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软件定义网络容错控制平面的最小覆盖布局方法

吴奇 陈鸿昶

吴奇, 陈鸿昶. 软件定义网络容错控制平面的最小覆盖布局方法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(12): 2849-2856. doi: 10.11999/JEIT190972
引用本文: 吴奇, 陈鸿昶. 软件定义网络容错控制平面的最小覆盖布局方法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(12): 2849-2856. doi: 10.11999/JEIT190972
Qi WU, Hongchang CHEN. Minimal Coverage Model for Fault-Tolerant Controller Placement in Software Defined Networks[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2020, 42(12): 2849-2856. doi: 10.11999/JEIT190972
Citation: Qi WU, Hongchang CHEN. Minimal Coverage Model for Fault-Tolerant Controller Placement in Software Defined Networks[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2020, 42(12): 2849-2856. doi: 10.11999/JEIT190972

软件定义网络容错控制平面的最小覆盖布局方法

doi: 10.11999/JEIT190972
基金项目: 国家重点研发计划(2018YFB0804004)
详细信息
    作者简介:

    吴奇:男,1991年生,博士生,研究方向为网络空间安全

    陈鸿昶:男,1964年生,教授,研究方向为网络空间安全、大数据分析

    通讯作者:

    吴奇 wqstudyy@126.com

  • 中图分类号: TN919; TP393

Minimal Coverage Model for Fault-Tolerant Controller Placement in Software Defined Networks

Funds: The National Key Research and Development Program of China (2018YFB0804004)
  • 摘要:

    容错控制平面通过将多个控制器部署在不同的网络设备上进而增强网络的可靠性,但是大量的控制器部署带来了巨大的布局成本,严重地限制了容错控制平面在实际网络中的部署与应用。为了解决上述问题,该文首先构造了容错控制平面的最小覆盖布局模型,然后设计了一种基于局部搜索策略的启发式控制器布局算法,避免搜索结果陷入局部最优解。在不同规模网络中的仿真结果表明,相对于其他算法,所提算法可以在保证网络容错需求的同时,降低网络中部署控制器的数量。

  • 图  1  容错控制平面的布局方式

    图  2  交换机计算分配顺序的影响

    图  3  控制器布局更新实例

    图  4  算法在不同规模网络中的需要部署的控制器数量

    图  5  3种网络中容错需求对算法性能的影响

    图  6  3种网络中控制器容量对算法性能的影响

    算法1 控制器布局搜索CAA
     输入:网络拓扑$G$,交换机集合$S$
     输出:控制器布局$P$
     步骤1 计算每一个交换机的CCG
     步骤2 利用式(13)计算交换机的分配顺序
     步骤3  While ($S$)
     步骤4   $s \leftarrow {\rm{order}}\left( S \right)$, $S \leftarrow S - \left\{ s \right\}$
     步骤5   随机选择1个${\rm{CCG}}$
     步骤6   $P \leftarrow {\rm{CCG}}$
     步骤7   ${\rm{Load}} \leftarrow {\rm{Load}}\left( P \right)$
     步骤8   利用式(11)更新交换机的分配顺序
     步骤9 End While
     步骤10 输出控制器布局$P$
    下载: 导出CSV
    算法2 基于局部搜索算法的控制器布局算法LSCPA
     输入:网络拓扑$G$,交换机集合$S$,最大迭代次数${l_{\max }}$
     输出:优化后的控制器布局$P*$
     步骤1  运行CAA得到控制器初始布局${P_{\rm{0}}}$
     步骤2  $l = 0$
     步骤3  While ($l \le {l_{\max } }$)
     步骤4   计算变异算子${\rm{wp}}$
     步骤5   ${P_{l + 1}}\mathop \leftarrow \limits^{} {\rm{Update}}\left( {{P_l}} \right)$
     步骤6   If (${\rm{Num}}\left( {{P_{l + 1}}} \right) < {\rm{Num}}\left( {{P_l}} \right)$)
     步骤7     $P* = {P_{l + 1}}$
     步骤8     $l = {\rm{0}}$
     步骤9     ${P_l} = P*$
     步骤10   else
     步骤11     $P* = {P_l}$
     步骤12     $l = l + 1$
     步骤13   End If
     步骤14  End While
     步骤15  输出控制器布局$P*$
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-09
  • 修回日期:  2020-05-27
  • 网络出版日期:  2020-06-22
  • 刊出日期:  2020-12-08

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