软件定义网络控制器部署算法研究

发布时间：2020-08-02 04:18

【摘要】：软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)作为一种新型网络架构,被认为是未来网络主流发展方向。为提高网络扩展性及可靠性,由多个分布式控制器构成的SDN网络架构得到广泛应用。然而,分布式控制器架构带来的SDN控制器部署问题亟待解决。本文针对SDN控制器部署算法展开研究,具体包括以下研究内容:本文在对SDN概念、网络架构及关键技术进行介绍的基础上,详细分类总结了国内外SDN控制器部署算法相关研究工作。针对现有SDN控制器部署算法未综合考虑网络中交换机业务差异性、控制链路特性以及控制器容量等问题,导致控制器部署不合理,控制平面时延较大,严重影响用户业务体验的问题,本文提出了一种基于控制平面时延优化的联合控制器部署及容量匹配算法。在综合考虑交换机控制平面时延、控制器容量、交换机与控制器关联等限制条件下,建模联合控制器部署及容量匹配问题为基于控制平面时延最小化的优化问题。由于所建模优化问题为非线性整数规划问题,难以直接求解,本文将其转换成两个子问题,即控制器与交换机关联子问题和控制器容量匹配子问题依次进行求解。通过应用改进的K-Means聚类算法和Dijkstra最短路算法求解控制器与交换机关联子问题,进而应用Kuhn-Munkres(K-M)匹配算法求解控制器容量匹配子问题,从而得到控制器部署及容量匹配策略。针对SDN网络可能存在控制器故障,导致控制平面性能严重受限及备份控控制器引起能耗增加的问题,本文提出了一种基于能耗优化的SDN弹性控制器部署算法。本文基于交换机建流特性,对网络中交换机能耗进行评估,并建模网络总能耗为交换机能耗、主控制器能耗及备份控制器能耗总和,进而在满足交换机时延等限制条件下,以最小化网络总能耗为目标建模SDN弹性控制器部署问题。由于所建模优化问题为一个复杂的、非线性整数规划问题,难以直接求解,本文应用模拟退火算法求解该优化问题,从而确定网络中主控制器及备份控制器部署策略。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.02
【图文】：

交换机,主要组成部分

类型消息主要是控制器对 SDN 交换机进行查询、配由交换机发起，该类型消息主要是 SDN 交换机单向件上报给控制器；对称类型消息即可由交换机发起要用于控制器与交换机建立连接过程中检测对方是机，SDN 交换机主要由与控制器通信的OpenFlow 信成。SDN 流表是交换机高速转发数据的依据。Op先级、计数器、指令集等六部分组成。匹配域包输层所有配置信息，例如源目 MAC、VLAN ID、；流表计数器主要负责记录数据包在 SDN 交换机中息；流表动作集指数据包完成匹配后应执行哪种动丢弃、排队、修改数据包包头等。

【参考文献】