[发明专利]一种降低管理负载开销的SDN多控制器部署方法

摘要

本发明公开了一种降低管理负载开销的SDN多控制器部署新方法，属于软件定义网络(SDN)技术领域。其特征是采用将软件定义网络(SDN)控制器的管理负载作为决策变量，构建关于控制器管理负载的数学模型。提出了将原SDN网络多控制器部署问题抽象化为一个图论问题，通过建立数学模型将该图论问题转化为整数线性规划问题，利用近似算法对该NP-难问题进行求解的策略。本发明在构建多控制器部署问题的数学模型的过程中，创新性地将网络性能与SDN控制器的管理负载一并纳入考量，能够针对不同SDN网络提供有效的部署方案，实现对多控制器数量的合理选取以及有效部署，保证SDN网络在满足一定网络性能且最小代价的情况下正常、有效运行。

主权项

一种降低管理负载开销的SDN多控制器部署方法，其特征在于以下步骤：(一)分析网络拓扑结构a.分析网络的拓扑结构，将多控制器部署问题抽象化为一个图论问题，即将整个网络抽象为一个无向图；b.提出一种新的度量，用来反映控制器管理负载，管理负载主要包括控制器处理请求的代价和安装规则的代价等，并以此作为决策变量；(二)构建相关数学模型控制器的管理负载作为决策变量；由决策变量和所要达到目的之间的函数关系确定目标函数；根据决策变量以及最终目标确定将最小化管理负载作为目标函数；由决策变量所受的限制条件确定决策变量所要满足的约束条件；将满足一定阀值的网络延迟以及有限的控制器的处理能力作为约束条件；将多控制器部署问题抽象化为一个图论问题，然后在给定的k个控制器中选择控制器，并将这些控制器与图中的交换机相连接；假设整个网络抽象为拓扑图G，S为网络中交换机的集合，C为网络中控制器的集合，设定单位时间内从网络中交换机i转发到控制器的流数为f_i，设流在交换机i与控制器j之间的最短路径上的传播代价为d_ij，那么由此得到该优化问题的目标函数为minΣ_i∈SΣ_j∈Cf_ix_ijd_ij，其中x_ij表示交换机i与控制器j是否相连接；对于该多控制器部署优化问题，目标就是在k个控制器中选取合适数量的控制器，从而使得网络中使用的控制器的管理负载最小；设定一个阀值为δ，要求对于和，都有x_ijd_ij≤δ即要求网络延迟的值不大于该阀值；引入控制器能力描述，定义U＝<u_i,u₂,…u_|C|>为控制器单位时间内的处理能力向量，那么u_j就是控制器j单位时间内所能处理的最大请求数量，得对于，要求满足Σ_i∈Sx_ijf_i≤y_ju_j，其中y_j表示控制器j是否连入网络中并处于激活状态；(三)近似算法的选取及求解a.根据0‑1整数规划的线性规划的松弛，把每个变量必须为0或1的约束，替换为较弱的每个变量属于区间[0,1]的约束；把NP难的最优化问题转化为一个相关的多项式时间可解的问题，然后对松弛后的线性规划进行求解；b.针对松弛后的线性规划，求得其对偶规划maxΣ_i∈Sα_i‑γδ‑bk，γ、b为任意常数且满足γ,b≥0；选取近似度达到3的近似算法对该对偶规划求解；c.由对偶规划可得，图中每个交换机的对偶变量α_i不断增长直到当该交换机与某个控制器相连时保持不变；初始状态，每一个交换机处于未连接状态；对偶变量α_i增长，当图中某些边(i,j)达到α_i＝f_id_ij+γd_ij+af_i时，算法申明该边是“不可行边”；当对偶变量β_ij满足β_ij>0时，申明该边是“可行边”；同样地，当边(i,j)是可行边时，申明交换机i是连接的，控制器j处于激活状态；对于控制器j，如果满足Σ_i∈Sβ_ij＝b‑au_j，则申明该控制器暂时处于激活状态；同时，所有与该控制器之间存在不可行边的交换机变为连接的，申明该控制器为这些交换机的“伪控制器”；接下来，令C_t表示暂时处于激活状态的控制器的集合，包含所有可行边的子图G₁以及满足交换机与控制器之间边数之多为2的子图G₂；最终目标就是寻找最大的独立集合，满足，为G₂的子图，使得在集合中的所有控制器都处于激活状态。