基于蚁群优化的多路径流量调度算法
发布时间：2021-12-09 07:50
针对数据中心大象流碰撞频繁、链路拥塞严重和负载不均衡等问题,提出一种基于蚁群优化的多路径流量调度算法。算法结合网络拓扑结构多路径特点和软件定义网络全局视图优势,首先通过sFlow控制器进行大小流检测;然后采用K短路径算法在最短路径的基础上增加非最短路径,并计算路径库中的各路径关键度,选取关键度较小的路径作为待选路径,降低调度算法开销;最后根据大小流特点,分别设置蚁群算法中的链路传输代价和信息素更新方式,通过计算最佳路径数和分配权重实现多路径流量调度。仿真实验表明,在不同类型流量模式下,所提算法有效提高了平均网络对分带宽,降低了最大链路利用率,减少了传输平均时延。
【文章来源】：电光与控制. 2020,27(12)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
本文算法流程
为了验证本文算法调度性能,通过Mininet网络仿真工具和Ryu控制器搭建实验环境,其中,Mininet可以构建网络拓扑结构,Ryu可以运行调度算法。采用Open vSwitch交换机并支持OpenFlow协议,链路带宽设为100 Mibit/s,利用Iperf模拟网络流量。实验采用四元Fat-tree拓扑结构,如图2所示。实验中采用Staggered Prob,Random和Stride(λ)3种流量模型,并在文献[6]的研究成果基础上,经反复仿真验证,本文算法中各超参数设置如表1所示。
实验分别在Stride和Random两种流量模型下对比分析3种算法的对分带宽。在Stride模式下,分别以Stride(1),Stride(2),Stride(4)和Stride(8)这4种模式产生流量。在Random模式下,也分别进行4组实验。每组实验重复多次并取稳定结果作为最终实验结果,则3种算法的对分带宽如图3所示。从图3(a)中可知,在Stride流量模型下,ACMP算法的平均对分带宽最高,随着Stride参数λ逐渐增加,3种算法的平均对分带宽均有所下降,其中,ECMP算法的平均对分带宽下降最为明显,而ACMP算法的平均对分带宽相比其他两种算法下降最少。这主要是由于当参数λ=1时,数据流主要在同一子网的主机之间传输,不同Pod之间的主机通信相对较少,数据流发生碰撞的概率相对较低,因此3种算法的平均对分带宽均较高。随着Stride参数λ逐渐增加,不同Pod之间的主机通信逐渐增多,导致大象流碰撞概率增加,ECMP算法只选取最短路径调度,未考虑当前链路状态,调度性能下降明显,MSF算法通过选取代价最小的单一路径,在一定程度上缓解了大象流的冲突,相比ECMP算法提高了平均对分带宽,而ACMP算法通过蚁群优化的多路径传输大象流,有效降低了大象流的冲突,虽然平均对分带宽也有所下降,但相比ECMP和MSF算法依然保持在较高水平。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SDN的数据中心网络多路径流量调度算法[J]. 金勇,刘亦星,王欣欣. 计算机科学. 2019(06)
[2]数据中心网络中基于SDN的大象流负载均衡的研究[J]. 金玲,束永安. 计算机应用研究. 2019(01)
[3]基于SDN的胖树数据中心网络多路径路由算法[J]. 彭大芹,赖香武,刘艳林. 计算机工程. 2018(04)
[4]软件定义网络（SDN）研究进展[J]. 张朝昆,崔勇,唐翯翯,吴建平. 软件学报. 2015(01)
[5]数据中心网络的体系结构[J]. 魏祥麟,陈鸣,范建华,张国敏,卢紫毅. 软件学报. 2013(02)
本文编号：3530241
【文章来源】：电光与控制. 2020,27(12)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
本文算法流程
为了验证本文算法调度性能,通过Mininet网络仿真工具和Ryu控制器搭建实验环境,其中,Mininet可以构建网络拓扑结构,Ryu可以运行调度算法。采用Open vSwitch交换机并支持OpenFlow协议,链路带宽设为100 Mibit/s,利用Iperf模拟网络流量。实验采用四元Fat-tree拓扑结构,如图2所示。实验中采用Staggered Prob,Random和Stride(λ)3种流量模型,并在文献[6]的研究成果基础上,经反复仿真验证,本文算法中各超参数设置如表1所示。
实验分别在Stride和Random两种流量模型下对比分析3种算法的对分带宽。在Stride模式下,分别以Stride(1),Stride(2),Stride(4)和Stride(8)这4种模式产生流量。在Random模式下,也分别进行4组实验。每组实验重复多次并取稳定结果作为最终实验结果,则3种算法的对分带宽如图3所示。从图3(a)中可知,在Stride流量模型下,ACMP算法的平均对分带宽最高,随着Stride参数λ逐渐增加,3种算法的平均对分带宽均有所下降,其中,ECMP算法的平均对分带宽下降最为明显,而ACMP算法的平均对分带宽相比其他两种算法下降最少。这主要是由于当参数λ=1时,数据流主要在同一子网的主机之间传输,不同Pod之间的主机通信相对较少,数据流发生碰撞的概率相对较低,因此3种算法的平均对分带宽均较高。随着Stride参数λ逐渐增加,不同Pod之间的主机通信逐渐增多,导致大象流碰撞概率增加,ECMP算法只选取最短路径调度,未考虑当前链路状态,调度性能下降明显,MSF算法通过选取代价最小的单一路径,在一定程度上缓解了大象流的冲突,相比ECMP算法提高了平均对分带宽,而ACMP算法通过蚁群优化的多路径传输大象流,有效降低了大象流的冲突,虽然平均对分带宽也有所下降,但相比ECMP和MSF算法依然保持在较高水平。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SDN的数据中心网络多路径流量调度算法[J]. 金勇,刘亦星,王欣欣. 计算机科学. 2019(06)
[2]数据中心网络中基于SDN的大象流负载均衡的研究[J]. 金玲,束永安. 计算机应用研究. 2019(01)
[3]基于SDN的胖树数据中心网络多路径路由算法[J]. 彭大芹,赖香武,刘艳林. 计算机工程. 2018(04)
[4]软件定义网络（SDN）研究进展[J]. 张朝昆,崔勇,唐翯翯,吴建平. 软件学报. 2015(01)
[5]数据中心网络的体系结构[J]. 魏祥麟,陈鸣,范建华,张国敏,卢紫毅. 软件学报. 2013(02)
本文编号：3530241
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