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SDN中基于分布式决策的控制器负载均衡机制

更新时间：2019-12-24 22:11:22 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：sdn 控制器 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

针对SDN多控制器负载均衡过程中,控制器选取僵化和交换机迁移冲突问题,提出了一种基于分布式决策的控制器负载均衡机制,分为三个阶段进行实施:首先通过周期性收集网络信息,结合控制器负载状况构建分布式迁移决策域;然后在域中依据选取概率确定迁移交换机,综合权衡数据收集、交换机迁移和状态同步三种代价选择目标控制器;最后建立迁移时钟模型,完成交换机迁移和控制器角色转换.仿真结果表明,与现有的负载均衡机制相比,降低了网络的通信开销,流建立时间平均缩短0.14s,控制器资源利用率提高了21.7％.

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V01．46 No．10

2018

第10期

2018年10月

子

学

ACTA ELECTRONICA SINICA

0cI．

SDN中基于分布式决策的控制器

均衡机制

胡

涛1，

建

1，

江2，何

工程技研究中心，河南州450002；2．中

3，江逸茗1，

用有限公司，北京102200

(1．国家数字交

系

城网

系

3．中国人民解放 75775部，广广州510010)

摘要：

sDN多控制器

均衡机制，分三个

式迁移决策域；然后在域中依据取概率确定迁移交机，

控制器；最后建立迁移模型，完成交机迁移和控制器角色

比，降低了网的通信开，流建立平均短0．14s，控制器源利用率提高了21．7％．

均衡程中，控制器取僵化和交机迁移冲突

，提出了一种基于分布式

状况构建分布

衡数据收集、交机迁移和状同步三种代价

．仿真果表明，与有的均衡机制相

决策的控制器

段行施：首先通周期性收集网信息，合控制器

合

目

关

中

：

件定

网

；控制器；

均衡；交机迁移；分布式决策

TP393

分

号：

文献

：

文章号：

0372．2112(2018)10-2316旬9

issn．0372-2112．2018．10．002

子学 URL：http：／／www．ejoumal．org．cn

DoI：lO．3969／j

COntrO¨er LOad

MechaniSm BaSed On

BaIanCing

DiSt rjbuted

jn SDN

POIicy

Wei‘

Ta01，ZHANG Jian— huil，WU Jian92，HE Wei．wei3，JIANG Yi— min91，ZHA0

(1．№渤n口z

450002，吼 o；

D培池f Js叫i￡c硒培S弘把m E增i船e^增&死曲∞fogy胍enrc^＆凡￡er，，增 o“，肌mn

2．G_EG

Cy6er却 G阳o￡耽ff，口．L4占．＆舛增102200，吼im；

3．zTroq 75770 0厂n叩如’5 L沾砌n』4肌y，鼠o，彬^oⅡ，G“口昭幽增5100IO，mi眦)

In t11e

of SDN multi— contmller load

balaIlcing，controller selecting

Abstract：

and switch

process

rigid

migration

contr0Uerload

network

mechallism based on distributed

periodically，distributed migrat主on

is divided into

connicti甥．This p印er proposes

mree

balaIlcing

policy，which

decision domains are stmc—

infomation

conecting

phases．Firstly，mmugh

tured

to controller load conditions．Then the switches are

selecting

migrated

according

accOrding

pmbability．By balancing

m佗e

data

a11d state

are

costs included

conn．ollers

collection，switch rnjgration

countdown to

syncllronization，tlle taI苫et

detenIlined．Finally，

ttle

mis mechaIlism sets

the switch

and contmller role conversjon．Results show

miFation

complete

migration

wim t11e

10ad

balancing mechanism，mis

memod could reduce t11e total network communication oVer—

mat，compared

eXisting

establishment time is shortened 0．14s

resource utilization has been increased

21．7％．

head，now

Key

aVeragely，con乜oller

software defined

wOrds：

networl(；controller；load balancing；switch migration；distributed policy

方案．

引言

件定

尽管多控制器架构提高了控制器的可展性和可

靠性，但当控制器管理的交机在某个段内

流量激增或者瞬减，很容易致所属控制器出

Defined

Networking，

网

⋯ (Software

生

SDN)作一种新型网体系架构，成功解决了

僵化数据平面和控制平面的完全

解耦．随着网模的日益大，SDN控制平面的

制器不能有的流量需求，因此界相

提出了上集中，物理上分布的多控制器部署

网

的

，

点(

网

增)或者冷点(

架构的定和控制器

目前，关于控制器

减) 象，不利于整个

均衡．

控

已

足

不均衡

的解决方案可

以分

两

：

收稿日期：2016— 12．20；修回日期：2017一ll-21；

任

：瑶

基金目：国家网

空

安全

(No．2017YFB0803204)；国家863高技研究

展

划(No．2015AAol6102)；国家自然科学基金新研

究群体科学基金(No．61521003)

万方数据

2317

第10期

胡涛：sDN中基于分布式决策的控制器

均衡机制

方案1通

改

控制器的配置方式和部署位置机就近迁移至居控制器．但在架构中，考因素

来避免控制器

‘2“。．

整．

方案无法根据

流量状

限于控制器

状况，然减少了迁移延，但当

状况迁移机制失效．文献

况

网

行

居控制器也于高

，

方案2通迁移交机来确保

方案然能整网

程中，关于目控制器取，

容易致目控制器取僵化．

上述，本文从交机迁移的角度出，提

出了一种基于分布式决策的控制器均衡(Dist曲u．

based Contmller bad _{Balancing，DPCLB)机制．}

均衡"““．

[10]中作者基于控制器剩余理容量，提出了一种控

制器均衡算法，迁移交机至剩余理容量最大

的控制器．王文博¨¨等人将交机迁移化成控制

，但在交机迁移

延或控制器容量，

考

器的

份及

的

，通

控制器

行

份，并

算法，

相

份空确定算法和主控制器

合理的网构建．

ted

上所述，方案2相比方案1，然改善了网

配属存在的缺陷，但控制器度量考一，算法

，容易造成交机迁移冲突

静

Policy

本文的主要献和新工作

如下：

(1) 合交机迁移思想， DPCLB机制行建

复

．

模，考

价和状同步代价是影响控制器

(2)构建分布式迁移决策域模型，在决策域中依据

取概率确定迁移交机；基于婪算法

制器；建立迁移模型，定“迁移倒

移冲突，有效提高交机迁移效率．多代价衡和迁移

定也保控制器的均衡分布．

(3)从原理和仿真两个面与有机制

行比

研究，

交

机

取概率、数据收集代价、交机迁移代

3分析与建模

均衡的主要因素．

3．1

分析

本文研究背景是SDN多域多控制器网．由于流

和空分布具有不均匀性和不确定性，因此，

目

控

量在

”，避免迁

一旦某子域中部分交

子域控制器的

机

理

于流量突

状

，很容易

致

源被大量消耗，

重有

可能造成控制器宕机．另外一些子域的控制器需要

理的流

求

少，控制器源利用率低下．而言之，

，

合多种性能价指，基于仿真景开展

DPcLB机制性能．

控制器

的不均衡分布致控制器源利用不合

理，降低了网整体的流

中，由于交机s，流量突

与

理能力．例如，在

2相关工作

致c：成

控制器，但

其余控制器仍

于

正常状

．

在控制器

均衡研究程中，方案1作一种先

通

控制器

不均衡

行深入分析可

式方案，主要有以下研究展．Fu怛。等人在多控制器

部署的基上，提出了一种控制器休眠模型，在流量

，允部分置控制器入休眠状．Guo。3

知，交机和控制器之的静

接是致控制器

无法有效移的关因素．在OpenFlowl．2

机和控制器之形成一种全新的接关系，

，

使

交

等人提出基于

方差同步的

，控制器

均衡方案，当控制

得通

交

机迁移整控制器

成

可能．

器的

了无

超

施

同步，

在

1中，当交机s，的master控制器c：由于流

路

和良好的

平衡性能．

H。等人

量激增

c。)中

迁移任．但有交机迁移方案仍存在以下

待解决，同也是本文研究重点．

(1)如何构建SDN迁移域，确定迁移交机和目

生

，需要在s。的slave控制器群(c，，c，，

次型多中心sDN的控制器部署

，采用多

模sDN网的区域划分，通

矗

减

路划分方法

大

割

一个控制器作 master控制器，完成交

机

亟

少

划分的域

数以降低sDN跨域流数量．san．

tos

些

L51等人提出了一种邦控制器架构，使用聚算法

建子网，化了控制器部署位置的

基于

取．Hock旧1等人提出POC0(Pareto．based 0ptimal

tmller)框架，考不同的性能度量，使用Pareto 化配

置，提升了网的可靠性，但算法运行

个

接

con-

控制器；

(2)如何施交机迁移任，避免交机迁移冲

突和控制器状不一致

．

3．2

DPCLB建模

Opennowl．2H1

研究者重．Heller¨1首次提出交机迁移策略，考

机和控制器之延度量，通迁出域中部

分交控制器均衡．不足之在于方案

提出之后，方案2逐受到

整个网拓扑用无向 G=(y，E)表示，y和E分

表示网中的点集合和路集合．在网中有M

个控制器，控制器集合 C，有，v个交机，交机集合

交

的

机

_5，且IyI=I CI+I

S1．假控制器可以化地部署在

拓扑中∽o，一个控制器管理多个交机形成SDN

子域．的跳数 d，机s。和控制器c。的

只是行了数学分析，于如何取迁移交机未做

明．文献[9]中作者提出了一种ElastiCon架构，基于

网

交

双

限

行

决策，根据控制器

将交

万方数据

2318

2018年

子

学

和流量信息．迁移决策域中控制器c，的数据收集代

价是P‰，式(3)所示，其中”，是循交机的平均比

特速率．

(3)

dal。=∑d∥q‘

(3)交机迁移代价

交

机迁移程中，控制器需要向交机安装迁

移

，同交机也会和控制器行通信，出迁移

求．因此交机迁移代价包括迁移

机通信代价和迁移求代价．

安装代价，交

一捌t

0正常酬器确

控制器

迁移

安装代价尸刊。是指控制器域内迁移交

生的代价，如式(4)所

I多控制器部署架构

机安装now— mod流

所

示，其中6一。是now— mod数据包的平均大小．

接关系

二

制

量g。，其中g。。=1表示第i个交

接关系构成

机si的流求(Packet-in数

机

P。l。=6。l。。di。g。

(4)

和第n个控制器相．网

通矩日=[g。。]。

之

的

交

机通信代价尸⋯ 是指迁移交机和目控制

数据程中所生的通信代价，如式(5)所

交

器正常

据包)速率 d。．控制器c。管理的交机数量 u。，

理容量序。．

示，其中占是指交机通信数据的

速率．g。和

分

表示控制器c，和c。域内交机和控制器的

接

合交机迁移思想 DPcLB机制施建模．首

关系．

先

有

迁移决策域行介

．

定

1迁移决策域D，，是指

控制器c，合所

尸⋯ =占‘(∑(g∥引+∑( ‘氐))(5)

于非

状的

居控制器构成的控制器集合，D，

迁移求代价P。。是指迁移交

机

送流求到

={c，，c。，c：，⋯ }．例如，在 1中，c。，c：和c，构成迁移

决策域．

目

控制器所生的代价，如式(6)所示，其中min叱表

示迁移交机到目控制器的最短跳数．

迁移决策域有两个基本特征：

(6)

机

尸咖=(mind旅)’8‘(∑gi+∑

)

特征l迁移决策域和

控制器之是一一

关系，且呈分布式部署．

因此，通

三种代价行性求和得到交

特征2任意两个迁移决策域之互不相交，不

迁移代价P。。，如式(7)所示：

P。。=JP n．1。+P⋯ +P。

生交集．

(7)

迁移决策域确定后，在

控制器c，的交机集

(4)控制器状同步代价

合s，=㈠，s；，⋯ ，s：，⋯ }中取交机si向目控制器

c；行迁移．

在交机迁移完成后，控制器之需要行状

同步，控制器c，和c。之的同步代价如式(8)所示，其

中肛指控制器周期性共享的网数据，与s有关，但

p<占，因控制器不会共享所有子域信息，d椿指控制器

c，和c。之的跳数．

了解决迁移决策域中迁移交机和目控制器

取

，需要考如下因素．

(1)交取概率

了尽可能降低

有高流求速率且距离

机

控制器的

，

迁出具

(8)

P，=肛’d^‘(∑g。+∑g。)

控制器最的交机．

合数据收集，交机迁移和控制器状同步三

集合．s，中交机的取概率妒。如式(1)所示，日

算参数，如式(2)所示，其中A。表示交机在控制器

c，上生的源利用率；di表示交机到控制器的跳

种代价，将迁移决策域中目控制器

取

化

多代价混合性划行求解．目函数如式(9)

所示，其中叫。，山：，∞，分是三种代价的

．

数．取概率妒。越大，

交机s。被迁移可能性越大．

(9)

P。bht=∞l。Pd砒丑+叫2· P⋯ 。+∞3。P。，。

’

)

蛾r

‰=毛

s．t．Vi∈s，，∈c，

(10)

∑gF=1

V _{c。∈D，，}

d。，≤ l(i≠r)

(11)

(12)

(22))

r，后D，nD。=⑦

式(10)保每个交

式(“)表示迁移决策域内包含

日

志

机

有一个master控制器．

控制器和居控

(2)数据收集代价

控制器需要和交

机

行周期性交互，收集跳数

万方数据

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