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软件定义光网络中一种时延约束的控制器生存性部署方法

更新时间：2019-12-30 11:50:35 大小：744K 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签： 软件定义光网络 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

控制时延、控制平面的生存性和控制平面的控制冗余程度是软件定义光网络中网络性能是否良好的重要判断依据.该文提出时延约束下的控制器生存性部署方法,该方法充分考虑时延、生存性和控制器冗余等网络性能因素,在用户指定时延的前提下,确保每个网络节点至少有两条控制链路,以提高控制平面的生存性.同时,保证使用尽可能少的部署节点完成整个网络的覆盖,以减少控制平面的控制冗余.仿真表明,该方法能够有效地减少控制时延,提高控制平面的生存性,并减少控制器的部署个数,降低控制冗余,有效地提高了软件定义光网络的整体网络性能.该方法保证至少两条控制链路与C-MPC算法起到了相同的保护作用,与MCC算法相比,使SDON网络控制平面可靠性提高了20%.同时,在指定时延10 ms的约束条件下,在NSF和COST239网络中,与C-MPC算法相比所提算法分别减少了88%和75%的控制器部署.

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第 39 卷第 7 期  
2017 年 7 月  
电
子
与
信
息
学
报
Vol.39No.7  
Jul. 2017  
Journal of Electronics & Information Technology  
软件定义光网络中一种时延约束的控制器生存性部署方法  
帅*  
曾
张 毅  
赵国锋  
左理政  
(重庆邮电大学未来网络研究中心 重庆 400065)  
要：控制时延、控制平面的生存性和控制平面的控制冗余程度是软件定义光网络中网络性能是否良好的重要判  
摘
断依据。该文提出时延约束下的控制器生存性部署方法，该方法充分考虑时延、生存性和控制器冗余等网络性能因  
素，在用户指定时延的前提下，确保每个网络节点至少有两条控制链路，以提高控制平面的生存性。同时，保证使  
用尽可能少的部署节点完成整个网络的覆盖，以减少控制平面的控制冗余。仿真表明，该方法能够有效地减少控制  
时延，提高控制平面的生存性，并减少控制器的部署个数，降低控制冗余，有效地提高了软件定义光网络的整体网  
络性能。该方法保证至少两条控制链路与 C-MPC 算法起到了相同的保护作用，与 MCC 算法相比，使 SDON 网  
络控制平面可靠性提高了 20%。同时，在指定时延 10 ms 的约束条件下，在 NSF 和 COST239 网络中，与 C-MPC  
算法相比所提算法分别减少了 88%和 75%的控制器部署。  
关键词：软件定义光网络；生存性；指定时延；控制冗余；控制平面  
中图分类号： TN915.07  
文献标识码：A  
文章编号：1009-5896(2017)07-1727-08  
DOI: 10.11999/JEIT160820  
Survivability Deployment Method for Controller with Time-delay  
Constraint in Software Defined Optical Network  
ZENG Shuai  
GAI Shaocong  
ZHANG Yi  
ZHAO Guofeng  
ZUO Lizheng  
(Future Network Research Center, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)  
Abstract: Control delay, survivability of control plane and control redundancy of control plane are important  
criteria to judge whether the network performance is good in Software Defined Optical Network (SDON). A  
method that the survivability deployment for controller with time-delay constraint is put forward. This method  
takes full account of the network performance factors, such as time delay, survivability and controller redundancy.  
In the premise of a user specified delay, in order to improve the control plane survivability, it is insured that each  
network node has at least two control links. At the same time, the node deployments are kept to the minimum when  
complete of the entire network coverage, to reduce the redundancy of control plane. Simulation results show that  
the method can effectively reduce the control delay, improve the existence of control plane, and reduce the number  
of controller, decline the control redundancy, effectively improve the overall network performance of software  
defined optical network. The method ensures at least two control links have the same protection as C-MPC  
algorithm. Compared with the MCC algorithm, the reliability of SDON control plane is improved by 20%.  
Meanwhile, under the constraint conditions of 10 ms time delay, compared with C-MPC algorithm, the proposed  
algorithm can reduce the number of controller deployment by 88% and 75% in NSF and COST239 network.  
Key words: Software Defined Optical Network (SDON); Survivability; Specified time delay; Control redundancy;  
Control plane  
用，但是传统网络由于带宽容量、能源消耗和传输  
1 引言  
范围等技术的瓶颈不能满足现有网络应用的快速发  
计算机网络在当今社会中起着越来越重要的作  
展 需 求 [1] 。 软 件 定 义 网 络  
(Software Defined  
Networking, SDN)  
作为一种全新的网络架构实现了  
收稿日期：2016-08-03；改回日期：2017-04-27；网络出版：2017-05-18  
*通信作者：曾帅
基金项目：重庆市教委科学技术研究项目(KJ1500429)，重庆市科委  
基础科学与前沿技术研究项目(cstc2017jcyjA0976, cstc2016jcyj  
A0560)，国家自然科学基金(6170011898, 61671092)  
Foundation Items: The Scientific and Technological Research  
Program of Chongqing Municipal Education Commission  
(KJ1500429), The Scientific and Technological Research Program  
of Chongqing Science and Technology Commission (cstc2017  
jcyjA0976, cstc2016jcyjA0560), The National Natural Science  
Foundation of China (6170011898, 61671092)  
网络控制平面与数据平面分离，实现网络的统一灵  
活管控[2,3]。网络用户可以方便地对网络进行编程和  
设计，完成沿路径转发设备的统一部署，从而满足  
[4]  
(Software  
不同用户的任务需求 。软件定义光网络  
Defined Optical Network, SDON)  
是对  
SDN  
技术的  
(Generalized  
具体应用，是基于通用多协议标签交换  
MultiProtocol Label Switching, GMPLS)  
和基于路  
(Path Computation Element, PCE)  
径计算单元  
光
万方数据  
 
1728  
电 子 与 信 息 学 报  
第 39 卷  
[5]  
3
SDON  
网络之后的第 代智能光网络 。  
通过专注  
节点负载的网络中提出了一种算法，确定单一控制  
器的部署。该算法通过获取网络节点间的负载决定  
控制器的部署位置，从而减轻整体的网络复杂程度。  
该算法解决了网络整体的负载性能，但是未充分考  
SDN  
(dumb)  
于转发的哑  
的转发设备和专注于控制的软  
件控制的驱动器实现大规模光网络海量业务的灵活  
[6]  
SDON  
调度 。  
网络状态信息的收集，数据传输路  
由决策，光通路动态建立决策和拆除，控制流表下  
发决策等通过控制平面实现对数据平面的控制[6,7]  
虑
网络的控制时延、生存性等多方面网络性能  
。
因素。  
控制平面与数据平面的可靠连接关系到数据平面的  
转发能力，一旦控制平面与数据平面失联，数据平  
面将会大范围地失去数据转发能力。因此，控制器  
的部署位置对控制平面的生存性有着重要的作用。  
目前，已经存在很多关于控制器部署方法的研  
在用户所允许最大控制时延的前提下，为了进  
SDON  
一步提高  
控制平面生存性，并尽可能减少控  
制器的部署个数，减少控制平面的控制冗余，本文  
提出软件定义光网络中一种时延约束的控制器生存  
性部署方法。该方法保证控制器到网络节点间至少  
保持两条控制链路，有效地提高了控制平面的生存  
性，并根据控制时延为控制链路设定传输优先级，  
在保证生存性的同时减小了传输时延；此外，该方  
法根据控制器的部署个数确定部署模型，采用控制  
器覆盖范围并集的方式来实现对网络的整体覆盖，  
有效地减少了控制平面的控制冗余。  
[6]  
究。其中，文献 提出了基于最小点覆盖的控制平  
面跨层生存性控制器部署模型，该文献中采用最小  
2
点覆盖的原理，保证在节点度数不小于 的情况下  
每个节点至少有两个控制器与之相连。该部署方法  
很大程度地提升了控制平面的生存性，但是控制器  
[8]  
部署节点相对较多。文献 提出了两个控制器部署  
问题：控制器部署个数、控制器部署位置，并通过  
2 指定时延生存性部署模型  
256  
对
种网络拓扑控制平面进行分析，发现控制器  
SDON  
为了提高  
控制平面的生存性和满足用户  
只要部署位置合理，一个控制器就能够满足对控制  
时延的要求，该文献考虑了传输时延对控制器部署  
的控制时延需求，并且尽可能减少控制冗余，根据  
实际网络需求部署一个或多个控制器。根据控制器  
部署个数，部署模型分为单一控制器部署模型和多  
控制器部署模型。不同部署模型的划分是由于在  
[9]  
的影响，没有考虑控制平面生存性的问题。文献  
/
考虑传输时延和发送时延，完善了平均时延 最大时  
延最小化模型，提出了考虑发送时延的两种部署算  
SDON  
网络中部署多个控制器时，需找出合适的部  
[10]  
法。文献  
提出了一种数学模型，该模型将控制器  
署位置作为管控中心的部署位置，以协调控制器间  
的控制工作。算法至少为每个控制器到网络节点部  
SDON  
(local controller)  
分为两类：一个是本地控制器  
，一  
(root controller)  
个是根控制器  
，该文献中还提出一  
署至少两条控制链路，即  
网络拓扑每个节点  
种控制器交互模型，网络设计人员利用这种数学模  
2
度数至少为 ，以提高控制平面的生存性。  
[11]  
型实现控制器时延和缓存的计算。文献  
提出了  
(1)  
单一控制器部署模型： 根据实际网络传输  
SVVR(SurViVoR)  
算法来确定控制器的部署方案，  
该算法使得网络节点与控制器之间满足链路分离的  
路径数的最大化，但是没有考虑控制链路的长度，  
[12]  
需求，将一个控制器部署在网络节点中的某个合理  
位置可以满足传输时延需求，并保证目标节点到控  
制器间至少有两条控制链路。该模型根据指定时延  
获取控制器到每个节点的传输链路，根据控制链路  
造成较大的控制时延。文献  
提出了一种多域软件  
(architecture for multi-domain  
定义网络架构  
1(a)  
中虚线表  
时延大小，为每条链路设定不同的优先级。如图  
software defined networks)  
，这 种 架构将控制平面垂  
1(a)  
所示为单一控制器部署模型举例，图  
直地划分为两层，其中底层包含本地控制器，只负  
责本地信息的管理；上层控制器与底层控制器进行  
[12]  
示控制器满足时延和生存性条件的管控范围。在该  
SDON  
管控模型下，  
网络中部署一个控制器即可满  
需求。  
cs  
通信，协同本地控制器之间的工作。文献  
中的部  
T
足用户指定时延  
署方法提高了控制平面的兼容性，但是未对控制平  
(2)多控制器部署模型： 根据实际网络传输需  
求，一个控制器在控制实时延的约束下不能将网络  
拓扑中的节点全部覆盖(满足用户指定时延和每个  
节点至少有两条控制链路)，因此需要部署多个控制  
器，多个控制器管控节点的并集可覆盖整个拓扑网  
络。为实现控制器间的协同管控，需要在多个控制  
器间选出管控中心。如图 1(b)所示为多控制器部署  
[13]  
面的时延和生存性作过多的考虑。文献  
提出了基  
(Min Cut-Centroid,  
[14]  
于最小割控制器分簇部署算法  
MCC)  
，但是忽略了跨簇的控制平面生存性。文 献  
定义了控制器间的管控优先级，该方法有效地减少  
了网络节点对高控制中心的依赖，有效地提高了网  
络性能，但是该方法只适用于静态网络，面对复杂  
[15]  
多变的网络效果不佳。文献  
在一个给定所有通信  
万方数据  

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