方案是：一種軟件定義網絡中控制層架構分布式優化方法，具體步驟為：