基于交換機(jī)遷移的SDN控制平面負(fù)載均衡研究.pdf

1、近年來關(guān)于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network，SDN)的研究已成為未來網(wǎng)絡(luò)的熱點(diǎn)課題。控制平面負(fù)載均衡研究作為SDN中一項(xiàng)基礎(chǔ)而又重要的課題，旨在有效提高控制平面可擴(kuò)展性。研究發(fā)現(xiàn)控制器與交換機(jī)之間的靜態(tài)映射關(guān)系是導(dǎo)致控制平面負(fù)載失衡的關(guān)鍵因素。目前大多數(shù)算法采用將過載控制器下的交換機(jī)遷移到其他控制器的方法來解決控制平面負(fù)載失衡問題。本文針對(duì)缺乏靈活的負(fù)載均衡架構(gòu)，提出了基于三層結(jié)構(gòu)模型的控制平面負(fù)載均衡算法

2、。同時(shí)針對(duì)交換機(jī)遷移方式過于簡單、在遷移過程中沒有考慮通信開銷的問題，提出了基于多目標(biāo)優(yōu)化的控制平面負(fù)載均衡算法。
　　本文的主要研究工作如下:
　　(1)針對(duì)缺乏靈活的負(fù)載均衡架構(gòu)，提出了基于控制器管理層-控制器集群-數(shù)據(jù)層三層結(jié)構(gòu)模式的負(fù)載均衡架構(gòu)MCD(controller Management-Controller cluster-Data layer)。MCD在控制器集群上部署控制器管理層，控制器管理層主要負(fù)責(zé)監(jiān)測

3、控制器負(fù)載，并根據(jù)負(fù)載信息做出相應(yīng)決策和動(dòng)作指令。MCD能夠有效減少控制器之間的通信開銷，使控制器專注于制定數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)決策，在一定程度上提高了控制器的性能。在MCD的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有交換機(jī)遷移方式仍存在各種缺陷，提出了控制平面負(fù)載均衡算法SMLB(Switch Migratefor Load Balancing)。該算法站在全局角度判斷是否進(jìn)行負(fù)載均衡以及何時(shí)進(jìn)行負(fù)載均衡，避免了頻繁的負(fù)載均衡帶來不必要的通信開銷和網(wǎng)絡(luò)延遲，并且綜合考

4、慮負(fù)載因素和距離因素對(duì)均衡效果的影響。仿真結(jié)果表明，該算法可以有效均衡控制平面負(fù)載，降低網(wǎng)絡(luò)延遲，提高控制平面可拓展性。
　　(2)本文針對(duì)交換機(jī)遷移方式過于簡單和遷移過程中未考慮通信開銷的問題，提出了基于多目標(biāo)優(yōu)化的控制平面負(fù)載均衡算法M-DSMA(Dynamic SwitchMigration Algorithm based on Multi-objective)。首先將交換機(jī)與控制器之間的映射關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)?-1矩陣優(yōu)化問題;其

5、次利用NSGA-Ⅱ算法同時(shí)優(yōu)化控制平面負(fù)載均衡度和交換機(jī)遷移所產(chǎn)生的通信開銷這兩個(gè)相互沖突的指標(biāo)，從而得到合適的交換機(jī)與控制器部署方案。該算法利用組編碼方式將交換機(jī)與控制器之間的映射關(guān)系編碼為遺傳學(xué)中的個(gè)體基因，將控制平面的負(fù)載均衡度和交換機(jī)遷移開銷定義為個(gè)體的適應(yīng)度函數(shù)，依據(jù)種群進(jìn)化得到的最優(yōu)解遷移交換機(jī)，均衡控制平面負(fù)載。仿真結(jié)果表明，M-DSMA可以有效均衡控制平面負(fù)載，降低通信開銷，提高控制平面可擴(kuò)展性，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。