【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及软件定义网络领域，具体涉及的是一种基于协同决策的高效交换机迁移方案。
技术介绍
1、软件定义网络被认为是未来互联网中最有前途的开发模式之一，因为它具有可编程性和集中式管理等优点，它将网络的转发和控制功能分离。sdn控制平面通常采用分布式架构部署多个控制器管理网络域如图1所示。控制平面主要负责生成流规则，并下发给数据平面的交换机，进而指导交换机的数据包转发行为。当交换机收到数据包后，首先会解析其首部信息，提取出匹配字段，进而查找流表，寻找该数据包能匹配到的规则，如果该数据包能正确匹配上某条规则时，则交换机按照这条规则处理该数据包，若不能找到，则交换机需要使用openflow协议中的packet-in消息请求控制器，当控制器接收到packet-in消息后，它会根据全局的网络视图来决定如何处理该数据包，并向交换机发送flow-mod消息，并安装流表项，然后交换机根据此流表项对该数据包进行处理。
2、网络流量在白天容易达到峰值，但在晚上流量会较少。此外，流量还具有突发性，当流量在短时间内激增时，过多来自交换机的packet-in消息会导致控制器的响应时间过长。流量的突发性和不确定性很容易导致各个控制器之间的负载不均衡。控制器在过载状态下长时间工作容易引发故障，导致网络瘫痪。同时，在控制平面整体资源利用率低时，可将控制器负载进行合并后休眠控制器以节省能源消耗。通过动态地进行交换机迁移，从过载控制器中迁移出部分交换机以缩短控制器的响应时间，在控制平面整体资源利用率低的情况下休眠部分控制器，以提高控制平面的资源利用率
3、方案一利用深度学习的方法，基于控制器的历史负载数据来预测未来的负载数据，预知控制器发生过载的时间，从而可以提前进行交换机迁移操作。首先，根据交换机的当前负载流量和未来预测流量在过载控制器中选择需要迁移的交换机集合，迁移完成之后过载控制器的阈值能降低至过载阈值以下。对于所选迁移交换机集合中的每个交换机，一个或多个从属控制器可以接受它，但需满足选取迁移的交换机的负载小于目标控制器剩余处理能力的10％。
4、方案二提出了一种基于分布式决策的控制器负载均衡机制，并分为三个阶段进行实施。周期性的收集网络负载信息，在控制器出现过载状况时，综合其相邻控制器的负载状况构建分布式迁移决策域，迁移决策域是是指过载控制器联合所有处于非过载状态的邻居控制器构成的控制器集合。然后，具有高请求速率且距离过载控制器最远的交换机作为要迁移的交换机，综合数据收集、交换机迁移和状态同步三种代价选择目标控制器。最后建立迁移时钟模型，完成交换机迁移和控制器的角色转换。
5、但上述已有的交换机迁移方案分别存在如下缺点：
6、【方案一】根据预测得到的控制器的负载来选取要迁移的交换机集合，所选的交换机集合能让过载控制器负载值降低到过载阈值以下，并根据控制器的剩余处理能力选择单个目标控制器作为迁移对象。然而，但控制器平均负载水平较高时，该方法可能会导致迁移完成之后控制平面的负载差异度较大。
7、【方案二】周期性的收集网络负载信息，迁出具有高请求速率且距离过载控制器最远的交换机，并综合数据收集、交换机迁移和控制器状态同步三种代价选择目标控制器。在控制器平均负载值过高的情况下，迁移出具有高请求速率的交换机可能会导致频繁的交换机迁移，导致迁移效果不理想。
8、基于以上，本专利技术提供一种基于协同决策的交换机迁移方案。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是，在分布式多控制器部署场景下，设计一种高效的交换机迁移方法，在控制器出现过载状况或需要休眠时执行交换机迁移，以实现绿色高效的控制平面。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于协同决策的交换机迁移方案，采用以下技术方案：设计一种基于协同决策的交换机迁移算法，在控制器出现过载状况或需要休眠时，控制器之间共同协商制定交换机迁移策略。
3、所述交换机迁移算法思想如下：
4、在同一网络域中，所有控制器通过东西向接口协议共享自身掌握的实时网络状态信息，进而建立全局网络视图。当控制器出现过载或需要休眠时，在全面感知网络运行状态的基础上，控制器共同协商制定交换机迁移策略，在保证控制器负载量适当的前提下，尽可能提高控制平面的响应速度、负载均衡度和总体运行效率，以实现健壮、高效、绿色的控制平面。交换机迁移针对不同场景具体如下：
5、控制器过载场景下的交换机迁移过程如图2所示。在该场景中，控制器之间的负载差异显著，过载控制器因负载过重导致其管理的交换机得不到快速响应，应当及时将其部分负载迁移至轻载控制器上。首先，过载控制器将其过载状态告知给附近的控制器，发送交换机迁移请求。附近的控制器根据自身负载水平选择接受或拒绝该请求，接受请求的所有附近的控制器将构成协同决策域。随后，决策域中的每个控制器根据自身负载量找出可接收的距离最近的交换机，形成控制器交换机候选迁移对，进而构建整个决策域的控制器交换机对的候选迁移对集合。反复在候选迁移集合当中选出距离最近的候选迁移对，并执行交换机迁移，再更新候选迁移对集合，直至过载控制器不再过载或候选迁移对集合为空。
6、控制器休眠场景下的交换机迁移过程如图3所示。在该场景中，大部分控制器的负载较轻，控制平面的平均负载水平不高，计算存储资源未能得到充分利用。此时，可以休眠部分控制器，以减少控制平面的能耗。首先，轻载控制器向附近的控制器发送交换机迁移请求。附近的控制器根据自身负载水平选择接收或拒绝该请求，接受请求的所有控制器将构成协同决策域。随后，轻载控制器根据域中其它控制器的可接收能力，为其管辖的每个交换机找出距离最近的可接收控制器，形成交换机控制器候选迁移对，进而构建交换机控制器对的候选迁移集合。每次在候选迁移集合中选出距离最近的交换机控制器对，并执行交换机迁移，再更新候选迁移集合，直至轻载控制器管辖的所有交换机全部迁移完毕为止。
7、本专利技术与现有技术相比，具备以下有益效果：
8、1、本专利技术提出了基于协同决策的交换机迁移方案，根据控制器的可承受的最大负载量和其它控制器的平均负载水平计算其可接收负载量，使交换机迁移完成后所有控制器的负载水平相对均衡，提高了控制平面的负载均衡程度。
9、2、本专利技术在交换机迁移方案的制定时重点考虑目标控制器与迁出交换机之间的距离，尽可能减少交换机迁移后的流安装时延，有效提高了网络数据传输效率。
10、3、本专利技术相比现有技术的方案一，针对方案一存在的缺陷，通过控制器之间共同协商制定交换机迁移方案，将源控制器中的若干个交换机迁移至若干个目标控制器中，有效地降低了控制平面的负载失衡度。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于协同决策的SDN交换机迁移方案，该方案在某个控制器负载水平过高或较低时，附近可接收负载的控制器构成协同决策域，根据每个控制器适合接收的负载量及其与迁出控制器管辖的所有交换机之间的距离，分步骤共同协商选择控制器交换机迁移对。依次选取控制器能接收且距离近的交换机进行迁移，直至过载控制器不再过载或休眠控制器管辖的所有交换机全部迁移完毕为止。
2.根据权利要求1所述的一种基于协同决策的SDN交换机迁移方案，其特征在于，所述基于协同决策的交换机迁移算法，其思想如下：在同一网络域中，所有控制器通过东西向接口协议共享自身掌握的实时网络状态信息，进而建立全局网络视图。在全面感知网络运行状态的基础上，控制器共同协商制定交换机迁移策略。
3.根据权利要求1和2所述的一种基于协同决策的SDN交换机迁移算法，具体包括以下操作：
4.根据权利要求3所述的基于协同决策的SDN交换机迁移算法，其特征在于，所述构建协同决策域操作，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的构建协同决策域操作，其特征在于，所述控制器计算可接收负载量操作，其设计思想如下：
6.根据权利要求3所述的基于协同决策的SDN交换机迁移算法，其特征在于，所述制定交换机迁移方案操作，具体包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制定交换机迁移方案操作，其特征在于，所述生成候选迁移对操作，具体包括以下步骤：
8.根据权利要求3所述的基于协同决策的SDN交换机迁移算法，其特征在于，所述更新候选迁移集合操作，具体包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的更新候选迁移集合操作，其特征在于，所述更新候选迁移对操作，具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于协同决策的sdn交换机迁移方案，该方案在某个控制器负载水平过高或较低时，附近可接收负载的控制器构成协同决策域，根据每个控制器适合接收的负载量及其与迁出控制器管辖的所有交换机之间的距离，分步骤共同协商选择控制器交换机迁移对。依次选取控制器能接收且距离近的交换机进行迁移，直至过载控制器不再过载或休眠控制器管辖的所有交换机全部迁移完毕为止。
2.根据权利要求1所述的一种基于协同决策的sdn交换机迁移方案，其特征在于，所述基于协同决策的交换机迁移算法，其思想如下：在同一网络域中，所有控制器通过东西向接口协议共享自身掌握的实时网络状态信息，进而建立全局网络视图。在全面感知网络运行状态的基础上，控制器共同协商制定交换机迁移策略。
3.根据权利要求1和2所述的一种基于协同决策的sdn交换机迁移算法，具体包括以下操...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊兵，许帅，夏红芳，夏卓群，汤强，胡晋彬，李妍，阮昌，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：
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