本發(fā)明屬于通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)控制器部署方法。

背景技術(shù)：

軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Networks，SDN)是由美國(guó)斯坦福大學(xué)提出，以O(shè)penFlow為基礎(chǔ)的新型創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。SDN的典型架構(gòu)共分三層，最上層為應(yīng)用層，包括各種不同的業(yè)務(wù)和應(yīng)用；中間層為控制層，主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備資源的編排，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)信息等；最底層為數(shù)據(jù)層，主要負(fù)責(zé)基于流表的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)收集。SDN主要特性為控制平面與數(shù)據(jù)平面分離、集中式網(wǎng)絡(luò)控制、在控制層與數(shù)據(jù)層設(shè)備之間開放網(wǎng)絡(luò)接口、網(wǎng)絡(luò)可由外部程序編程。由于控制層與數(shù)據(jù)層的分離，使得快速開通及配置網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)變成可能。在SDN架構(gòu)中，智能化的SDN控制器能夠獲取網(wǎng)絡(luò)的全局視圖，并且能夠控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。

然而，SDN集中式控制也帶來(lái)了SDN網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性問題。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大，SDN網(wǎng)絡(luò)僅依靠單控制器多線程處理方式，將很難保證網(wǎng)絡(luò)QoS，且單控制器存在單點(diǎn)失效等問題，從網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、安全性等方面綜合考慮，多控制器部署成為當(dāng)前解決SDN網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性的主流方法。研究表明多控制器在網(wǎng)絡(luò)中部署的位置、數(shù)量都將對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能造成很大影響，因此SDN網(wǎng)絡(luò)控制器部署問題成為當(dāng)前SDN研究重點(diǎn)之一。

文獻(xiàn)[Adlen Ksentini,Miloud Bagaa,Tarik Taleb,Ilangko Balasingham.On using bargaining game for optimal placement of SDN controllers.2016IEEE International Conference on Communications(ICC)]提出一種聯(lián)合考慮控制器與控制器之間時(shí)延和控制器與交換機(jī)之間時(shí)延的控制器位置選擇方法，但該方法未考慮網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)實(shí)際業(yè)務(wù)差異性。文獻(xiàn)[Long Yao,Peilin Hong,Wen Zhang,Jianfei Li,Dan Ni.Controller placement and flow based dynamic management problem towards SDN.2015IEEE International Conference on Communication Workshop(ICCW)]提出一種基于SDN交換機(jī)節(jié)點(diǎn)權(quán)重的控制器部署方法，但作者僅通過交換機(jī)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械南乱惶従庸?jié)點(diǎn)數(shù)來(lái)建模交換機(jī)業(yè)務(wù)差異性，未綜合考慮多跳鏈路性能。文獻(xiàn)[Tracy Yingying Cheng,Mengqing Wang,Xiaohua Jia.QoS-guaranteed controller placement in SDN.2015IEEE Global Communications Conference(GLOBECOM)]提出一種以提高網(wǎng)絡(luò)QoS為目標(biāo)的控制器部署，但僅對(duì)控制器側(cè)時(shí)延進(jìn)行建模，未考慮交換機(jī)側(cè)時(shí)延以及鏈路開銷等因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)控制器部署方法，該方法能夠在綜合考慮控制器負(fù)載、交換機(jī)業(yè)務(wù)特性等限制條件下，優(yōu)化確定SDN控制器部署策略，從而實(shí)現(xiàn)控制器開銷最小化。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)控制器部署方法，該方法包括以下步驟：步驟1、建模候選控制器與交換機(jī)之間通信開銷；步驟2、建模候選控制器負(fù)載限制條件；步驟3、建模候選控制器節(jié)點(diǎn)度數(shù)限制條件；步驟4、建模交換機(jī)時(shí)延及速率限制條件，確定交換機(jī)候選控制器集合；步驟5、建模候選控制器與交換機(jī)關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)限制條件；步驟6、在滿足控制器及交換機(jī)限制條件下,基于控制器通信開銷最小化確定控制器部署策略。

進(jìn)一步，所述步驟1具體包括：

假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中所有交換機(jī)處可部署控制器，建模候選控制器與交換機(jī)之間通信開銷為所有候選控制器與所關(guān)聯(lián)交換機(jī)之間通信開銷總和，即其中，D_ij為第i個(gè)候選控制器與第j個(gè)交換機(jī)關(guān)聯(lián)時(shí)對(duì)應(yīng)的通信開銷，分別以C_i，V_j表示第i個(gè)候選控制器及第j個(gè)交換機(jī)，y_ij為C_i與V_j之間的關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)，y_ij＝1表示C_i與V_j關(guān)聯(lián)，否則，y_ij＝0，1≤i≤M,1≤j≤N，其中M、N分別為網(wǎng)絡(luò)中控制器及交換機(jī)的數(shù)目。

進(jìn)一步，所述D_ij定義為通信鏈路傳播時(shí)延，消息傳輸時(shí)延及請(qǐng)求消息排隊(duì)時(shí)延之和，即其中，表示C_i與V_j關(guān)聯(lián)時(shí)通信鏈路傳播時(shí)延，表示C_i與V_j之間的消息傳輸時(shí)延，表示V_j的請(qǐng)求消息在C_i處的排隊(duì)時(shí)延，若i＝j(luò)則

所述定義為其中，L_ij表示C_i與V_j之間的鏈路距離，v₀為電磁波傳播速度，為C_i與V_j之間的第h跳鏈路的距離，H_ij為C_i與V_j之間傳輸路徑的跳數(shù)；

所述定義為其中，λ_j表示V_j的請(qǐng)求消息到達(dá)速率，β表示交換機(jī)請(qǐng)求消息數(shù)據(jù)包大小，表示C_i與V_j之間的第h跳鏈路徑的傳輸速率；

將各候選控制器處理交換機(jī)消息過程建模成M/M/1排隊(duì)模型，且交換機(jī)請(qǐng)求消息到達(dá)服從泊松到達(dá)過程，定義為其中σ_i表示C_i處理請(qǐng)求消息的平均速率，S_i表示與C_i關(guān)聯(lián)的所有交換機(jī)的集合。

進(jìn)一步，在步驟2中，建模候選控制器負(fù)載限制條件為任意兩個(gè)控制器的負(fù)載差異低于給定門限值，即對(duì)于任意的控制器i，k，均有其中，ξ為控制器負(fù)載差異門限值。

進(jìn)一步，在步驟3中，建模候選控制器節(jié)點(diǎn)度數(shù)限制條件，具體地，令N_i為C_i的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目，所選擇控制器節(jié)點(diǎn)應(yīng)滿足一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于給定門限值即當(dāng)且僅當(dāng)C_i可為目標(biāo)控制器。

進(jìn)一步，在步驟4中，建模交換機(jī)傳輸時(shí)延及速率限制條件，具體為：若C_i與V_j關(guān)聯(lián)，則需滿足V_j傳輸時(shí)延限制條件其中為V_j可允許最大傳輸時(shí)延；還則需滿足V_j傳輸速率限制條件其中為V_j最低傳輸速率需求；根據(jù)傳輸時(shí)延及速率限定條件，可確定V_j的候選控制器集合

進(jìn)一步，在步驟5中，建模交換機(jī)與控制器關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)限制條件：①y_ij∈{0,1}；②③④⑤若則y_ij＝0。

進(jìn)一步，在步驟6中，在滿足控制器、交換機(jī)限制條件下，基于控制器通信開銷最小化確定控制器部署策略，即

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述方法可以在綜合考慮控制器負(fù)載、交換機(jī)業(yè)務(wù)特性等限制條件下，優(yōu)化確定SDN控制器部署策略，從而實(shí)現(xiàn)控制器開銷最小化。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明：

圖1為軟件網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、控制器場(chǎng)景示意圖；

圖2為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本發(fā)明所述的一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)控制器部署方法,假設(shè)分布式控制器采用扁平控制方式，所有控制器被放置在不相交的區(qū)域,分別管理各自的網(wǎng)絡(luò)。各控制器間的地位相等,并通過東西向接口進(jìn)行帶內(nèi)通信。以及控制器對(duì)SDN交換機(jī)設(shè)備請(qǐng)求消息的下發(fā)采用被動(dòng)模式。

圖1為軟件網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、控制器場(chǎng)景示意圖，通過策略將交換機(jī)關(guān)聯(lián)到不同控制器，在最最小化控制器通信開銷的情況下，實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的集中控制。

圖2為本發(fā)明所述方法的流程示意圖，如圖所示，本發(fā)明所述方法具體包括以下步驟：

1)建模候選控制器與交換機(jī)之間通信開銷：

建模候選控制器與交換機(jī)之間通信開銷為所有候選控制器與所關(guān)聯(lián)交換機(jī)之間通信開銷和其中，D_ij為第i個(gè)候選控制器與第j個(gè)交換機(jī)關(guān)聯(lián)時(shí)對(duì)應(yīng)的通信開銷，分別以C_i，V_j表示第i個(gè)候選控制器及第j個(gè)交換機(jī)，y_ij為C_i與V_j的關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)，y_ij＝1表示C_i與V_j關(guān)聯(lián)，否則，y_ij＝0，1≤i≤M,1≤j≤N，其中M、N分別為網(wǎng)絡(luò)中控制器及交換機(jī)的數(shù)目。

所述D_ij定義為通信鏈路傳播時(shí)延,消息傳輸時(shí)延及請(qǐng)求消息排隊(duì)時(shí)延之和，即其中，表示C_i與V_j關(guān)聯(lián)時(shí)通信鏈路傳播時(shí)延，表示C_i與V_j之間的消息傳輸時(shí)延，表示V_j的請(qǐng)求消息在C_i處的排隊(duì)時(shí)延。

所述定義為其中，L_ij表示C_i與V_j之間的鏈路距離，v₀為電磁波傳播速度；為C_i與V_j之間的第h跳鏈路的距離，H_ij為C_i與V_j之間傳輸路徑的跳數(shù)。所述定義為其中，λ_j表示V_j的請(qǐng)求消息到達(dá)速率，β表示交換機(jī)請(qǐng)求消息數(shù)據(jù)包大小，表示C_i與V_j之間的第h跳鏈路徑的傳輸速率。所述定義過程中，將各候選控制器處理交換機(jī)消息過程建模成M/M/1排隊(duì)模型，且交換機(jī)請(qǐng)求消息到達(dá)服從泊松到達(dá)過程，定義為其中σ_i表示C_i處理請(qǐng)求消息的平均速率，S_i表示與C_i關(guān)聯(lián)的所有交換機(jī)的集合。

2)建模候選控制器負(fù)載限制條件：

建模候選控制器負(fù)載限制條件為任意兩個(gè)控制器的負(fù)載差異低于給定門限值，即：對(duì)于任意的控制器i，k，都有其中，ξ為控制器負(fù)載差異門限值。該限制條件確保了SDN網(wǎng)絡(luò)中不同控制器間負(fù)載均衡。

3)建模候選控制器節(jié)點(diǎn)度數(shù)限制條件：

令N_i為C_i的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目，所選擇控制器節(jié)點(diǎn)應(yīng)滿足一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于給定門限值即當(dāng)且僅當(dāng)C_i可為目標(biāo)控制器。該限制條件可以一定程度上降低求解最優(yōu)部署策略問題的算法時(shí)間復(fù)雜度。

4)確定交換機(jī)候選控制器集合：

若C_i與V_j關(guān)聯(lián)，則需滿足V_j傳輸時(shí)延限制條件為其中為V_j可允許最大傳輸時(shí)延；若C_i與V_j關(guān)聯(lián)，則需滿足速率限制條件為其中為V_j最低傳輸速率需求。根據(jù)傳輸時(shí)延及速率限定條件，可確定V_j的候選控制器集合

5)建模候選控制器與交換機(jī)關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)限制條件：

①y_ij∈{0,1}；②③④⑤若則y_ij＝0，其中限制條件①表示關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)是屬于0或1的布爾變量；限制條件②表示一個(gè)SDN交換機(jī)只能與一個(gè)控制器關(guān)聯(lián)；限制條件③表示所有SDN交換機(jī)關(guān)聯(lián)的控制器數(shù)目和不能超過候選控制器個(gè)數(shù)；限制條件④表示網(wǎng)絡(luò)中所有的SDN交換機(jī)必須與控制器關(guān)聯(lián)；限制條件⑤表示網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)所關(guān)聯(lián)的控制器應(yīng)屬于各自候選控制器集合。

6)基于控制器通信開銷最小化確定控制器部署策略：

在滿足控制器、交換機(jī)限制條件下，基于控制器通信開銷最小化確定控制器部署策略，即,

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。