[发明专利]基于蝙蝠算法的SDN控制器部署方法

说明书

技术领域

本发明属于下一代网络控制与管理和软件定义网络领域，是一种新颖的用于对软件定义网络合理分区以及控制器部署算法。具体涉及到一种基于蝙蝠算法来保证时延最小和负载均衡的控制器部署算法。

背景技术

软件定义网络(software-defined network，SDN)将网络的控制器和交换机分离，通过一个集中的逻辑控制器提供规则来决定交换机的分组处理行为。为了涵盖可扩展性和弹性等特性，诸如HyperFlow这样的概念允许将OpenFlow[3]网络划分为多个域，每个域由各个控制器处理。SDN的这种机制为网络管理带来灵活性，并具有多种服务级别协议的新异构业务传输。

为了解决控制器布局问题，一些文献考虑了延迟、弹性、可靠性和负载均衡等指标。在这些指标中，延迟在SDN的性能中起关键作用，因为生成转发规则的动作被交付给控制器，不匹配的数据包将被缓冲或丢弃，直到相应的控制器安装相应的流条目。对SDN来说，控制器到交换机的传播延迟以及每个控制器负担的交换机数是影响SDN性能的关键点。因此，在SDN网络中，控制器的部署成为一个关键问题。但是经调查，大多数的拓扑结构只用了一个控制器来遵循实际的延迟约束。然而，由于一个控制器只能管理有限数量的路由器，所以在设计布局策略时必须同时考虑消息处理的时延以及控制器的负载。

文献[1]首次提出了控制器的部署问题SDN控制器放置问题，旨在最大限度地减少交换机和相关控制器之间的平均时延以及最大时延(传播)延迟。在文献[2]中，作者考虑了控制器的最大负载和延迟，但并不把控制器的负载平衡作为放置决策的因素。文献[3]从网络故障的角度确定了网络故障的角度，包括节点故障和链路故障，并在单链路故障下综合网络状态和控制器布置问题下对控制器布置问题进行建模。但网络中的故障可能性很少。文献[4]使用了粒子群算法来求解SDN的控制器部署问题，同时考虑了时延和最大负载。

蝙蝠算法[5]是一种新型群智能优化算法。它模拟自然界中蝙蝠的回声定位行为，利用脉冲响度和脉冲发射频率的适时改变来实现算法的全局搜索和局部搜索的自动切换，从而平衡了全局搜索和局部搜索对算法寻最优解的影响。本发明基于蝙蝠算法提出一种用于SDN的控制器部署算法，同时考虑最大负载最小化和时延两个因素。

[1]HELLER B,SHERWOOD R,MCKEOWN N.The controller placement problem[C]//Proceedings of the First Workshop on Hot Topics in Software Defined Networks.ACM,2012:7-12

[2]Yao G,Bi J,Li Y,et al.On the Capacitated Controller Placement Problem in Software Defined Networks[J].Communications Letters IEEE,2014,18(8):1339-1342.

[3]Guo S,Yang S,Li Q,et al.Towards Controller Placement for robust Software-Defined Networks[C]//IEEE,International PERFORMANCE Computing and Communications Conference.IEEE Computer Society,2015:1-8.

[4]GAO C,WANG H,ZHU F,et al.A particle swarm optimization algorithm for controller placement problem in software defined network[C]//International Conference on Algorithms and Architectures for Parallel Processing.Springer International Publishing,2015:44-54

[5]BYang X S.A New Metaheuristic Bat-Inspired Algorithm[J].Computer Knowledge&Technology,2010,284:65-74.

发明内容