[发明专利]软件定义网络中多控制器失效时流的可编程性优化方法

说明书

本发明公开了软件定义网络中多控制器失效时流的可编程性优化方法，通过构建最优流控制器映射模型(OFCM)，将网络中脱机流的恢复问题转化为对OFCM模型的求解问题，并提出了启发式解决方案PG完成OFCM模型的求解，建立的模型及其求解过程，采用了细粒度流级别重新映射，能够在多个控制器出现故障时以较低的通信开销恢复脱机流，实验证明，在真实拓扑环境下本发明可有效提高恢复流的数量、平衡路径的可编程性及脱机流的总路径可编程性，有效降低了恢复过程中的通信开销。

技术领域

本发明属于计算机网络技术领域，具体涉及软件定义网络中多控制器失效时流的可编程性优化方法。

背景技术

维持控制弹性是将软件定义网络(SDN)应用于广域网(WAN)(称为SD-WAN)的关键问题。在SD-WAN中，数据平面由多个网络域组成，每个域都具有分布在不同物理位置的SDN交换机。控制平面具有SDN控制器，它们是安装在物理服务器或虚拟机中的网络控制软件，用于控制其域内的这些物理SDN交换机。由于某些意外问题(例如，硬件/软件错误，电源故障)，SDN控制器可能会发生故障。发生故障的控制器使所有连接的交换机脱机，从而丧失了更改流经它们的流的路径的能力，即路径可编程性，而这些流就变为脱机流。恢复脱机流的路径可编程性是在控制器故障下维持控制弹性的核心。

在SD-WAN中，维持控制平面弹性的核心是在控制器故障下恢复脱机流的可编程性。在实际的SDN约束下，这是一个复杂的优化问题。首先，优化目标是最大程度恢复路径的可编程性，从而获得最大的SDN控制功能，以及平衡恢复的路径可编程性。其次，在线控制器恢复脱机流的能力受到其处理能力的限制。第三，性能指标(例如，交换机和控制器之间的通信开销)也被认为可以在脱机流恢复期间为来自交换机的请求提供快速响应。

现有的控制弹性解决方案可在交换机级别恢复脱机流的可编程性。对于有故障的控制器，现有解决方案采用OpenFlow中的默认路径可编程性恢复解决方案，以建立从脱机交换机到在线控制器的新映射。通过将一个脱机交换机映射到一个在线的控制器，流经此交换机的所有流都由该控制器控制并变为可编程的。

为了高效的解决这个问题，Tanha等人与Killi等人提出了通过以静态的方式将交换机映射到控制器来恢复路径的可编程性的解决方案。静态解决方案是在控制器故障之前选择并放置备用的控制器，选择备用控制器并将其映射到交换机。它通过仔细选择控制器的位置以及控制器与交换机之间的连接来减少潜在的控制器故障的影响，从而优化网络部署。但是，这些解决方案通常会忽略交换机的不同控制负载以及控制器的控制能力的动态变化。因此，它们在实际环境中既无效率又无效果。

Guo等人提出了通过考虑当下交换机和控制器的状态，实时地将脱机交换机重新映射到在线控制器的动态解决方案。尽管动态解决方案在恢复路径可编程性方面取得了成功，但仍存在两个问题。首先，恢复流的路径可编程性不均衡。通常只有路程长并且有限数量的脱机流可以恢复为可编程状态。其次，因为当前方法采用以交换机为单位的粗粒度级别进行恢复，恢复路径可编程性效果不好。

综上所述，现有技术中脱机流的可编程性优化方法主要存在以下问题：一是，恢复粒度过粗，通常是恢复故障交换机中的所有流；二是，恢复过程中忽略了交换机的不同控制负载以及控制器的控制能力的动态变化；三是，恢复流的路径可编程性不均衡。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了软件定义网络中多控制器失效时流的可编程性优化方法，能够在网络中多控制器出现失效时准确高效地恢复脱机流的路径可编程性。

本发明提供了一种软件定义网络中多控制器失效时流的可编程性优化方法，包括以下步骤：

步骤1、建立最优流控制器映射模型描述网络中脱机流与在线控制器之间的映射关系，所述最优流控制器映射模型如下式所示：