[发明专利]一种基于网络成本优化的SDN控制器部署方法

权利要求书

1.一种基于网络成本优化的软件定义网络SDN控制器部署方法，其特征在于：该方法针对包含多个交换机的SDN网络场景，部署多个不同类型的控制器，建模网络成本为优化目标，在满足各限制条件的情况下，确定SDN控制器最优部署策略，实现网络成本优化；具体包括以下步骤：

步骤1：建模SDN控制器位置部署变量；

步骤2：建模控制器-交换机关联变量；

步骤3：建模控制器类型匹配变量；

步骤4：建模网络成本；

步骤5：建模控制器容量限制条件；

步骤6：基于网络成本最小化，确定控制器部署策略；

在所述步骤1中，假设网络中所有交换机处能够部署控制器，建模控制器位置部署变量，具体为：

假设已给定K类候选控制器，令N_k表示第k类候选控制器的数目，φ_k及η_k分别表示第k类候选控制器的容量及成本；令x_i∈{0,1}表示交换机i处控制器的位置部署变量，记作V_i；x_i＝1表示V_i处部署一个控制器，记作C_i，否则，不进行控制器部署；则x_i应满足1≤k≤K，1≤i≤N，其中，N为网络中交换机数目；

在所述步骤2中，假设每个交换机只关联一个控制器，建模控制器-交换机关联变量，具体为：

令y_ij∈{0,1}表示C_i与V_j之间的关联变量，y_ij＝1表示C_i与V_j相关联，即V_j在C_i的管理区域内，否则，y_ij＝0；交换机只能与已经被部署的控制器相关联，y_ij满足y_ij≤x_i；每个交换机只与一个控制器相关联，y_ij满足1≤i,j≤N；

在所述步骤3中，建模控制器类型匹配变量，具体为：

令z_ik∈{0,1}表示控制器类型匹配变量，z_ik＝1表示C_i为k类控制器；z_ik满足部署的第k类控制器数量不应超过最大数目N_k，即1≤k≤K，1≤i≤N；

在所述步骤4中，建模网络成本Ψ为网络响应时间与控制器成本的加权和，即Ψ＝T+ωη，其中，T为所有交换机从关联控制器获得响应的时间中最大响应时间，ω为加权因子，η为控制器成本，根据公式计算控制器成本；

所述交换机最大响应时间定义为

其中，T_j表示V_j发送请求消息并获得响应所需时间，T_j定义为V_j发送packet-in消息至关联控制器，接收到来自所述关联控制器的packet-out消息所需的传输时延和传播时延，以及所述关联控制器处的处理时延之和，即其中，表示C_i与V_j之间的往返传输时延，表示C_i与V_j之间的往返传播时延，T_i^w表示C_i处理packet-in消息的平均时延；

令P_i,j表示C_i与V_j之间的最佳端到端路径，定义为

其中，H_i,j表示路径P_i,j上链路的总跳数，α为packet-in消息及packet-out消息数据包的平均大小，λ_j表示V_j发送至关联控制器的packet-in消息的平均达到率，t₀表示固定的时间间隔，表示路径P_i,j上第h跳链路的传输速率；

所述定义为

其中，表示路径P_i,j上的第h跳链路的长度，v表示电磁波的传播速度；

假设控制器根据先到先服务的原则处理接收到的packet-in消息，则T_i^w定义为其中，μ_i和l_i分别表示C_i的处理packet-in消息的平均速率和packet-in消息的平均到达率；具体地，

在所述步骤5中，为保证控制器能有效处理packet-in消息，建模控制器容量限制条件，具体为：1≤i,j≤N；

在所述步骤6中，综合考虑控制器位置部署、控制器-交换机关联及控制器类型匹配限定条件，基于网络成本最小化，确定控制器部署策略，包括控制器位置部署策略、控制器-交换机关联策略及控制器类型匹配策略，记