软件定义网络中多控制器间负载均衡研究
发布时间：2021-08-15 10:25
软件定义网络作为未来网络的一种典型范例,实现了转发功能与控制功能的分离,通过提供开放的编程接口有效地解决了传统网络因功能和应用不断扩展所导致的网络结构复杂化的问题。随着网络用户的不断增加以及SDN部署场景的多样化,单个SDN控制器所组成的网络已经不能满足人们的需求。因而,多控制器分布式部署逐渐受到学术界以及产业界的密切关注。由于在SDN中部署多控制器受到控制器个数以及控制器部署位置等因素的影响,很容易导致各个控制器间出现过载或轻载的现象,造成网络设备成本以及大量网络资源的浪费。因此,在大规模SDN部署中,如何平衡各控制器间的负载已成为近些年研究人员所关注的重点问题。本文主要从两个层面实现了多控制器间的负载均衡。针对控制器部署层面,现有的多控制器部署方案存在网络开销大和交换机与控制器连接不稳定等问题,本文改进了一种基于网络开销优化的多控制器部署方法。首先根据交换机的流请求速率和交换机与控制器间的距离对控制器的影响,以及控制器剩余容量对交换机的影响搭建交换机与控制器的双向匹配列表。其次,以网络开销为优化目标,同时使用模拟退火算法对匹配关系进行优化,实现多控制器间的负载均衡。仿真结果表明,该...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SDN网络架构
重庆邮电大学硕士学位论文第2章SDN的发展和相关概念9部署中的控制器都具有全局控制器的功能，每个控制器都拥有全局网络视图，在管理全网状态信息的同时在固定时间间隔内各控制器之间会同步更新消息。图2.2显示了扁平化多控制器部署。典型的部署方式是开放网络操作系统(OpenNetworkOperatingSystem，ONOS)和HyperFlow。HyperFlow[29]是一种基于OpenFlow的事件驱动的控制平面，控制器与交换机间通过消息的发布-订阅模式传输网络事件，网络事件在不同控制器间以文件更新的形式实现，控制器之间的信息同步则采用的是分布式文件系统。ONOS[30]是一种开源的网络操作系统，主要面向运营商和企业骨干网，提供可靠性高和灵活性强的网络服务。ONOS运行时包含多个实例，每个实例负责在交换机之间传递消息，多个实例之间通过共享网络信息，形成全局网络视图。图2.1扁平化多控制器部署2.竖直化部署在竖直化部署中，控制器按照功能的不同分为全局控制器和局部控制器，全局控制器只与局部控制器相连，负责底层各局部控制器之间的通信。局部控制器与本地控制域内的交换机相连，负责处理各交换机的流请求消息。图2.3显示了竖直化多控制器部署。典型的部署方式是Kandoo。Kandoo[31]是具有两层结构的控制器，底层的控制器只管理本地交换机，掌握本地网络视图，负责本地流量的转发。顶层控制器具有全局网络视图，负责交换本地控制器之间的控制消息和跨区域的流量转发。
重庆邮电大学硕士学位论文第2章SDN的发展和相关概念10图2.2竖直化多控制器部署从控制器部署层面进行考虑，多控制器部署的研究主要分为以下两个层面：多域划分层面和多控制器部署层面。1.多域划分层面现有的SDN多域划分方案大都是将控制器物理分散在网络中，每个控制器形成单独的域管理域内所有的交换机，各个控制器通过消息同步共享全局网络视图。因此，在控制器数量和交换机数量已知的情况下，通过规划交换机和控制器之间的映射关系，合理划分SDN域，在减小网络设备间通信时延的同时实现多控制器间的负载均衡。最早的SDN多域划分是扁平化多控制器部署方案，其中方案中的各控制器担任的角色都是平等的，比较典型的部署方式是ONOS和HyperFlow。在此基础上，PhemiusK[32]等人提出一种应用在广域网下的多域分布式控制器方案DISCO，DISCO提供轻量级且高度可控的控制器通道，利用域间和域内通信代理可动态适应异构网络拓扑，并在一定程度上应对网络中断和攻击。同时，DISCO还设计了链路发现代理与路径计算代理提高了链路带宽的利用率。姚蓝[33]等人首先根据节点间的吸引度与归属度对网络中的节点进行聚类，将网络划分为多个子域。随后权衡了子域网络中的时延代价，控制器与交换机的通信代价以及设备失效容忍代价，并设计了相应的控制器部署算法。面对不同的代价，采取不同的计算策略，实现了均衡的多控制器部署。赵季红[34]等人中以最小化控制时延为优化目标，将聚类算法中的欧氏距离改为节点间的最短路径计算传输时延，并考虑真实网络拓扑中节点的连通性，实现多控制器的部署。张栋[35]等人以交换机链路间的带宽值，交换机处理流表的能力以及交换机和控制器间的物理距离等为目标，对大规模
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于蚁群算法的SDN负载均衡的技术研究[J]. 钟原. 微型电脑应用. 2019(05)
[2]SDN性能优化技术研究综述[J]. 孙涛,张俊星. 计算机科学. 2018(S2)
[3]基于改进布谷鸟搜索算法的多控制器部署方案[J]. 杨晓琴. 中北大学学报(自然科学版). 2018(05)
[4]基于NSGA-II算法的SDN多控制器部署优化机制[J]. 吕兴燕,王兴伟,张爽,黄敏. 通信学报. 2018(S1)
[5]基于聚类优化的SDN多域自适应管理方法[J]. 姚蓝,兰巨龙,胡涛. 计算机工程. 2019(06)
[6]SDN中应用网络分区的控制器部署策略[J]. 赵季红,蔡田杰,曲桦,赵建龙,罗金. 计算机工程. 2019(01)
[7]SDN中基于可靠性评估的多控制器均衡部署策略[J]. 胡涛,张建辉,马腾,赵伟. 通信学报. 2017(11)
[8]软件定义网络控制平面可扩展性研究进展[J]. 张少军,兰巨龙,胡宇翔,江逸茗. 软件学报. 2018(01)
[9]层次型多中心的SDN控制器部署[J]. 张栋,郭俊杰,吴春明. 电子学报. 2017(03)
[10]SDN中基于迁移优化的控制器负载均衡策略[J]. 胡涛,张建辉,毛明. 计算机应用研究. 2018(02)
本文编号：3344361
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SDN网络架构
重庆邮电大学硕士学位论文第2章SDN的发展和相关概念9部署中的控制器都具有全局控制器的功能，每个控制器都拥有全局网络视图，在管理全网状态信息的同时在固定时间间隔内各控制器之间会同步更新消息。图2.2显示了扁平化多控制器部署。典型的部署方式是开放网络操作系统(OpenNetworkOperatingSystem，ONOS)和HyperFlow。HyperFlow[29]是一种基于OpenFlow的事件驱动的控制平面，控制器与交换机间通过消息的发布-订阅模式传输网络事件，网络事件在不同控制器间以文件更新的形式实现，控制器之间的信息同步则采用的是分布式文件系统。ONOS[30]是一种开源的网络操作系统，主要面向运营商和企业骨干网，提供可靠性高和灵活性强的网络服务。ONOS运行时包含多个实例，每个实例负责在交换机之间传递消息，多个实例之间通过共享网络信息，形成全局网络视图。图2.1扁平化多控制器部署2.竖直化部署在竖直化部署中，控制器按照功能的不同分为全局控制器和局部控制器，全局控制器只与局部控制器相连，负责底层各局部控制器之间的通信。局部控制器与本地控制域内的交换机相连，负责处理各交换机的流请求消息。图2.3显示了竖直化多控制器部署。典型的部署方式是Kandoo。Kandoo[31]是具有两层结构的控制器，底层的控制器只管理本地交换机，掌握本地网络视图，负责本地流量的转发。顶层控制器具有全局网络视图，负责交换本地控制器之间的控制消息和跨区域的流量转发。
重庆邮电大学硕士学位论文第2章SDN的发展和相关概念10图2.2竖直化多控制器部署从控制器部署层面进行考虑，多控制器部署的研究主要分为以下两个层面：多域划分层面和多控制器部署层面。1.多域划分层面现有的SDN多域划分方案大都是将控制器物理分散在网络中，每个控制器形成单独的域管理域内所有的交换机，各个控制器通过消息同步共享全局网络视图。因此，在控制器数量和交换机数量已知的情况下，通过规划交换机和控制器之间的映射关系，合理划分SDN域，在减小网络设备间通信时延的同时实现多控制器间的负载均衡。最早的SDN多域划分是扁平化多控制器部署方案，其中方案中的各控制器担任的角色都是平等的，比较典型的部署方式是ONOS和HyperFlow。在此基础上，PhemiusK[32]等人提出一种应用在广域网下的多域分布式控制器方案DISCO，DISCO提供轻量级且高度可控的控制器通道，利用域间和域内通信代理可动态适应异构网络拓扑，并在一定程度上应对网络中断和攻击。同时，DISCO还设计了链路发现代理与路径计算代理提高了链路带宽的利用率。姚蓝[33]等人首先根据节点间的吸引度与归属度对网络中的节点进行聚类，将网络划分为多个子域。随后权衡了子域网络中的时延代价，控制器与交换机的通信代价以及设备失效容忍代价，并设计了相应的控制器部署算法。面对不同的代价，采取不同的计算策略，实现了均衡的多控制器部署。赵季红[34]等人中以最小化控制时延为优化目标，将聚类算法中的欧氏距离改为节点间的最短路径计算传输时延，并考虑真实网络拓扑中节点的连通性，实现多控制器的部署。张栋[35]等人以交换机链路间的带宽值，交换机处理流表的能力以及交换机和控制器间的物理距离等为目标，对大规模
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于蚁群算法的SDN负载均衡的技术研究[J]. 钟原. 微型电脑应用. 2019(05)
[2]SDN性能优化技术研究综述[J]. 孙涛,张俊星. 计算机科学. 2018(S2)
[3]基于改进布谷鸟搜索算法的多控制器部署方案[J]. 杨晓琴. 中北大学学报(自然科学版). 2018(05)
[4]基于NSGA-II算法的SDN多控制器部署优化机制[J]. 吕兴燕,王兴伟,张爽,黄敏. 通信学报. 2018(S1)
[5]基于聚类优化的SDN多域自适应管理方法[J]. 姚蓝,兰巨龙,胡涛. 计算机工程. 2019(06)
[6]SDN中应用网络分区的控制器部署策略[J]. 赵季红,蔡田杰,曲桦,赵建龙,罗金. 计算机工程. 2019(01)
[7]SDN中基于可靠性评估的多控制器均衡部署策略[J]. 胡涛,张建辉,马腾,赵伟. 通信学报. 2017(11)
[8]软件定义网络控制平面可扩展性研究进展[J]. 张少军,兰巨龙,胡宇翔,江逸茗. 软件学报. 2018(01)
[9]层次型多中心的SDN控制器部署[J]. 张栋,郭俊杰,吴春明. 电子学报. 2017(03)
[10]SDN中基于迁移优化的控制器负载均衡策略[J]. 胡涛,张建辉,毛明. 计算机应用研究. 2018(02)
本文编号：3344361
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