软件定义网络中多控制器负载优化关键技术研究

发布时间：2017-05-20 19:03

  本文关键词：软件定义网络中多控制器负载优化关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着互联网的高速发展,网络用户规模急剧膨胀及基础设施数量的进一步扩大,传统网络的静态架构和管理方式与各种应用的动态发展趋势越来越不相适应。软件定义网络(Software Defined Network, SDN)作为一个新型的网络体系构架,由于其易管理、可编程的特性,解决了传统网络中网络设备复杂、配置困难等问题,受到了广泛的关注。典型的单控制器软件定义网络虽然能够在继承SDN特点的基础上实现网络构建,但是单控制器网络存在一些难以克服的固有缺陷：一是单点失效问题；二是网络的可扩展性问题。因此,业界提出了多控制器架构下的控制体系。但大多数的架构的控制器和交换机之间的映射是静态的,无法动态的适应网络流量的变化,造成控制器负载失衡。因此,动态的多控制器架构应运而生,该架构通过两种方式解决了控制器负载失衡的问题,第一种是超载控制器下的交换机迁移到其他控制器；第二种是在第一种方式的基础上,通过设计控制层面,对控制器进行动态的调整,即增添删除控制器,达到控制器的负载均衡。但是两种方式存在以下问题：(1)现有的交换机迁移方式过于粗放；(2)现有的交换机迁移方式效率低；(3)现有的控制器调整策略没有针对控制器负载均衡的选择策略。因此,本文针对交换机迁移方式的粗放和效率低以及控制器如何调整的问题,以控制器负载均衡为目标进行研究。首先,针对交换机迁移方式的粗放问题,提出一种基于免疫粒子群算法的交换机迁移策略；其次,针对交换机迁移效率低的问题,提出一种基于改进型拍卖的交换机迁移机制；最后,为了适应实际网络中流量的动态变化,提高控制器资源使用率,提出了一种控制器动态调整算法。本文具体研究内容如下：1、提出一种基于免疫粒子群算法的交换机迁移算法把交换机与控制器的部署关系建模为0-1规划问题,将交换机与控制器的部署关系编码为粒子的位置向量,把粒子的适应度定义为第d次迭代后控制器资源利用率的均方误差,用粒子群搜索到的最优位置表示交换机的最优部署。仿真实验表明,与典型的就近迁移策略和利用率最低迁移算法相比,该算法实现了较好的控制器负载均衡,大幅度减少了请求事件的响应时间,提高了控制器响应事件的反应速度,具有很高的实效性。2、提出一种基于改进型拍卖的交换机迁移机制在该机制内,负载较轻控制器是拍卖者,拍卖自己的剩余资源,被迁移的交换机是竞拍者,竞拍控制器的资源获得服务。通过增加处于供大于求状态的拍卖控制器资源的交易价格,完成交换机的迁移。为了减少拍卖结束的时间,对价格更新步长做了限定。为了最大限度的减少交换机迁移对网络造成的影响,对过载控制器如何选择待迁移的交换机做了说明,并说明了如何在SDN网络中实现该迁移机制。实验表明该迁移机制能快速的达到收敛,实现控制器的负载均衡。3、提出一种控制器动态调整算法通过动态的开启或关闭控制器,满足了网络流量动态变化的需求,在保证传输时延的基础上,保证了控制器的负载均衡。该算法分为两个阶段,第一个阶段通过把控制器选择问题模拟成0-1背包问题,使用贪心算法求解,确定控制器的状态,输出一个满足容量约束条件的控制器和交换机部署关系；第二个阶段调用本文提出的基于免疫粒子群算法的交换机迁移策略,得到一个全局负载均衡的部署关系。实验证明,该算法能有效的减少控制器的使用数量,提高控制器的资源使用率,并且实现了控制器的负载均衡。
【关键词】：软件定义网络 控制器 负载均衡 免疫粒子群算法 拍卖 交换机迁移
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.02
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 课题研究背景与意义12-18
• 1.1.1 课题研究的背景12-14
• 1.1.2 软件定义网络14-17
• 1.1.3 课题研究的目的与意义17-18
• 1.2 相关技术研究现状18-24
• 1.2.1 多控制器下的分布式控制架构18-20
• 1.2.2 动态分布式控制架构20-21
• 1.2.3 多控制器架构下的交换机迁移协议21-23
• 1.2.4 研究现状23-24
• 1.3 提出问题24-25
• 1.4 本文的研究工作和章节安排25-28
• 第二章 基于控制器全局负载均衡的交换机迁移策略28-36
• 2.1 引言28-29
• 2.2 交换机迁移模型29-31
• 2.3 算法描述31-32
• 2.4 仿真实验与结果分析32-34
• 2.4.1 试验场景建立33
• 2.4.2 数据分析33-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 一种基于改进型拍卖的交换机迁移机制36-46
• 3.1 引言36-37
• 3.2 SDN网络模型和问题描述37-39
• 3.2.1 SDN网络模型37-38
• 3.2.2 估价函数38-39
• 3.2.3 SDN优化模型39
• 3.3 拍卖模型39-41
• 3.3.1 拍卖者和竞拍者的策略39-40
• 3.3.2 收益函数40
• 3.3.3 拍卖流程40-41
• 3.3.4 收敛性和复杂度分析41
• 3.4 交换机迁移在SDN中的实现41-42
• 3.5 仿真分析42-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 一种控制器动态调整算法46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 网络模型46-47
• 4.3 控制器动态调整算法47-49
• 4.4 仿真实验与结果分析49-52
• 4.4.1 实验场景建立49
• 4.4.2 实验结果分析49-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 结束语54-56
• 5.1 结论54-55
• 5.2 下一步工作55-56
• 致谢56-58
• 参考文献58-62
• 作者简历62

【参考文献】

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1 付永红;毕军;吴建平;陈泽;王可;罗敏;;基于软件定义网络的一种多控制器休眠模型(英文)[J];中国通信;2014年03期

  本文关键词：软件定义网络中多控制器负载优化关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：382501