基于交換機遷移的SDN控制平面負載均衡研究.pdf

1、近年來關于軟件定義網(wǎng)絡(Software Defined Network，SDN)的研究已成為未來網(wǎng)絡的熱點課題?？刂破矫尕撦d均衡研究作為SDN中一項基礎而又重要的課題，旨在有效提高控制平面可擴展性。研究發(fā)現(xiàn)控制器與交換機之間的靜態(tài)映射關系是導致控制平面負載失衡的關鍵因素。目前大多數(shù)算法采用將過載控制器下的交換機遷移到其他控制器的方法來解決控制平面負載失衡問題。本文針對缺乏靈活的負載均衡架構，提出了基于三層結構模型的控制平面負載均衡算法

2、。同時針對交換機遷移方式過于簡單、在遷移過程中沒有考慮通信開銷的問題，提出了基于多目標優(yōu)化的控制平面負載均衡算法。
　　本文的主要研究工作如下:
　　(1)針對缺乏靈活的負載均衡架構，提出了基于控制器管理層-控制器集群-數(shù)據(jù)層三層結構模式的負載均衡架構MCD(controller Management-Controller cluster-Data layer)。MCD在控制器集群上部署控制器管理層，控制器管理層主要負責監(jiān)測

3、控制器負載，并根據(jù)負載信息做出相應決策和動作指令。MCD能夠有效減少控制器之間的通信開銷，使控制器專注于制定數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)決策，在一定程度上提高了控制器的性能。在MCD的基礎上，針對現(xiàn)有交換機遷移方式仍存在各種缺陷，提出了控制平面負載均衡算法SMLB(Switch Migratefor Load Balancing)。該算法站在全局角度判斷是否進行負載均衡以及何時進行負載均衡，避免了頻繁的負載均衡帶來不必要的通信開銷和網(wǎng)絡延遲，并且綜合考

4、慮負載因素和距離因素對均衡效果的影響。仿真結果表明，該算法可以有效均衡控制平面負載，降低網(wǎng)絡延遲，提高控制平面可拓展性。
　　(2)本文針對交換機遷移方式過于簡單和遷移過程中未考慮通信開銷的問題，提出了基于多目標優(yōu)化的控制平面負載均衡算法M-DSMA(Dynamic SwitchMigration Algorithm based on Multi-objective)。首先將交換機與控制器之間的映射關系轉(zhuǎn)變?yōu)?-1矩陣優(yōu)化問題;其

5、次利用NSGA-Ⅱ算法同時優(yōu)化控制平面負載均衡度和交換機遷移所產(chǎn)生的通信開銷這兩個相互沖突的指標，從而得到合適的交換機與控制器部署方案。該算法利用組編碼方式將交換機與控制器之間的映射關系編碼為遺傳學中的個體基因，將控制平面的負載均衡度和交換機遷移開銷定義為個體的適應度函數(shù)，依據(jù)種群進化得到的最優(yōu)解遷移交換機，均衡控制平面負載。仿真結果表明，M-DSMA可以有效均衡控制平面負載，降低通信開銷，提高控制平面可擴展性，具有較高的實際應用價值。