基于响应时间的SDN多控制器负载均衡方法技术

本发明专利技术公开一种基于响应时间的SDN多控制器负载均衡方法，包括SDN控制器响应时间计算模块、SDN控制器负载及响应权值计算模块、负载均衡判定与决策模块。本发明专利技术通过SDN控制器周期性更新其对交换机请求消息的平均响应时间来实时统计与度量自身及其所管理的交换机的实时负载信息，从而周期更新SDN控制器的响应权值；负载均衡判定与决策模块先根据权值情况来判断是否需要启动负载均衡；如果需要进行SDN控制器负载均衡，再根据统计的其他SDN控制器负载信息得出最佳的均衡策略。本发明专利技术实现了基于实时响应时间的SDN多控制器的负载计算和判断，并做出基于交换机迁移的SDN多控制器负载均衡决策。

【技术实现步骤摘要】
基于响应时间的SDN多控制器负载均衡方法
本专利技术涉及一种SDN负载均衡技术，具体涉及一种基于响应时间的SDN多控制器之间的负载均衡方法。
技术介绍
SDN(Software-DefineNetworking)，即软件定义网络，作为一种新型的网络架构，它可以通过设计网络功能软件的方式来解决日益庞大的网络的管理与配置问题。SDN属于集中式的管理方式，它通过集中式的控制器对网络交换机进行管理和路由计算，并通过下发流表项到交换机的方式来将路由计算的结果存储在交换机中流表中，以便相同路径的数据包请求可以直接查询匹配流表项转发而不需要再次给控制器发送请求。因此，SDN通过控制器软件控制层与交换机转发层的解耦，实现了控制层对转发层的集中式路由与管理。但是，随着网络的不断扩大，SDN中传统的单一控制器的管理模式并不能满足网络流量的需要。同时单一的控制器还容易出现单点故障问题，单一控制器的失效会网络瘫痪。SDN多控制器的出现可以较好地缓解这一问题，解决了单一控制器所带来的网络性能瓶颈问题。在SDN多控制器环境下，控制器同样可以管理不同数目的交换机。由于控制器和交换机之间仍然保持着静态匹配的关系，以及网络流量的分布不均和流量的突发性，会导致不同的SDN控制器之间的负载分布不均。这使得当一个或多个控制器过载而严重影响网络性能的同时，其他控制器处于空闲的未被充分利用的资源浪费状态，从而造成了网络的整体性能的下降。在OpenFlow协议1.3中，明确地指出了控制器对于交换机拥有三种不同的角色，master、equal和slave。这使得交换机与控制器之间可以用动态的匹配代替原有的静态关系，也使得SDN多控制器之间的负载均衡可以直接通过控制器对交换机管理角色的改变来实现，从而通过交换机的迁移实现了控制器之间负载的迁移。然而，交换机迁移的策略的不同，也会使得整体网络性能的提升效果有所不同。因此，SDN多控制器之间如何进行负载均衡仍是我们亟待解决的问题。然而，在调研到的SDN多控制器负载均衡方案中，大多数以单纯的OpenFlow消息数目作为控制器的负载判断依据，这样在单一的考虑负载情况可能不够准确，因为控制器对每一个OpenFlow消息的响应速度是不一样的；也有方案是用CPU、内存利用率的加权和来作为控制器负载权值的判断依据，这种情况下统计到的利用率可能会受到控制器中其他的功能模块的影响而不够准确，而且CPU、内存使用情况也波动频繁且不易直接获取。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于响应时间的SDN多控制器负载均衡方法。技术方案：本专利技术的一种基于响应时间的SDN多控制器负载均衡方法，在SDN控制器内部设置相应功能模块，包括SDN控制器响应时间计算模块、SDN控制器负载及响应权值计算模块、负载均衡判定与决策模块；具体包括以下步骤：(1)伴随着SDN控制器的正常运行，响应时间计算模块周期性的统计并计算得到SDN控制器对每一个OpenFlow请求消息的响应时间tresponse，同时对于该SDN控制管理的所有交换机，均统计各个交换机分别在该周期内收到的相应OpenFlow请求总数sk是指第i个SDN控制器ci所管理的第k个交换机；(2)由响应时间计算模块得到该SDN控制器针对每一个交换机在一个周期内的平均请求响应时间并由此得到该SDN控制器在一个周期内针对于所有交换机OpenFlow请求消息的平均响应时间(3)由负载及响应权值计算模块得到该周期内的交换机和SDN控制器的负载值和同时计算出该周期的SDN控制器负载权值(4)当满足条件时，收集其他SDN控制器负载权值，得到负载权值差异矩阵，并根据该矩阵进行判断是否需要启动负载均衡；如果需要启动，转到步骤(5)；(5)通过收集到的其他SDN控制器负载权值以及该SDN控制器所管理的交换机负载情况，进行控制器负载均衡策略的制定。进一步的，所述步骤(1)的具体过程为：对于第k个交换机sk而言，当管理它的第i个SDN控制器ci收到了该交换机sk发来的一个OpenFlow消息时，响应时间计算模块记录该OpenFlow请求消息的到达时间tarrive、以及控制器给予OpenFlow请求消息发送回复消息的时间treply；然后得到控制器针对该消息的回复时间tresponse：tresponse＝treply-tarrive最终收集一个周期T内，控制器ci收到交换机sk所发送的请求消息数目以及每一个OpenFlow请求消息的响应时间tresponse。进一步的，所述步骤(2)的具体过程为：(2.1)由步骤(1)中所计算出来的消息请求数以及每条消息的响应时间，计算出该控制器ci对于交换机sk在一个周期T内的平均请求响应时间：(2.2)通过当前周期T内控制器ci所管理的交换机集合中活跃交换机数目求得该周期T内控制器ci对所有交换机请求消息的平均响应时间进一步的，所述步骤(3)的具体过程为：(3.1)在该周期T内，计算控制器ci下的交换机sk的负载值：(3.2)然后，由该控制器ci下的每一个交换机的负载值情况，得到在该周期T内，该控制器ci的负载值：(3.3)最终通过上一周期的控制器ci的平均响应时间以及该周期的控制器ci的平均响应时间更新控制器ci的负载权值其中，公式左边的为当前周期的负载权值，即为新的负载权值，公式右边的为上一周期的负载权值；并且第一个周期时的负载权值，即初始值为：其中为第一个周期的平均响应时间。进一步的，所述步骤(4)的具体过程为：(4.1)判断该控制器ci的负载权值是否小于零；如果则该控制器有明显的响应时间增大，即该控制器可能会过载，此时需要收集其他所有控制器的负载权值，如第j个控制器cj的负载权值并计算任意两个控制器之间的权值差异：其中，j＝1,2,...,N，且j≠i；(4.2)由所有控制器之间的权值差异构成了N维的权值差异矩阵：(4.3)给定阈值σ(该阈值可以通过多次实验中测到的过载控制器与空闲控制器的负载权值差值的平均值来确定)，如果存在且满足同时则判定该控制器ci过载且需要启动负载均衡。进一步的，所述步骤(5)的具体方法为：(5.1)找出矩阵中所有的满足且满足同时的控制器配对，将所有满足条件的配对中的负数权值控制器加入集合OM_C中并对其从小到大排序，正数控制器集合加入集合IM_C中并对其由大到小排序；(5.2)找到该过载控制器ci的权值的排序位置n，即为OM_C集合中的第n小权值；(5.3)根据步骤(3)所得中所有交换机的负载中，选择最大负载的交换机sk；(5.4)将交换机sk上的所有负载从控制器ci迁移到IM_C集合中的第n个控制器cn上。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术是在SDN控制器内部进行相应的模块开发，从而控制器独立地根据自身的负载信息进行判定负载情况，进而收集其他控制器的负载信息和迁移决策的制定，因此本专利技术是分布式的SDN多控制器负载均衡方案。相比于大多数的集中式的负载均衡器的设计，本专利技术利用了分布式的处理有效地规避了集中式的单点故障和性能瓶颈问题，给SDN多控制器负载均衡的稳定性带来了保障。(2)本专利技术利用分布式负载均衡方法进行处理，当检测判断出控制器自身负载权值小于0后，才进行对其他控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于响应时间的SDN多控制器负载均衡方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)伴随着SDN控制器的正常运行，响应时间计算模块周期性的统计并计算得到SDN控制器对每一个OpenFlow请求消息的响应时间tresponse，同时对于该SDN控制管理的所有交换机，均统计各个交换机分别在该周期内收到的相应OpenFlow请求总数

【技术特征摘要】
1.一种基于响应时间的SDN多控制器负载均衡方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)伴随着SDN控制器的正常运行，响应时间计算模块周期性的统计并计算得到SDN控制器对每一个OpenFlow请求消息的响应时间tresponse，同时对于该SDN控制管理的所有交换机，均统计各个交换机分别在该周期内收到的相应OpenFlow请求总数sk是指第i个SDN控制器ci所管理的第k个交换机；(2)由响应时间计算模块得到该SDN控制器针对每一个交换机在一个周期内的平均请求响应时间并由此得到该SDN控制器在一个周期内针对于所有交换机OpenFlow请求消息的平均响应时间(3)由负载及响应权值计算模块得到该周期内的交换机和SDN控制器的负载值和同时计算出该周期的SDN控制器负载权值(4)当满足条件时，收集其他SDN控制器负载权值，得到负载权值差异矩阵，并根据该矩阵进行判断是否需要启动负载均衡；如果需要启动，转到步骤(5)；(5)通过收集到的其他SDN控制器负载权值以及该SDN控制器所管理的交换机负载情况，进行控制器负载均衡策略的制定。2.根据权利要求1所述的基于响应时间的SDN多控制器负载均衡方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体过程为：对于第k个交换机sk而言，当管理它的第i个SDN控制器ci收到了该交换机sk发来的一个OpenFlow消息时，响应时间计算模块记录该OpenFlow请求消息的到达时间tarrive、以及控制器给予OpenFlow请求消息发送回复消息的时间treply；然后得到控制器针对该消息的回复时间tresponse：tresponse＝treply-tarrive最终收集一个周期T内，控制器ci收到交换机sk所发送的请求消息数目fcisk，以及每一个OpenFlow请求消息的响应时间tresponse。3.根据权利要求1所述的基于响应时间的SDN多控制器负载均衡方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体过程为：(2.1)由步骤(1)中所计算出来的消息请求数以及每条消息的响应时间，计算出该控制器ci对于交换机sk在一个周期T内的平均请求响应时间：(2.2)通过当前周期T内控制器ci所管理的交换机集合中活跃交换机数目求得该周期T内控制器ci对所有交换机请求消息的平均响应时间4.根据权利要求1所述的基于响应时间的SDN多控制器负载均衡方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体过程为：(3.1)在该周期T内，计算控制器ci下的交换机sk的负载值：...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔杰，鲁庆河，仲红，许艳，石润华，陈志立，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34