[发明专利]SDN中的节点退火方法

说明书

技术领域

本发明属于下一代网络控制与管理和软件定义网络领域，是一种新颖的用于对软件定义网络合理分区以及控制器部署算法，涉及到一种在时延最小的情况下对软件定义网络整片网络进行分区，并保证每个控制器负载均衡的控制器部署算法。具体讲,涉及SDN中的节点退火方法。

背景技术

软件定义网络(software-defined network，SDN)是一种新型的网络架构。它的主要思想是数据平面和控制平面的分离，从而支持集中化的网络控制。在这种结构下，交换机只负责数据转发，控制逻辑由控制器给出。

在广泛使用的SDN方案Openflow中，数据转发以流为单位，一个流根据网络地址网络端口和协议类型等信息来进行定义。Openflow交换机中存储着多个流表来指导流的转发。当数据流进入Openflow交换机时，交换机会按照与该流匹配的流表项来转发数据。如果交换机的流表中没有与之匹配的转发项，则会向控制器发出查询。控制器做出决策之后，再将新的流表项下发到交换机。这套机制使得管理者可以更方便地管理整个网络。

与此同时，由于控制器负担着整个网络的工作，控制器的处理能力以及控制器与交换机之间通信的时延对整个网络的性能有着重要的影响。然而，控制器的容量也是有限的，随着SDN网络的快速发展，一个控制器已经负担不了一个巨大的SDN网络的业务。这就要求SDN网络有分布式的多个控制器来分担整个网络的压力。

因此，为了使SDN网络能够正常工作而且效率更高，要在保证负载均衡的情况下，对整个SDN网络进行合理的控制器部署。

文献[1]最早提出了控制器的部署问题，使用平均时延和最大时延作为衡量指标来分析控制器的部署问题，并使用贪心算法对其求解。文献[2]提出了K-critical算法，根据最大允许时延来计算所需控制器数量以及部署位置，但该文献同样没有考虑控制器的负载均衡问题。文献[3]在使用谱聚类算法来解决这个WAN中的控制器部署问题，其算法有一定的负载均衡效果。文献[4]使用了粒子群算法来求解SDN的控制器部署问题，同时考虑了时延和负载均衡。

模拟退火算法[5]是用来求解最优化问题的算法。它模拟了热力学系统中的退火过程。它以一定的概率来接受一个比当前解要差的解，因此有可能会跳出这个局部的最优解，达到全局的最优解。受到该算法的启发，本发明提出了一种用于解决SDN控制器负载均衡问题的算法，并将其命名为节点退火算法。

[1]HELLER B,SHERWOOD R,MCKEOWN N.The controller placement problem[C]//Proceedings of the First Workshop on Hot Topics in Software Defined Networks.ACM,2012:7-12

[2] Y, C,GARCIA A J.On the controller placement for designing a distributed SDN control layer[C]//Networking Conference,2014IFIP.IEEE,2014:1-9.

[3]Xiao P,Qu W,Qi H,et al.The SDN controller placement problem for WAN[C]//Ieee/cic International Conference on Communications in China.IEEE,2014:220-224.

[4]GAO C,WANG H,ZHU F,et al.A particle swarm optimization algorithm for controller placement problem in software defined network[C]//International Conference on Algorithms and Architectures for Parallel Processing.Springer International Publishing,2015:44-54

[5]Bertsimas D,Tsitsiklis J.Simulated Annealing[J].Statistical Science,1993,8(1):10-15。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种SDN中的节点退火算法，保证控制器的负载均衡。本发明采用的技术方案是，SDN中的节点退火方法，步骤如下：