軟件定義網(wǎng)絡多控制器負載分配關鍵技術研究.pdf

1、網(wǎng)絡的急劇膨脹和應用組合的不斷擴充，已逐漸使得垂直封閉的傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構難以追趕新業(yè)務的需求。軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Networking，SDN）作為一種控制面和數(shù)據(jù)面邏輯彼此分離的新型網(wǎng)絡架構，由于其可控性及靈活性的特點，正受到越來越多的關注。
　　SDN控制器是 SDN網(wǎng)絡中的控制大腦，其可伸縮性和可靠性對網(wǎng)絡服務性能和穩(wěn)定性起著決定作用。為了提升可伸縮性和可靠性，控制平面一般被實現(xiàn)為由多控制器集群構成的

2、分布式系統(tǒng)，來自數(shù)據(jù)平面交換機的請求負載因而被靜態(tài)地、不區(qū)分服務地分配給一個或多個控制器處理。然而，靜態(tài)的負載分配會導致服務請求的響應時間顯著增長且劇烈波動，這是因為負載的實時變動特性加上靜態(tài)的負載分配方式會導致控制器集群中產(chǎn)生一些熱點控制器。這些熱點控制器在處理交換機的請求負載時會產(chǎn)生非常長的時延，從而影響網(wǎng)絡整體的性能。而不區(qū)分服務的負載分配更是會造成服務質量的嚴重受損，因為不同類型的網(wǎng)絡服務在控制平面的處理時延差異明顯，需要多種級

3、別的服務性能保障。
　　因此，我們提出一種基于網(wǎng)絡服務性能保障的多控制器負載分配方法。在 SDN中為網(wǎng)絡服務提供實時的性能保障。首先，我們提出一種基于實時調度器（RT-Scheduler）的請求負載分配架構，該架構有助于構建各服務獨立且并行的控制平面。基于該架構，我們以降低網(wǎng)絡服務的處理時延為目標，考慮動態(tài)請求負載分配問題，并將原問題轉化為一個基于穩(wěn)定匹配和聯(lián)盟博弈的兩階段連續(xù)優(yōu)化問題。我們對提出方法的近似性以及復雜度展開理論分析

4、，證明了該方法可以在隨網(wǎng)絡規(guī)模線性增加的時間內(nèi)計算得到近似最優(yōu)解。
　　此外，我們還設計并實現(xiàn)了一種基于協(xié)調層的多控制器負載分配系統(tǒng) SDN-RT，由編排器、資源管理器和實時調度器（RT-Scheduler）三個組件構成。通過 SDN-RT，網(wǎng)絡管理者可以真實地、有效地實現(xiàn)基于網(wǎng)絡服務性能保障的多控制器負載分配。
　　最后，我們對提出的方法和系統(tǒng)進行了評價與分析。評價結果顯示我們提出的負載分配方法能夠快速計算出近似最優(yōu)解。和