[发明专利]基于纳什议价的SDN负载均衡方法、系统、设备及存储介质

说明书

本申请提供了一种基于纳什议价的SDN负载均衡方法、系统、设备及存储介质，该方法中首先将交换机迁移问题转变为网络映射关系重构问题，然后建立纳什议价博弈模型公平优化迁移代价和负载均衡度两个相互矛盾的目标，最后用改进的萤火虫算法对模型进行求解，本技术方案中将不同的目标视为不同的博弈方，设置初始策略和收益函数，各个博弈方在策略空间内不断议价协商，最后得到纳什均衡解。该解具有帕累托有效性、等价收益不变性和无关选择独立性。纳什采用纳什积代表全局收益，并证明了纳什积的最大解即为纳什均衡解，该解落在帕累托前沿，可实现多个目标的公平性以及全局最优性。

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，具体涉及一种基于纳什议价的SDN负载均衡方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)作为一种创新型网络体系架构，其核心技术OpenFlow将网络控制与承载相分离，实现了对分布式转发设备的灵活集中管控，为核心网络及应用的创建提供了良好的平台。随着网络需求的日益增加，大量的数据流量从交换机等转发设备发送到控制平面，传统的单控制器架构受到自身性能和容量的约束，在网络安全性、可靠性、健壮性等方面面临极大挑战。因此，业界提出在原有单控制器架构的基础上建立逻辑集中物理分布的多控制器架构。这种架构需要在控制平面部署多个控制器，并为每个控制器划分合适的子域，各控制器负责集中管理其域内的交换机，多个控制器之间相互协作，实现高效的网络管理。然而多控制器部署是一种静态的网络架构，交换机与控制器节点形成固定的网络拓扑，无法适应网络中流量的动态变化。若域内交换机的流量在某个时段骤增或骤减，引起控制器间的负载差异悬殊，就会使多控制器网络架构负载不均衡，造成高丢包率、高延迟、低吞吐量等网络性能下降的问题。

负载失衡问题严重影响整个网络的性能。因此，近年来，SDN多控制器负载均衡问题成为研究热点。目前的研究主要有两个方面：一是从过载控制器上选择一个合适的交换机迁移到轻载控制器实现负载均衡。虽然该方法减少了迁移次数，但容易造成负载振荡。二是多目标优化，但是无法公平权衡相互矛盾的目标和多目标智能优化算法无法得到最优解的缺点。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例致力于提供一种基于纳什议价的SDN负载均衡方法、系统、设备及存储介质，首先将交换机迁移问题转变为网络映射关系重构问题，然后建立纳什议价博弈模型公平优化迁移代价和负载均衡度两个相互矛盾的目标，最后用改进的萤火虫算法对模型进行求解，得到最优的网络重构状态。

本发明一方面的实施例提供一种基于纳什议价的SDN负载均衡方法，包括：获取原始的网络拓扑结构，建立连通性约束，生成交换机与控制器的重构网络映射矩阵；以重构网络映射矩阵作为策略空间，对纳什议价博弈模型中建立的目标函数进行求解；所述目标函数包括负载均衡度收益函数与迁移代价收益函数复合后形成的评价函数和多个约束条件；所述目标函数表示各个博弈方在策略空间内不断议价协商，其中，负载均衡度为一个博弈方；迁移代价为另一个博弈方；

对目标函数进行求解时采用改进后的萤火虫优化算法进行求解；计算帕累托最优解，得到纳什均衡解。

优选的，连通性约束，在设立时，包括以下参数中的任意一种或多种：待迁移交换机与目标控制器之间的最小跳数、数据传输速率、控制器容量、最大迭代次数。

在上述任意一项实施例中优选的，在构建的所述纳什议价博弈模型中，两个博弈方的收益函数复合形成的评价函数为max(LBD-a_LBD)(Cost-a_cost)其中，LBD为负载均衡度作为博弈方的收益函数，Cost为迁移代价作为博弈方的收益函数； a_LBD和a_Cost分别为负载均衡度和迁移代价的议价破裂点。

在上述任意一项实施例的基础上优选的，

所述负载均衡度的收益函数为：