软件定义网络中鲁棒的有限控制器资源均衡部署方法技术

一种软件定义网络中鲁棒的有限控制器资源均衡部署方法，包括如下步骤：S100：将软件定义网络建模为一个无向网络图，进而构建整数线性规划模型，该模型通过优化配置最小代价的控制器资源，以满足任意移除α条链路的情境下保证交换机节点能访问到控制器的比例不低于给定的控制覆盖率β；S200：采用兼顾网络时延和负载均衡的鲁棒的启发式算法近似求解上述模型。该方法将软件定义网络有限控制器资源部署问题抽象化为一个图论问题，通过建立数学模型将该图论问题转化为整数线性规划问题，利用启发式近似算法对该问题进行求解的策略。

Robust resource balancing deployment method for finite controllers in software defined networks

【技术实现步骤摘要】
软件定义网络中鲁棒的有限控制器资源均衡部署方法
本公开属于网络
，特别涉及一种软件定义网络中鲁棒的有限控制器资源均衡部署方法。
技术介绍
软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，SDN)是一种新型网络架构，是一种实现网络虚拟化的实现方式，其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。在SDN网络中，数据转发与规则控制相分离，交换机将转发规则的控制权交由控制器负责，而它仅根据控制器下发的规则对数据包进行转发。为了避免交换机与控制器频繁交互，双方约定的规则是基于流而并非基于每个数据包的。SDN网络数据平面相关技术主要体现在交换机和转发规则上。控制器是控制平面的核心部件，也是整个SDN网络体系结构中的逻辑中心。随着SDN网络规模的扩展，单一控制器结构的SDN网络处理能力受限，遇到了性能瓶颈，因此需要对控制器进行扩展。目前存在两种控制器扩展方式：一种是提高自身控制器处理能力，另一种是采用多控制器方式。随着SDN网络的快速发展，人们的日常生活正在发生剧烈的变化，对各种网络系统安全可靠的运行的依赖越来越强烈，而这些网络服务在运行过程中经常受到自然灾害和人为事件的干扰和破坏，造成网络控制器服务生存性出现问题。因此，研究在网络受到破坏的情况下，提升SDN网络控制器服务的可生存性方法是非常具有挑战性的。
技术实现思路
为了解决上述问题，本公开提供了一种软件定义网络中鲁棒的有限控制器资源均衡部署方法，包括如下步骤：S100：将软件定义网络建模为一个无向网络图，进而构建整数线性规划模型，该模型通过优化配置最小代价的控制器资源，以满足任意移除α条链路的情境下保证交换机节点能访问到控制器的比例不低于给定的控制覆盖率β；S200：采用兼顾网络时延和负载均衡的鲁棒的启发式算法近似求解上述模型。通过上述技术方案，本方法能有效实现兼顾网络时延和负载均衡的软件定义网络控制器的最优部署，并能显著降低控制器优化部署问题的计算复杂性。在软件定义网络遭遇故障或攻击的情况下，有效提升了SDN网络控制器服务的可生存性。附图说明图1是本公开一个实施例中所提供的一种软件定义网络中鲁棒的有限控制器资源均衡部署方法的流程示意图；图2是本公开一个实施例中NFSNET网络图；图3是本公开一个实施例中NFSNET网络中各种算法作用下控制覆盖率变化比较图；图4是本公开一个实施例中NFSNET网络中各种算法作用下网络传输效率变化比较图；图5是本公开一个实施例中NFSNET网络中各种算法作用下控制器负载基尼系数变化比较图；图6是本公开一个实施例中USCarrier网络图；图7是本公开一个实施例中USCarrier网络中各种算法作用下控制覆盖率变化比较图；图8是本公开一个实施例中USCarrier网络中各种算法作用下网络传输效率变化比较图；图9是本公开一个实施例中USCarrier网络中各种算法作用下控制器负载基尼系数变化比较图；图10(a)是本公开一个实施例中SDN网络交换机分布图；图10(b)是本公开一个实施例中SDN网络控制器断边图；图10(c)是本公开一个实施例中SDN网络控制器部署示例。具体实施方式参见图1至图10(c)，在一个实施例中，其公开了一种软件定义网络中鲁棒的有限控制器资源均衡部署方法，包括如下步骤：S100：将软件定义网络建模为一个无向网络图，进而构建整数线性规划模型，该模型通过优化配置最小代价的控制器资源，以满足任意移除α条链路的情境下保证交换机节点能访问到控制器的比例不低于给定的控制覆盖率β；S200：采用兼顾网络时延和负载均衡的鲁棒的启发式算法近似求解上述模型。就该实施例而言，本方法就软件定义网络在链路失效情境下兼顾网络时延和负载均衡的鲁棒控制器优化部署问题提出了相应的启发式方法，不仅考虑了控制器个数少、时延小、负载均衡的目标，还考虑了面对链路失效的鲁棒性问题。其中的有限控制器资源指在考虑资源有限的情况下，控制器资源配置的数目越少越好。这在优化模型的目标函数中有体现。本方法在有限控制器的优化部署过程中，关注的是网络控制的连通性而不是网络连通性，主要原因是：在已被分割的SDN网络中要保证网络连通性有时是不可能的，但在不连通的网络割块中如果配置有所需的控制器资源，就可以保证控制器访问的连通性；改善控制器连通性比网络连通性所需的代价更小，可行性更高。为求解有限资源约束的SDN网络控制器资源优化部署问题，本方法构建了整型线性规划模型ILP(IntegerLinearProgramming)，为有效求解ILP问题模型，又提出了综合考虑SDN网络时延和负载均衡的SDN网络控制器优化部署RCP_LA(RobustControlPlacementforLinksAttack)启发式算法。该算法能显著降低直接求解ILP的计算复杂性，同时在兼顾网络时延的情况下实现控制器的负载均衡，有效提升了SDN网络控制器服务的可生存性。在另一个实施例中，将SDN网络建模为一个无向网络图G＝(V，L)，其中，V表示交换机(节点)集合，设共有n个节点，L表示连接交换机的链路(边)集合，m表示边的数目。C表示控制器节点集合，即放置控制器的交换机节点集合，V/C表示普通的交换机节点集合，可以得到V＝C∪V/C。x和y是两个(0-1)变量，x表示控制器是否部署在某个交换机上，xj＝1表示控制器部署在交换机j上，否则为0。yij表示交换机i是否可以访问到部署在交换机j上的控制器资源，如果是，则yij＝1，否则yij＝0。移除网络边的情景主要是针对以下两方面原因造成的：(1)随机事件导致的边失效；(2)人为恶意破坏导致的边失效。实际中一定数目的边失效会带来巨大损失，且长时间无法恢复，用于修复或重建费用高昂。所以，更关注最坏情况下移除边的情景(以下简称最坏情景)，其更符合实际情况，具有更重要研究价值。在网络图G中移除任意边的情景集合，记为Ｓ。其中，移除α条边的情境集合，记为且最坏情景记为sb(sb∈Sα)。在图理论中，介数中心性(betweeness)指标是网络结构研究中的重要测度，反映了节点和边的信息处理能力和信息传递速率。边介数中心性(link/edgebetweeness)定义为网络中任意节点对基于最短路径通过该边的所有路径的数目。本方法中，移除α条边的最坏情境(Worst-caseαlinksremoved)定义为，用表示最坏情境下移除α条边的集合，其中，中的每一条移除边，都是按照网络图中边介数中心性指标的降序排列顺序逐个移除得到的。就该实施例而言，在SDN网络中，控制器负责网络中的信息收集和操作处理，肩负着全网的控制管理工作，控制器与交换机之间的响应时间影响着SDN网络的性能。控制器响应时间由控制器负载以及控制器与交换机之间的距离共本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软件定义网络中鲁棒的有限控制器资源均衡部署方法，包括如下步骤：/nＳ100：将软件定义网络建模为一个无向网络图，进而构建整数线性规划模型，该模型通过优化配置最小代价的控制器资源，以满足任意移除α条链路的情境下保证交换机节点能访问到控制器的比例不低于给定的控制覆盖率β；/nＳ200：采用兼顾网络时延和负载均衡的鲁棒的启发式算法近似求解上述模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种软件定义网络中鲁棒的有限控制器资源均衡部署方法，包括如下步骤：
Ｓ100：将软件定义网络建模为一个无向网络图，进而构建整数线性规划模型，该模型通过优化配置最小代价的控制器资源，以满足任意移除α条链路的情境下保证交换机节点能访问到控制器的比例不低于给定的控制覆盖率β；
Ｓ200：采用兼顾网络时延和负载均衡的鲁棒的启发式算法近似求解上述模型。


2.根据权利要求1所述的方法，步骤S100的具体建模如下：优选的，目标函数：



约束条件：









其中：
V：表示软件定义网络中节点的集合；
n：表示软件定义网络中节点的数量；
Sα：表示移除α条边的所有情境集合；
Sα：表示移除α条边的情境，Ｓα∈Sα；
Ｓb：对应移除α条边的最坏情景，sb∈Ｓα；
fj：在节点j上放置控制器的代价；

在情景sb下，节点i连接到控制器j的时延；
β：表示给定软件定义网络的控制覆盖率；
xj：是一个0-1变量，xj＝1表示节点j被选择放置控制器资源，否则为0；

是一个0-1变量，表示节点i在情景sb中是否被控制器放置节点j覆盖，如果是，则否则


3.根据权利要求1所述的方法，所述步骤S200中的启发式算法具体包括：
S201：基于GN算法，通过添加子图规模检测进行软件定义网络的子图划分；
S202：基于所述子图，执行最小最优控制器节点位置优化部署。


4.根据权利要求3所述的方法，所述步骤S201进一步包括：
S2010：给定软件定义网络的网络图和控制覆盖率；
S2011：计算软件定...

【专利技术属性】
技术研发人员：李黎，张熙，张立臣，李鹏，王小明，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61