基于反向学习的多目标多控制器部署方法技术

本发明专利技术公开一种基于反向学习的多目标多控制器部署方法，主要解决现有技术所生成的SDN控制器预部署方案缺乏多样性、生成重复的SDN控制器部署方案和部署SDN控制器的网络节点带有一定的随机性的问题。本发明专利技术具体实现方案是：生成SDN控制器预部署方案集合；生成每个预部署方案的三目标函数；采用自适应操作更新当前预部署方案集合；检验当前预部署集合中每个部署方案的有效性，采用熵权法修正每个无效部署方案；输出最优SDN控制器部署方案集合。本发明专利技术能够更充分合理地利用网络资源，大幅降低网络的部署成本和传播时延，有效减少控制器的负载差异，提高网络的整体应用性能。提高网络的整体应用性能。提高网络的整体应用性能。

【技术实现步骤摘要】
基于反向学习的多目标多控制器部署方法


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及网络通信
中的一种基于反向学习的多目标多控制器部署方法。本专利技术可以用于在广域网中多个节点上部署软件定义网络SDN(Software Defined Network)控制器。

技术介绍

[0002]在广域网中，为了提高网络的灵活性和可扩展性，需要给选择的每个网络节点部署SDN控制器，每个SDN控制器相互通信，以此来承载全网交换机的信息交互。传统的广域网中往往在网络拓扑上部署单个SDN控制器，采用该单个SDN控制器管理全网交换机的数据转发和路由控制，而单个SDN控制器的处理能力难以满足用户进行数据转发的需求，因此采用多个SDN控制器对广域网进行协同管理和控制成为必然选择。在部署时，SDN控制器的数量和部署位置会影响广域网诸如成本、时延和负载差异等各方面性能。
[0003]黄梅根、袁雪、吴令令、孙培斯在其发表的论文“软件定义网络中基于时延和负载的多控制器部署策略研究”(电子与信息学报，2022，pages 288
‑
294)中提出了一种基于时延和负载的多控制器部署方法。该方法首先将网络拓扑划分为指定个数的子网，使用谱聚类算法对每个子网的网络节点进行分类，以时延总和最小为条件将网络节点划分为部署SDN控制器的节点与未部署SDN控制器的节点，根据最小距离原则将未部署SDN控制器的节点分配给距离最近的部署SDN控制器的节点进行控制；其次，加入离群点检测算法，若存在未被部署SDN控制器的节点所控制的节点，则采用就近原则对该节点进行重新分配，确保所有的节点都分配了相应的SDN控制器；最后加入负载均衡处理，调整过载SDN控制器控制的边缘节点的分配关系，保证子网总时延较低的情况下，SDN控制器不过载。该方法存在的不足之处是：采用谱聚类算法寻找每个子网的SDN控制器部署节点，忽略所选取的SDN控制器部署节点在网络拓扑中的位置，会导致所选取的SDN控制器部署节点之间的距离较远，而导致网络时延较大。
[0004]西安电子科技大学在其申请的专利文献“网络中基于进化感知的多目标控制器放置方法”(专利申请号202110284085.0，申请公布号CN113037425A)中公开了一种基于进化感知的多目标SDN控制器放置方法。该方法的具体步骤是，第一步：初始化网络拓扑信息和方法设置信息并对初始化信息进行预处理；第二步：采用聚类和均匀设计方法生成初始种群，用当前种群中的每个个体代表一个SDN控制器部署方案；第三步：迭代进化当前种群；第四步：对当前种群进行合法性检验，并对不合法个体进行修正；第五步：根据下一代种群计算得到近似最优SDN控制器放置方案集。该方法存在的不足之处是，采用聚类和均匀设计方法生成的SDN控制器预部署方案缺乏多样性，使得目标需求不同时，无法获得相应的SDN控制器预部署方案；迭代进化种群时，直接进行交叉变异操作，忽略了交叉变异的SDN控制器部署方案的差异性，而导致生成重复的SDN控制器部署方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于反向学习的多目标多控制器部署方法，用于解决采用谱聚类算法寻找的SDN控制器部署节点之间的距离较远，而导致网络时延较大，以及采用聚类和均匀设计方法生成的SDN控制器预部署方案缺乏多样性，而导致目标需求不同时，无法获得相应的SDN控制器预部署方案，以及进化时直接进行交叉变异操作而导致生成重复的SDN控制器部署方案的问题。
[0006]实现本专利技术目的的思路是，本专利技术利用网络节点的度中心性、介数中心性和接近中心性分别衡量网络节点在子网和网络拓扑中的位置，从而选择在子网以及网络拓扑中与其它网络节点距离均近的网络节点部署控制器，由此解决了现有技术忽略所选取的SDN控制器部署节点在网络拓扑中的位置，使得所选取的SDN控制器部署节点之间的距离较远，而导致网络时延较大的问题。本专利技术所生成SDN控制器预部署方案集合由预部署方案和与其对应的对偶预部署方案组成，预部署方案采用聚类算法获得SDN控制器的部署位置，对偶预部署方案中的SDN控制器的位置设置与预部署方案的SDN控制器位置互补(即两种预部署方案中的SDN控制器放置位置相反)，这样所生成的SDN控制器预部署方案集合多样性更加充分，由此解决现有技术所生成的SDN控制器预部署方案缺乏多样性，而导致的目标需求不同时，无法获得相应的SDN控制器预部署方案的问题。本专利技术利用自适应操作更新SDN控制器预部署方案集合，在交叉变异操作前先判断待交叉变异的控制器部署方案的差异，根据该差异自适应选择交叉或者变异操作，生成交叉变异后的控制器部署方案，由此解决了现有技术直接进行交叉变异操作，忽略了交叉变异的SDN控制器部署方案的差异性，而导致生成重复的SDN控制器部署方案的问题。
[0007]实现本专利技术目的的具体步骤如下：
[0008]步骤1，采用反向学习生成SDN控制器预部署方案集合：
[0009]步骤1.1，对待部署SDN控制器的网络拓扑中所有网络节点进行K
‑
means聚类，得到所有的聚类中心网络节点；利用聚类中心衡量准则，得到不同的聚类中心网络节点；对网络拓扑中的网络节点进行与预部署方案相同数量的聚类次数，得到与每个预部署方案对应的所有聚类中心网络节点，在每个预部署方案中的聚类中心网络节点上均部署一个SDN控制器，对其余的网络节点不部署SDN控制器，生成至少100个预部署方案；
[0010]步骤1.2，采用反向学习，生成与每个预部署方案互补的对偶部署方案，每个对偶部署方案中的SDN控制器的位置设置与预部署方案的SDN控制器位置相反；
[0011]步骤1.3，将所有的预部署方案和对偶部署方案组成预部署方案集合；
[0012]步骤2，生成每个预部署方案的三目标函数：
[0013][0014]其中，F
t
表示第t个SDN控制器部署方案的目标函数，m
t
表示第t个SDN控制器部署方案中控制器的总数，
·
表示相乘操作，c
t,y
表示第t个SDN控制器部署方案中第y个控制器的成本，max表示求最大值操作，w
t,i
表示第t个SDN控制器部署方案中距离第i个控制器最近的交换机的总数，min表示求最小值操作，w
t,j
表示第t个SDN控制器部署方案中距离第j个控制器最近的交换机的总数，β1和β2分别表示传播时延权重系数，β1+β2＝1，S
t,ab
表示第t个SDN控制器部署方案中第a个控制器与第b个交换机的最短距离，该最短距离采用Floyd算法计算
得到，v表示光速，S
t,ef
'表示第t个SDN控制器部署方案中第e个控制器与第f个控制器的最短距离，该最短距离采用Floyd算法计算得到，(
·
)
T
表示转置操作；
[0015]步骤3，采用自适应操作更新预部署方案集合：
[0016本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于反向学习的多目标多控制器部署方法，其特征在于，采用反向学习生成SDN控制器预部署方案集合，采用自适应操作更新当前SDN控制器部署方案集合，修正每个无效方案；该方法的步骤包括如下：步骤1，采用反向学习生成SDN控制器预部署方案集合：步骤1.1，对待部署SDN控制器的网络拓扑中所有网络节点进行K
‑
means聚类，得到所有的聚类中心网络节点；利用聚类中心衡量准则，得到不同的聚类中心网络节点；对网络拓扑中的网络节点进行与预部署方案相同数量的聚类次数，得到与每个预部署方案对应的所有聚类中心网络节点，在每个预部署方案中的聚类中心网络节点上均部署一个SDN控制器，对其余的网络节点不部署SDN控制器，生成至少100个预部署方案；步骤1.2，采用反向学习，生成与每个预部署方案互补的对偶部署方案，每个对偶部署方案中的SDN控制器的位置设置与预部署方案的SDN控制器位置相反；步骤1.3，将所有的预部署方案和对偶部署方案组成预部署方案集合；步骤2，生成每个预部署方案的三目标函数：其中，F
t
表示第t个SDN控制器部署方案的目标函数，m
t
表示第t个SDN控制器部署方案中控制器的总数，
·
表示相乘操作，c
t,y
表示第t个SDN控制器部署方案中第y个控制器的成本，max表示求最大值操作，w
t,i
表示第t个SDN控制器部署方案中距离第i个控制器最近的交换机的总数，min表示求最小值操作，w
t,j
表示第t个SDN控制器部署方案中距离第j个控制器最近的交换机的总数，β1和β2分别表示传播时延权重系数，β1+β2＝1，S
t,ab
表示第t个SDN控制器部署方案中第a个控制器与第b个交换机的最短距离，该最短距离采用Floyd算法计算得到，v表示光速，S
t,ef
'表示第t个SDN控制器部署方案中第e个控制器与第f个控制器的最短距离，该最短距离采用Floyd算法计算得到，(
·
)
T
表示转置操作；步骤3，采用自适应操作更新预部署方案集合：步骤3.1，从当前的预部署方案集合中随机选取两个未选过的预部署方案；步骤3.2，计算所选的两个预部署方案在目标空间的夹角差异；步骤3.3，若所选的两个预部署方案目标空间的夹角差异小于夹角差异阈值时，则对所选两个预部署方案进行交叉操作；步骤3.4，若所选的两个预部署方案目标空间的夹角差异大于或等于夹角差异阈值时，则对所选两个预部署方案进行变异操作；步骤3.5，判断交叉或者变异操作前后两个预部署方案集合的总数是否相等，若是，则利用NSGA II算法，用交叉或者变异操作后的预部署方案集合更新交叉或者变异操作前的预部署方案集合后执行步骤4，否则，执行步骤3.1；步骤4，判断更新后的预部署方案集合中是否存在未部署SDN控制器的方案，若是，则将所有的未放置SDN控制器的预部署方案判定为无效方案后执行步骤5，否则，执行步骤6；步骤5，修正每个无效方案：步骤5.1，计算网络拓扑中每个网络节点的权重值；步骤5.2，将网络拓扑中每个网络节点的权重值按照从大到小的顺序排序，在(0...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宇莹，徐展琦，陈婷婷，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：