[发明专利]基于预测的SDN负载均衡双重权重交换机迁移方法及系统

说明书

本发明公开一种基于预测的SDN负载均衡双重权重交换机迁移方法及系统，每个控制器上均运行有负载平衡模块，负载平衡模块包括流量收集组件、流量预测组件、负载通知组件、平衡决策组件和交换机迁移组件，流量收集组件实时监控控制器负载信息；流量预测组件预测未来的负载数据；负载通知组件通过负载通知法进行周期性的负载通知，平衡决策组件确定需要进行交换机迁移的控制器；交换机迁移组件防止多个交换机选择同一个目标控制器。本发明能快速平衡控制器的负载并能减少交换机的迁移次数，有效解决SDN环境中控制平面的负载均衡问题。

技术领域

本发明属于SDN负载均衡技术，具体涉及一种基于预测的SDN负载均衡双重权重交换机迁移方法及系统。

背景技术

传统IP网络有着广泛的应用，但它们异常复杂，难以管理。很难根据预定义的策略配置网络、工作以及重新配置网络以响应故障、负载和更改。软件定义网络体系结构(如图1)被认为是未来互联网最有前途的体系结构之一。它具有转发控制分离、集中管理和开放接口三大特点，对传统网络产生了重大影响。它是对传统网络架构的重构，在未来网络转型中扮演着重要角色。SDN更改当前网络的控制逻辑(控制平面)，以分离转发流量的底层路由器和交换机(数据平面)，从而打破垂直集成。此外，由于控制平面和数据平面的分离，网络交换机被视为简单的转发设备。控制逻辑在逻辑集中的控制器(或网络操作系统)中实现，从而简化策略执行和网络配置等操作。

由于网络的快速发展和网络规模的不断扩大，单一的集中式控制器已不能满足当前的网络状态，并导致潜在的可扩展性和可靠性问题。因此，一些研究者使用多控制器部署来避免这个瓶颈。然而，这些解决方案的一个关键限制是，当静态配置交换机和控制器之间的映射时，控制器很难解决控制器之间的负载问题。这种限制可能导致网络性能下降；因此，解决这一问题至关重要。在OpenFlow V1.3中，首次提出了从功能上解决控制器负载平衡和故障切换问题。SDN控制器有三个角色：主、相等和从。它们的角色可以随时更改，但只有处于主状态的控制器才能管理和配置交换机。它使动态交换机迁移成为平衡多个控制器之间负载的一种简单有效的方法。

在当前的方法中，主要存在两个问题，其一，过载控制器总是被定义为超过负载阈值的最大负载控制器，这种方法不能有效地保证控制器负载接近处理能力瓶颈的准确性。这总是导致频繁的交换机迁移，可能会中断正在进行的通信；其二，现有的方案主要是当控制器过载的时候被动触发交换机迁移操作，但是控制器过载的时候进行交换机迁移操作会大大的增加迁移时间，所以在交换机迁移是必要的前提下，越早的进行交换机迁移操作将能大大的降低迁移的时间。现有的方案都不能很好的解决这两个问题。

因此，如何提前感知控制器超过负载，并及时有效的进行交换机迁移，从而保证网络的正常使用，成为当下研究要解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于预测的SDN负载均衡双重权重交换机迁移方法及系统，能够解决SDN网络中控制器平面的负载均衡问题。

技术方案：本发明的一种基于预测的SDN负载均衡双重权重交换机迁移方法，依次包括以下步骤：

步骤(1)、SDN网络G中有控制器集合C＝{C₁，C₂,…，C_N}和交换机集合S＝{S₁,S₂,…，S_K}，N为控制器数量且这些控制器管理N个网络域，K为交换机数量；

在各控制器上运行流量收集组件，通过流量收集组件实时监控控制器负载信息，此处负载信息是指所有交换机发送Packet_IN消息到达控制器的到达率，记为流量收集矩阵TCM；

假设表示主控制器C_i管理的交换机集合，则且

假设W表示滑动窗口的大小，则流量收集矩阵TCM为M*W；