軟件定義數據中心網絡控制器的最小容錯覆蓋部署方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容錯覆蓋部署方法，能夠提出一套部署多個控制器的方案，使得我們能使用最小數量的控制器和它們的位置從而確保每個交換機至少被兩個控制器控制，進而形成一套邏輯中心物理分布多個控制器控制交換機平面的有效技術方案，使交換機控制平面免受單控制器的能力小、可靠性低以及可擴展性差等限制。
【專利說明】軟件定義數據中心網絡控制器的最小容錯覆蓋部署方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及軟件定義數據中心網絡，特別地，涉及一種基于軟件定義數據中心網 絡的控制器的最小容錯覆蓋部署方法。

【背景技術】
[0002] 當前，大規(guī)模的數據中心是云服務以及大型分布式計算的重要基礎設施。數據中 心網絡成為了影響許多數據中心應用性能的主要資源。另一方面，軟件定義網絡使得更加 自由地重構網絡控制平面成為可能，并且進一步地提升了網絡管理和應用的創(chuàng)新。軟件定 義網絡的一個核心的好處是將控制平面與數據平面解耦。從而，這個控制邏輯被移到一 個可編程的軟件構件，也就是控制器，那些擁有全局網絡視圖的控制應用運行在控制器上。 軟件定義網絡的原理已經引起了許多的關注，并且被用來設計軟件定義的數據中心網絡 (Software-DefinedDataNetwork，下文中簡稱為SDDN)。
[0003]SDDN與數據中心的網絡拓撲密切相關。近來，為了改進傳統(tǒng)的類似樹形的拓撲，已 經提出了許多新的扁平的數據中心拓撲。Jellyfish是一個具有代表性的扁平化的以交換機 為中心的數據中心拓撲。它將大量同類的交換機組織起來構成一個隨機正則圖，且每一臺 交換機連接一些服務器。Jellyfish拓撲有許多好的性能，如可以漸進擴展、較高的性價比和 較小的網絡直徑。然而，由于網絡拓撲的非結構化設計，它也面臨路由復雜和網絡資源管理 困難等問題。然而，軟件定義網絡可以在全局網絡視圖的支持下解決路由和網絡管理的問 題。
[0004] 傳統(tǒng)地，SDDN的實現依賴于單個控制器來提供中心化的控制平面?？刂破鞅徊渴?在數據中心里一個給定的服務器上。已經有工作指出一個控制器面臨能力、可靠性以及可 擴展性等多方面的限制。因此，在大規(guī)模的數據中心里，一個控制器只能控制一部分的交換 機。對于，每一個沒有被控制的交換機，經過它的所有流將不能從控制平面獲得路由路徑。 現有技術中缺乏部署多個控制器來形成一個邏輯中心物理分布的控制平面的有效技術方 案，特別地，缺乏部署多個控制器來形成軟件定義數據中心網絡的交換機形成最小容錯覆 蓋的方法。
[0005] 針對現有技術中缺乏部署多個控制器來控制軟件定義數據中心網絡的交換機形 成最小容錯覆蓋的問題，目前尚未有有效的解決方案。


【發(fā)明內容】

[0006] 針對現有技術中缺乏部署多個控制器來控制軟件定義數據中心網絡的交換機形 成最小容錯覆蓋的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器 的最小容錯覆蓋部署方法，能夠使用最小數量的控制器和它們的位置從而確保每個交換機 至少被兩個控制器控制，進而形成一套邏輯中心物理分布多個控制器控制交換機平面的有 效技術方案，使交換機控制平面免受單控制器的能力小、可靠性低以及可擴展性差等限制。
[0007] 根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小 容錯覆蓋部署方法。
[0008] 根據本發(fā)明提供的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容錯覆蓋部 署方法包括：在軟件定義數據中心網絡中構建Jellyfish拓撲，生成交換機的隨機正則圖， 確定交換機之間的鏈接關系，獲得隨機正則圖的1-覆蓋控制器的最小集合；確定每個控制 器的能力限制、一個交換機到它的支配交換機的傳播時延限制、交換機的2-覆蓋限制、之 前的控制器繼續(xù)有效限制；根據交換機的總數目、交換機之間的鏈接關系、每個控制器的能 力限制、一個交換機到它的支配交換機的傳播時延限制、交換機的2-覆蓋限制、1-覆蓋控 制器的最小集合，計算出最小容錯覆蓋的控制器集合。
[0009] 其中，確定每個控制器的能力限制、一個交換機到它的支配交換機的傳播時延限 制、交換機的2-覆蓋限制、之前的控制器繼續(xù)有效限制包括：獲取軟件定義數據中心網絡 中交換機的總數、軟件定義數據中心網絡中每個交換機的可用端口數、每個交換機用于與 其它交換機互聯的端口數，構建Jellyfish拓撲的隨機正則圖；根據數據中心里交換機的集 合、隨機正則圖中交換機之間鏈路的集合，獲得交換機之間的拓撲無向圖與1-覆蓋控制器 的最小集合；根據交換機之間的拓撲無向圖與1-覆蓋控制器的最小集合，獲得表示一個交 換機是否是一個支配交換機的二元向量、表示一個交換機是否覆蓋另一個交換機的二元向 量、表示從一個交換機到另一個交換機的傳播時延的時延矩陣、表示一秒內從一個交換機 發(fā)往另一個交換機的平均流的數量的流量矩陣、每個交換機每秒能處理的流的最大數量、 從一個交換機到支配交換機允許的傳播時延、已部署了控制器的支配交換機集合；根據表 示一個交換機是否是一個支配交換機的二元向量、表示一個交換機是否覆蓋另一個交換機 的二元向量、表示從一個交換機到另一個交換機的傳播時延的時延矩陣、表示一秒內從一 個交換機發(fā)往另一個交換機的平均流的數量的流量矩陣、每個交換機每秒能處理的流的最 大數量、從一個交換機到支配交換機允許的傳播時延、已部署了控制器的支配交換機集合， 獲得最小容錯覆蓋的限制條件。
[0010] 其中，計算出最小容錯覆蓋的控制器集合包括：得到每個交換機的鄰居交換機； 按照寬度優(yōu)先搜索的方式依次檢查每個交換機，如果一個交換機已經被兩個支配交換機覆 蓋且該交換機本身不是支配交換機，則跳過此交換機檢查下一個交換機；如果一個交換機 已經被兩個支配交換機覆蓋且該交換機本身是支配交換機，且此支配交換機覆蓋的交換機 的數量超過了控制器的能力，則跳過此交換機檢查下一個交換機；如果一個交換機已經被 兩個支配交換機覆蓋或只被一個支配交換機覆蓋，且該交換機本身是支配交換機，且此支 配交換機覆蓋的交換機的數量尚未超過控制器的能力，則在此交換機的鄰居交換機中進行 檢索尚未被支配交換機覆蓋或只被一個交換機覆蓋的一個鄰居交換機，如果支配交換機的 鄰居交換機到支配交換機的時延超出了時延所允許的跳數，則跳過鄰居交換機，繼續(xù)檢索 下一個鄰居交換機否則，支配交換機覆蓋鄰居交換機，并且支配交換機的控制器能力將減 少1，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換機，直到鄰居交換機都被檢測；如果一個交換機尚未被覆蓋 或只被一個支配交換機覆蓋，且該交換機本身不是支配交換機，它被選作一個支配交換機， 與一個控制器直接相連，并在此交換機的鄰居交換機中進行檢索尚未被支配交換機覆蓋或 只被一個交換機覆蓋的一個鄰居交換機，如果支配交換機的鄰居交換機到支配交換機的時 延超出了時延所允許的跳數，則跳過鄰居交換機，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換機否則，支配交 換機覆蓋鄰居交換機，并且支配交換機的控制器能力將減少1，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換 機，直到鄰居交換機都被檢測。
[0011] 另外，獲得隨機正則圖的1-覆蓋控制器的最小集合包括：在軟件定義數據中心網 絡中構建Jellyfish拓撲，生成交換機的隨機正則圖，確定交換機之間的鏈接關系；確定每 個控制器的能力限制、一個交換機到它的支配交換機的傳播時延限制、交換機的覆蓋限制； 根據交換機的總數目、交換機之間的鏈接關系、每個控制器的能力限制、一個交換機到它的 支配交換機的傳播時延限制、交換機的覆蓋限制，計算出最小覆蓋的控制器集合。
[0012] 其中，確定交換機之間的鏈接關系、確定每個控制器的能力限制、一個交換機到它 的支配交換機的傳播時延限制、交換機的覆蓋限制包括：獲取軟件定義數據中心網絡中交 換機的總數、軟件定義數據中心網絡中每個交換機的可用端口數、每個交換機用于與其它 交換機互聯的端口數，構建Jellyfish拓撲的隨機正則圖；根據數據中心里交換機的集合、 隨機正則圖中交換機之間鏈路的集合，獲得交換機之間的拓撲無向圖；根據交換機之間的 拓撲無向圖，獲得表示一個交換機是否是一個支配交換機的二元向量、表示一個交換機是 否覆蓋另一個交換機的二元向量、表示從一個交換機到另一個交換機的傳播時延的時延矩 陣、表示一秒內從一個交換機發(fā)往另一個交換機的平均流的數量的流量矩陣、每個交換機 每秒能處理的流的最大數量、從一個交換機到支配交換機允許的傳播時延；根據表示一個 交換機是否是一個支配交換機的二元向量、表示一個交換機是否覆蓋另一個交換機的二元 向量、表示從一個交換機到另一個交換機的傳播時延的時延矩陣、表示一秒內從一個交換 機發(fā)往另一個交換機的平均流的數量的流量矩陣、每個交換機每秒能處理的流的最大數 量、從一個交換機到支配交換機允許的傳播時延，獲得最小覆蓋的限制條件。
[0013]其中，計算出最小覆蓋的控制器集合包括：得到每個交換機的鄰居交換機；按照 寬度優(yōu)先搜索的方式依次檢查每個交換機，如果一個交換機還沒有被任何控制器控制，它 被選作一個支配交換機，與一個控制器直接相連；對支配交換機進行判定，如果支配交換機 覆蓋的交換機的數量超過了控制器的能力，則終止對支配交換機的搜索，繼續(xù)檢索下一個 交換機；選擇支配交換機的一個鄰居交換機，并對支配交換機進行判定，如果支配交換機的 鄰居交換機到支配交換機的時延超出了時延所允許的跳數，則跳過鄰居交換機，繼續(xù)檢索 下一個鄰居交換機；否則，支配交換機覆蓋鄰居交換機，并且支配交換機的控制器能力將減 少1，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換機，直到鄰居交換機都被檢測。
[0014] 從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的技術方案通過使用算法ABC滿足最小容錯覆 蓋問題的限制條件，部署最少數量的控制器，確保所有的交換機都至少被兩個控制器所覆 蓋，當一個交換機的主控制器失效時，該交換機可以被另一個控制器接管。該方法構成了一 套完整的交換機控制平面上多控制器協(xié)作的解決方案，使交換機控制平面免受單控制器的 能力小、可靠性低以及可擴展性差等影響，且具有較高的普適性，本方法可以應用到其它的 以交換機為中心的數據中心里。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施 例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲 得其他的附圖。
[0016] 圖1為根據本發(fā)明實施例的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容 錯覆蓋部署方法中最小覆蓋部署方法的流程圖；
[0017] 圖2為根據本發(fā)明實施例的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容 錯覆蓋部署方法的流程圖；
[0018] 圖3為現有技術中一包含12個交換機的Jellyfish的拓撲隨機正則圖；
[0019]圖4為根據本發(fā)明實施例一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容錯 覆蓋部署方法下覆蓋的包含12個交換機的Jellyfish的1-覆蓋圖；
[0020] 圖5為根據本發(fā)明實施例一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容錯 覆蓋部署方法下覆蓋的包含12個交換機的Jellyfish的2-覆蓋圖；
[0021] 圖6為根據本發(fā)明實施例的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容 錯覆蓋部署方法中，每個交換機有8個接口用于與其他交換機連接時，隨機算法、算法ACC 與理論下限的控制器數量-交換機數量折線比較圖；
[0022] 圖7為根據本發(fā)明實施例的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容 錯覆蓋部署方法中，每個交換機有12個接口用于與其他交換機連接時，隨機算法、算法ACC 與理論下限的控制器數量-交換機數量折線比較圖；
[0023] 圖8為根據本發(fā)明實施例的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容 錯覆蓋部署方法中，每個交換機有8個接口用于與其他交換機連接時，隨機算法與算法ACC 的控制器數量-控制器能力折線比較圖；
[0024] 圖9為根據本發(fā)明實施例的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容 錯覆蓋部署方法中，每個交換機有12個接口用于與其他交換機連接時，隨機算法與算法 ACC的控制器數量-控制器能力折線比較圖；
[0025] 圖10為根據本發(fā)明實施例的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容 錯覆蓋部署方法中，每個交換機有8個接口用于與其他交換機連接時，隨機算法與算法ABC 的新增控制器數量-交換機數量折線比較圖；
[0026] 圖11為根據本發(fā)明實施例的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容 錯覆蓋部署方法中，每個交換機有12個接口用于與其他交換機連接時，隨機算法與算法 ABC的新增控制器數量-交換機數量折線比較圖；
[0027] 圖12為根據本發(fā)明實施例的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容 錯覆蓋部署方法中，每個交換機有8個接口用于與其他交換機連接時，1-覆蓋與2-覆蓋的 失效交換機數量-失效控制器數量折線比較圖；
[0028] 圖13為根據本發(fā)明實施例的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容 錯覆蓋部署方法中，每個交換機有12個接口用于與其他交換機連接時，1-覆蓋與2-覆蓋的 失效交換機數量-失效控制器數量折線比較圖。

【具體實施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面將結合本發(fā)明實施例中 的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進一步進行清楚、完整、詳細地描述，顯然，所描述的 實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域 普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030] 為了更好地進行網絡虛擬化和應用的創(chuàng)新，可以將軟件定義網絡的思想應用到數 據中心網絡中。傳統(tǒng)的軟件定義網絡依賴于一個中心化的控制器，這個控制器的性能和可 擴展性都有限。雖然最近有一些想法，想要使用多個控制器來控制一般的網絡，但是SDDN 還缺乏一個可擴展的和可靠的數據平面。當引入多個控制器到SDDN時，將會帶來一個新的 問題，我們叫做控制器的覆蓋問題，包括最小覆蓋問題與最小容錯覆蓋問題。
[0031] 最小覆蓋問題是來找到最少數量的足夠的控制器和它們的位置，從而確保每個交 換機至少被一個控制器控制。為解決最小覆蓋問題，我們首先闡述了單個控制器的覆蓋模 型和對SDDN中控制器的最小覆蓋問題進行了建模。這需要找到最小數量的有效地控制器 和它們應該被部署的位置，并且確保每個交換機至少被一個控制器控制?？梢宰C明，這個問 題是一個NP完全問題，不存在最優(yōu)解，因此我們在Jellyfish拓撲下提出了一個近似算法。 需要說明的是，在SDDN中控制器并非越多越好，更多的控制器不僅僅會引發(fā)額外的花費， 而且會增加控制器之間同步時的復雜性，反而使SDDN的工作效率下降。
[0032] 最小容錯覆蓋問題是來找到最小數量的控制器和它們的位置，從而確保每個交換 機至少被兩個控制器控制，這樣，當主控制器失效的時候，它所控制的每一個交換機將被另 一個控制器所接管。最小容錯覆蓋問題通常是針對數據中心里常見的失效所設計的，任何 由主服務器或者是相關的交換機或者是連接到交換機的鏈路所引發(fā)的失效都將使一個控 制器不能正常的工作，而被這些失效的控制器覆蓋的交換機將不能處理到達的新流。為了 抵御控制器的失效而提出的SDDN中控制器的最小容錯覆蓋問題也是一個NP完全問題，因 此在Jellyfish的拓撲下，我們進一步的設計了一個近似算法。
[0033] 大量地模擬實驗與評估結果表明，我們的方法能有效地所需的控制器的數量，改 善控制平面的容錯能力以及減少狀態(tài)同步的花費與負載。需要指出的是，本文中公開的方 法稍加修改便可應用到其它的網絡結構是以交換機為中心的數據中心網絡中。
[0034] 如圖1所示，根據本發(fā)明的實施例提供的基于軟件定義數據中心網絡的控制器的 最小覆蓋部署方法包括：
[0035] 步驟S101，在軟件定義數據中心網絡中構建Jellyfish拓撲，生成交換機的隨機正 則圖，確定交換機之間的鏈接關系；
[0036] 步驟S103,確定每個控制器的能力限制、一個交換機到它的支配交換機的傳播時 延限制、交換機的覆蓋限制；
[0037] 步驟S105,根據交換機的總數目、交換機之間的鏈接關系、每個控制器的能力限 制、一個交換機到它的支配交換機的傳播時延限制、交換機的覆蓋限制，計算出最小覆蓋的 控制器集合。
[0038] 其中，確定交換機之間的鏈接關系、確定每個控制器的能力限制、一個交換機到它 的支配交換機的傳播時延限制、交換機的覆蓋限制包括：獲取軟件定義數據中心網絡中交 換機的總數、軟件定義數據中心網絡中每個交換機的可用端口數、每個交換機用于與其它 交換機互聯的端口數，構建Jellyfish拓撲的隨機正則圖；根據數據中心里交換機的集合、 隨機正則圖中交換機之間鏈路的集合，獲得交換機之間的拓撲無向圖；根據交換機之間的 拓撲無向圖，獲得表示一個交換機是否是一個支配交換機的二元向量、表示一個交換機是 否覆蓋另一個交換機的二元向量、表示從一個交換機到另一個交換機的傳播時延的時延矩 陣、表示一秒內從一個交換機發(fā)往另一個交換機的平均流的數量的流量矩陣、每個交換機 每秒能處理的流的最大數量、從一個交換機到支配交換機允許的傳播時延；根據表示一個 交換機是否是一個支配交換機的二元向量、表示一個交換機是否覆蓋另一個交換機的二元 向量、表示從一個交換機到另一個交換機的傳播時延的時延矩陣、表示一秒內從一個交換 機發(fā)往另一個交換機的平均流的數量的流量矩陣、每個交換機每秒能處理的流的最大數 量、從一個交換機到支配交換機允許的傳播時延，獲得最小覆蓋的限制條件。
[0039]其中，計算出最小覆蓋的控制器集合包括：得到每個交換機的鄰居交換機；按照 寬度優(yōu)先搜索的方式依次檢查每個交換機，如果一個交換機還沒有被任何控制器控制，它 被選作一個支配交換機，與一個控制器直接相連；對支配交換機進行判定，如果支配交換機 覆蓋的交換機的數量超過了控制器的能力，則終止對支配交換機的搜索，繼續(xù)檢索下一個 交換機；選擇支配交換機的一個鄰居交換機，并對支配交換機進行判定，如果支配交換機的 鄰居交換機到支配交換機的時延超出了時延所允許的跳數，則跳過鄰居交換機，繼續(xù)檢索 下一個鄰居交換機；否則，支配交換機覆蓋鄰居交換機，并且支配交換機的控制器能力將減 少1，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換機，直到鄰居交換機都被檢測。
[0040] 為了改善數據中心傳統(tǒng)的類似樹的拓撲，一些扁平化的拓撲已經被提出，本方法 使用一個有代表性的以交換機為中心的扁平拓撲jellyfish作為基本的軟件定義的數據中 心網絡。在Jellyfish拓撲中，所有的交換機形成一個隨機正則圖。設每一個交換機包括 k個可用端口，k個端口中的r個與其它的交換機進行互聯，剩余的k-r個端口被用來連接 服務器進行數據交換工作，其中〇〈r〈k。圖3示出的是一個有12個交換機的Jellyfish的 拓撲圖，每一個交換機使用3個端口來連接其它的交換機。一個隨機正則圖可以被表示成 RRG(N，k，r)，其中N是交換機的數量。
[0041] 我們將一個與控制器直接相連的交換機稱為一個支配交換機。支配交換機覆蓋這 個控制器所控制的所有交換機，包括它本身。如果一個交換機到一個支配交換機的距離是 c跳，而且這個支配交換機覆蓋了這個交換機，我們稱這個支配交換機能c-覆蓋該交換機。
[0042]將數據中心網絡的功能應用到SDDN的前提條件是每一個交換機至少被一個控制 器所控制。前文已經闡明，由于控制器的能力有限，在大規(guī)模的數據中心里使用一個控制器 來控制所有的交換機是不實際的，一個控制器只能控制數據中心里的一部分交換機。如果 一個控制器控制了太多的交換機，該控制器將變成網絡應用的瓶頸。也就是說，控制器的能 力決定了它所能控制的交換機的數量。
[0043]傳播時延從另一個方面限制了控制器能控制的交換機的數量。通?？梢哉J為，傳 播時延由控制器的支配交換機到一個普通交換機的距離所決定。對于給定的一個閾值c， 一個交換機到控制器的支配交換機的距離在C跳以內、且控制器的容量是足夠的時候，這 個交換機才有可能會被這個控制器所控制，在這種情況下，這個支配交換機能C-覆蓋這個 交換機。圖4示出的是一個有12個交換機的Jellyfish的1-覆蓋拓撲圖，在圖4中時延的 限制是1跳，且每個控制器可以同時控制4個交換機，連接線箭頭指向方向為控制器的控制 方向。對于支配交換機switch:，switch:的連接線箭頭指向switch:、switch2、8￥；11：(3113和 switch9，即switch:的控制器 1-覆蓋switch^switch^switchs和switch9。這說明傳播時 延和控制器的能力共同限制了一個控制器所能控制的交換機的個數。
[0044]根據單個控制器的覆蓋模型，SDDN應該提供一個由多個控制器構成的分布式的控 制平面。SDDN中控制器的最小覆蓋問題是決定控制器的個數和它們的位置，從而確保每個 交換機被至少一個控制器控制。我們已經確定，一個支配交換機能夠覆蓋被這個相應的控 制器所控制的所有交換機，包括它自身。因此，控制器的最小覆蓋問題被轉換成了尋找支配 交換機所構成的最小集合。在圖4中，所有支配交換機以方塊表不，一般交換機以圓表不， 則如圖4所示{switcl^、switch4、switch6、switch7、switch1(l}是這個支配交換機的最小集 合，這個集合能1-覆蓋數據中心里的所有交換機。給定最小交換機的集合，則控制器的部 署位置能按照一種簡單的方式找到。每一個支配交換機分配與它相連的服務器中的一個座 位控制器的主服務器。很明顯，最小覆蓋是充分必要的：支配交換機中的任何一個交換機 被移除后，將會有一些交換機不能被覆蓋；同樣地，如果任何一個支配交換機被另一個替代 了，比如，用switch8替代switcl^后會無法保證每一個交換機都被控制；已經滿足最小覆蓋 之后，也沒有必要來部署更多的控制器。
[0045] 為了形式化控制器的最小覆蓋問題，我們可以用N來表示數據中心里交換機的集 合，E代表交換機之間鏈路的集合。這樣，交換機之間的拓撲被建模成一個無向圖G(N，E)。 使用二元向量X=〈Xi，x2，. . .，x|N|>來表示是否一個交換機是一個支配交換機。如果Xj= 1，表示switch」是一個支配交換機；否則，switch」不是一個支配交換機。定義另一個二元 向量Y= 1^」] |N|X|N|，yu = 1表示switch」是一個支配交換機并且switch」覆蓋switch^ T= [tim] |N|X|N|表示一個流量矩陣，tim代表一秒內從switcl^發(fā)往switchm的平均流的數 量。同時，給定每個控制器的能力，k表示每個交換機每秒能處理的流的最大數量。定義D =[dij]|N|X|N|表示時延矩陣，&表示從switchjjswitchj的傳播時延。我們還假設，從 switcl^到支配交換機switch」允許的傳播時延是e。
[0046] 該覆蓋問題的優(yōu)化目標是最小化控制器的數量，也就是支配交換機的數量，表示 如式（1):

【權利要求】
1. 一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容錯覆蓋部署方法，其特征在于， 包括： 在所述軟件定義數據中心網絡中構建Jellyfish拓撲，生成交換機的隨機正則圖，確定 交換機之間的鏈接關系，獲得所述隨機正則圖的1-覆蓋控制器的最小集合； 確定每個控制器的能力限制、一個交換機到它的支配交換機的傳播時延限制、交換機 的2-覆蓋限制、之前的控制器繼續(xù)有效限制； 根據交換機的總數目、交換機之間的鏈接關系、每個控制器的能力限制、一個交換機到 它的支配交換機的傳播時延限制、交換機的2-覆蓋限制、1-覆蓋控制器的最小集合，計算 出最小容錯覆蓋的控制器集合。
2. 根據權利要求1所述的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容錯覆蓋 部署方法，其特征在于，所述確定每個控制器的能力限制、一個交換機到它的支配交換機的 傳播時延限制、交換機的2-覆蓋限制、之前的控制器繼續(xù)有效限制包括： 獲取所述軟件定義數據中心網絡中交換機的總數、所述軟件定義數據中心網絡中每個 交換機的可用端口數、每個所述交換機用于與其它交換機互聯的端口數，構建Jellyfish拓 撲的隨機正則圖； 根據數據中心里交換機的集合、隨機正則圖中交換機之間鏈路的集合，獲得交換機之 間的拓撲無向圖與1-覆蓋控制器的最小集合； 根據交換機之間的拓撲無向圖與1-覆蓋控制器的最小集合，獲得表示一個交換機是 否是一個支配交換機的二元向量、表示一個交換機是否覆蓋另一個交換機的二元向量、表 示從一個交換機到另一個交換機的傳播時延的時延矩陣、表示一秒內從一個交換機發(fā)往另 一個交換機的平均流的數量的流量矩陣、每個交換機每秒能處理的流的最大數量、從一個 交換機到支配交換機允許的傳播時延、已部署了控制器的支配交換機集合； 根據表示一個交換機是否是一個支配交換機的二元向量、表示一個交換機是否覆蓋另 一個交換機的二元向量、表示從一個交換機到另一個交換機的傳播時延的時延矩陣、表示 一秒內從一個交換機發(fā)往另一個交換機的平均流的數量的流量矩陣、每個交換機每秒能處 理的流的最大數量、從一個交換機到支配交換機允許的傳播時延、已部署了控制器的支配 交換機集合，獲得最小容錯覆蓋的限制條件。
3. 根據權利要求2所述的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容錯覆蓋 部署方法，其特征在于，所述計算出最小容錯覆蓋的控制器集合包括： 得到每個交換機的鄰居交換機； 按照寬度優(yōu)先搜索的方式依次檢查每個交換機，如果一個交換機已經被兩個支配交換 機覆蓋且該交換機本身不是支配交換機，則跳過此交換機檢查下一個交換機； 如果一個交換機已經被兩個支配交換機覆蓋且該交換機本身是支配交換機，且此支配 交換機覆蓋的交換機的數量超過了控制器的能力，則跳過此交換機檢查下一個交換機； 如果一個交換機已經被兩個支配交換機覆蓋或只被一個支配交換機覆蓋，且該交換機 本身是支配交換機，且此支配交換機覆蓋的交換機的數量尚未超過控制器的能力，則在此 交換機的鄰居交換機中進行檢索尚未被支配交換機覆蓋或只被一個交換機覆蓋的一個鄰 居交換機，如果所述支配交換機的所述鄰居交換機到所述支配交換機的時延超出了時延所 允許的跳數，則跳過所述鄰居交換機，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換機否則，所述支配交換機覆 蓋所述鄰居交換機，并且所述支配交換機的控制器能力將減少1，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換 機，直到鄰居交換機都被檢測； 如果一個交換機尚未被覆蓋或只被一個支配交換機覆蓋，且該交換機本身不是支配交 換機，它被選作一個支配交換機，與一個控制器直接相連，并在此交換機的鄰居交換機中進 行檢索尚未被支配交換機覆蓋或只被一個交換機覆蓋的一個鄰居交換機，如果所述支配交 換機的所述鄰居交換機到所述支配交換機的時延超出了時延所允許的跳數，則跳過所述鄰 居交換機，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換機否則，所述支配交換機覆蓋所述鄰居交換機，并且所 述支配交換機的控制器能力將減少1，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換機，直到鄰居交換機都被檢 測。
4. 根據權利要求1所述的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容錯覆蓋 部署方法，其特征在于，所述在軟件定義數據中心網絡中構建Jellyfish拓撲、生成交換機 的隨機正則圖、確定交換機之間的鏈接關系并獲得隨機正則圖的1-覆蓋控制器的最小集 合包括： 在所述軟件定義數據中心網絡中構建Jellyfish拓撲，生成交換機的隨機正則圖，確定 交換機之間的鏈接關系； 確定每個控制器的能力限制、一個交換機到它的支配交換機的傳播時延限制、交換機 的覆蓋限制； 根據交換機的總數目、交換機之間的鏈接關系、每個控制器的能力限制、一個交換機到 它的支配交換機的傳播時延限制、交換機的覆蓋限制，計算出最小覆蓋的控制器集合。
5. 根據權利要求4所述的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容錯覆蓋 部署方法，其特征在于，所述確定交換機之間的鏈接關系、確定每個控制器的能力限制、一 個交換機到它的支配交換機的傳播時延限制、交換機的覆蓋限制包括： 獲取所述軟件定義數據中心網絡中交換機的總數、所述軟件定義數據中心網絡中每個 交換機的可用端口數、每個所述交換機用于與其它交換機互聯的端口數，構建Jellyfish拓 撲的隨機正則圖； 根據數據中心里交換機的集合、隨機正則圖中交換機之間鏈路的集合，獲得交換機之 間的拓撲無向圖； 根據交換機之間的拓撲無向圖，獲得表示一個交換機是否是一個支配交換機的二元向 量、表示一個交換機是否覆蓋另一個交換機的二元向量、表示從一個交換機到另一個交換 機的傳播時延的時延矩陣、表示一秒內從一個交換機發(fā)往另一個交換機的平均流的數量的 流量矩陣、每個交換機每秒能處理的流的最大數量、從一個交換機到支配交換機允許的傳 播時延； 根據表示一個交換機是否是一個支配交換機的二元向量、表示一個交換機是否覆蓋另 一個交換機的二元向量、表示從一個交換機到另一個交換機的傳播時延的時延矩陣、表示 一秒內從一個交換機發(fā)往另一個交換機的平均流的數量的流量矩陣、每個交換機每秒能處 理的流的最大數量、從一個交換機到支配交換機允許的傳播時延，獲得最小覆蓋的限制條 件。
6. 根據權利要求5所述的一種基于軟件定義數據中心網絡的控制器的最小容錯覆蓋 部署方法，其特征在于，所述計算出最小覆蓋的控制器集合包括： 得到每個交換機的鄰居交換機； 按照寬度優(yōu)先搜索的方式依次檢查每個交換機，如果一個交換機還沒有被任何控制器 控制，它被選作一個支配交換機，與一個控制器直接相連； 對所述支配交換機進行判定，如果所述支配交換機覆蓋的交換機的數量超過了控制器 的能力，則終止對所述支配交換機的搜索，繼續(xù)檢索下一個交換機； 選擇所述支配交換機的一個鄰居交換機，并對所述支配交換機進行判定，如果所述支 配交換機的鄰居交換機到所述支配交換機的時延超出了時延所允許的跳數，則跳過所述鄰 居交換機，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換機；否則，所述支配交換機覆蓋所述鄰居交換機，并且 所述支配交換機的控制器能力將減少1，繼續(xù)檢索下一個鄰居交換機，直到鄰居交換機都被 檢測。
【文檔編號】H04L12/24GK104410528SQ201410746586
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權日:2014年12月9日
【發(fā)明者】郭得科, 謝俊杰, 羅來龍, 史良, 陳濤, 周曉磊 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學