CN104065590A - 一种软件定义网络的控制器放置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种软件定义网络的控制器放置方法。首先，使用图论中图的极大匹配概念对网络拓扑G进行粗化，G粗化成G1，G1粗化成G2，G2粗化成G3，以此类推，Gm-1粗化成Gm，直到Gm的顶点数|Vm|小于c*k，c一般取15；其次，对所述步骤S1网络拓扑G粗化后得到的最终粗化网络Gm进行划分；最后，将网络拓扑G被划分k个区域后，进行控制器的放置，其中，所述k个区域即交换机的划分区域。本发明的控制器放置方法实现了多个控制器对一个网络拓扑结构的控制，可以避免单一控制器控制网络时的局限性，同时也能够减少SDN网络中流建立的时间消耗，并且当网络中产生大量流的时候，多控制器也能从容的处理好每条流。

Description

一种软件定义网络的控制器放置方法
技术领域
本发明涉及软件定义网络中拓扑结构划分，特别是一种软件定义网络的控制器放置方法。
背景技术
SDN（Software Defined Network，软件定义网络）是一种新兴的基于软件的网络架构及技术，其最大的特点在于具有松耦合的控制平面与数据平面，支持集中化的网络状态控制、实现底层网络设施对上层应用的透明。它具有灵活的软件编程能力，使得网络的自动化管理和控制能力获得了空前的提升，能够有效地解决当前网络系统所面临的资源规模扩展受限、组网灵活性差、难以快速满足业务需求等问题。
SDN具有三大基本特征：
1.集中控制：逻辑上集中的控制能够支持获得网络资源的全局信息并根据业务需求进行资源的全局调配和优化，例如流量工程、负载均衡等。
2.开放接口：通过开放接口的南向和北向接口，能够实现应用和网络的无缝集成，使得应用能告知网络能如何运行才能更好地满足应用的需求，比如业务的带宽、时延需求，计费对路由的影响等。
3.网络虚拟化：通过南向接口的统一和开放，屏蔽了底层物理转发设备的差异，实现了底层网络对上层应用的透明化。
简而言之，SDN支持控制平面与转发平面的分离，使得对网络设备的集中控制成为可能。以OpenFlow为代表的南向接口的提出使得底层的转发设备可以被统一控制和管理，而其具体的物理实现将被透明化，从而实现设备的虚拟化。多种多样的开放接口，将推动网络能力被便捷地使用，支持网络业务的创新。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软件定义网络的控制器放置方法，以此来实现降低流表建立时间和增强网络处理大流量的能力。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种软件定义网络的控制器放置方法包括如下步骤，
步骤S1：使用图论中图匹配概念对网络拓扑G进行粗化，G粗化成G1， G1粗化成G2，G2粗化成G3，以此类推，Gm-1粗化成Gm，直到Gm的顶点数|Vm|小于c*k; 其中c为阈值，k表示网络拓扑结构需要被划分成的区域的个数；
步骤S2：对上述步骤S1网络拓扑结构被最终粗化成Gm后，把Gm划分成k等份，并将Gm还原成G；
步骤S3：根据步骤S1及步骤S2的划分结果，一个网络拓扑结构被划分成了k个区域，对每个区域使用贪心策略进行控制器的放置。
在本发明实施例中，所述阈值c的取值为15。
在本发明实施例中，步骤S1所述的粗化过程是指：对于Gi到Gi+1，由于|Vi|>|Vi+1|，粗化的过程就是合并Gi中的若干对顶点，由此得到Gi+1。合并顶点的方式为：当任一两条边有公共顶点时，合并这两个顶点，如果没有公共顶点，则把这个顶点继续传到Gi+1中。
在本发明实施例中，在所述步骤S1中，所述图论中，图的匹配是指边的一个集合，其中任一两条边都没有共同的顶点；图的极大匹配指的是无法再添加一条边到所述边的集合中且满足任一两条边都没有共同的顶点。
在本发明实施例中，在所述步骤S1中使用图论中图的极大匹配概念对网络拓扑G进行粗化过程，即当找到一个图的极大匹配时，将图的极大匹配中的每一条边的两个点合为一个点，将新的点的权重设为原来两个点的权重之和，其中权重指的是交换机处理的流的数量。
在本发明实施例中，所述将图的极大匹配中的每一条边的两个点合为一个点的合并操作，能够保证粗化后的网络拓扑与原始网络拓扑具有相同的属性，在对粗化后的网络拓扑G的划分，保证原始网络拓扑具有相同效果的划分结果。
在本发明实施例中，在所述步骤S2中每个区域的负载指的是，掌控这个区域的控制器要处理的流数量的总和。
在本发明实施例中，在所述步骤S2中Pm可以用一个数组表示，数组的长度为Gm的顶点数，数组中元素的取值范围为1—k，表示顶点所处的区域。
在本发明实施例中，在细化过程中，判定一个网络拓扑结构划分的好坏标准为每个区域的负载相对均衡，割边总权重达到最小的状态。接着需要把Gm逐步还原为初始的网络拓扑结构G。对G1，G2，G3，…，Gm-1都有着对应的P1，P2，P3，…，Pm-1来记录局部最小划分。由Gm恢复成Gm-1过程中，分开的顶点（交换机）有更大的自由可以选择它们各自的区域，一般而言，此时的Pm-1就不再是Gm-1的最小划分，这个时候需要对Pm-1进行优化达到最小局部划分。具体的，在所述步骤S2中，细化过程指的就是针对每个Pi（i=1,2,3…m），对Pi进行调整，使其达到最小局部划分的过程。细化的具体过程为：由Gm恢复到Gm-1时，假设顶点a所处的区域为1，如果顶点a为区域1的内部顶点，则不对a进行处理；如果a为边界顶点，则此时计算区域1的负载，接着假设将a划分到与区域1相邻且a是其公共顶点的区域，分别计算它们的负载，选择负载最小的那个区域并将a划分到该区域中，对Gm-1中的顶点进行迭代操作，直至所有的点都遍历过停止。
在本发明实施例中，在所述步骤S3中，所述控制器的放置方法为：遍历所述N个区域的每个区域内的每个顶点，求出每个顶点的网络通信总量值，而后，选取网络通信总量值最少的顶点作为放置控制器的位置；其中，网络通信总量值指的是网络拓扑中各个交换机之间数据交互的流量值的总和。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方法根据图论中图的极大匹配概念来划分网络拓扑结构，在划分完网络拓扑结构之后，在每个分区中寻找一个交换机与SDN控制器直连，以实现多个控制器对一个网络拓扑结构的控制，通过这种控制器放置方法，可以避免单一控制器控制网络时的局限性，同时也能够减少SDN网络中流建立的时间消耗，并且当网络中产生大量流的时候，多控制器也能从容的处理好每条流。
附图说明
图1是本发明网络拓扑G划分算法结构示意图。
图2是控制器放置的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明一种软件定义网络的控制器放置方法包括如下步骤，
步骤S1：使用图论中图匹配概念对网络拓扑G进行粗化，G粗化成G1， G1粗化成G2，G2粗化成G3，以此类推，Gm-1粗化成Gm，直到Gm的顶点数|Vm|小于c*k。较佳的，所述阈值c的取值为15；
所述图论中，图的匹配是指边的一个集合，其中任一两条边都没有共同的顶点；图的极大匹配指的是无法再添加一条边到所述边的集合中且满足任一两条边都没有共同的顶点；
在所述步骤S1中使用图论中图的极大匹配概念对网络拓扑G进行粗化过程，即当找到一个图的极大匹配时，将图的极大匹配中的每一条边的两个点合为一个点，将新的点的权重设为原来两个点的权重之和，其中权重指的是交换机处理的流的数量；
所述将图的极大匹配中的每一条边的两个点合为一个点的合并操作，能够保证粗化后的网络拓扑与原始网络拓扑具有相同的属性，在对粗化后的网络拓扑G的划分，保证原始网络拓扑具有相同效果的划分结果；
步骤S2：对所述步骤S1网络拓扑G粗化后所获得的G1，G2，G3，…，Gm进行细化操作。
在所述步骤S2中， 细化过程指的就是针对每个Pi（i=1,2,3…m），对Pi进行调整，使其达到最小局部划分的过程。细化的具体过程为：由Gm恢复到Gm-1时，假设顶点a所处的区域为1，如果顶点a为区域1的内部顶点，则不对a进行处理；如果a为边界顶点，则此时计算区域1的负载，接着假设将a划分到与区域1相邻且a是其公共顶点的区域，分别计算它们的负载，选择负载最小的那个区域并将a划分到该区域中，对Gm-1中的顶点进行迭代操作，直至所有的点都遍历过停止。
步骤S3：根据步骤S1及步骤S2的划分结果， 一个网络拓扑结构被划分成了k个区域，对每个区域使用贪心策略进行控制器的放置。
如图2所示，所述控制器的放置方法为：遍历所述k个区域的每个区域内的每个顶点，求出每个顶点的网络通信总量值，而后，选取网络通信总量值最少的顶点作为放置控制器的位置；其中，网络通信总量值指的是网络拓扑中各个交换机之间数据交互的流量值的总和。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种软件定义网络的控制器放置方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤S1：使用图论中图匹配概念对网络拓扑G进行粗化，G粗化成G1， G1粗化成G2，G2粗化成G3，以此类推，Gm-1粗化成Gm，直到Gm的顶点数|Vm|小于c*k，其中c为阈值，K表示网络拓扑结构需要被划分成的区域的个数；
步骤S2：对上述步骤S1网络拓扑结构被最终粗化成Gm后，把Gm划分成k等份，并将Gm还原成G；
步骤S3：根据步骤S1及步骤S2的划分结果，一个网络拓扑结构被划分成了k个区域，对每个区域使用贪心策略进行控制器的放置。
2.根据权利要求1所述的一种软件定义网络的控制器放置方法，其特征在于：所述阈值c的取值为15。
3.根据权利要求1中一种软件定义网络的控制器放置方法，其特征在于：所述的粗化过程是指：对于Gi到Gi+1，由于|Vi|>|Vi+1|，粗化的过程就是合并Gi中的一些顶点，由此得到Gi+1；合并顶点的方式为：当任一两条边有公共顶点时，合并这两个顶点，如果没有公共顶点，则把这个顶点继续传到Gi+1中，其中i=1,2,3…m。
4.根据权利要求1所述的一种软件定义网络的控制器放置方法，其特征在于：在所述步骤S1中，所述图论中，图的匹配是指边的一个集合，其中任一两条边都没有共同的顶点；图的极大匹配指的是无法再添加一条边到所述边的集合中且满足任一两条边都没有共同的顶点。
5.根据权利要求1或4所述的一种软件定义网络的控制器放置方法，其特征在于：在所述步骤S1中使用图论中图的极大匹配概念对网络拓扑G进行粗化过程，即当找到一个图的极大匹配时，将图的极大匹配中的每一条边的两个点合为一个点，将新的点的权重设为原来两个点的权重之和，其中权重指的是交换机处理的流的数量。
6.根据权利要求5所述的一种软件定义网络的控制器放置方法，其特征在于：所述将图的极大匹配中的每一条边的两个点合为一个点的合并操作，能够保证粗化后的网络拓扑与原始网络拓扑具有相同的属性，在对粗化后的网络拓扑G的划分，保证原始网络拓扑具有相同效果的划分结果。
7.根据权利要求1所述的一种软件定义网络的控制器放置方法，其特征在于：在所述步骤S2中，将网络拓扑G粗化后分成的m个区域进行进一步的细化；细化过程指的就是针对每个Pi（i=1,2,3…m），对Pi进行调整，使其达到最小局部划分的过程；细化的具体过程为：由Gm恢复到Gm-1时，假设顶点a所处的区域为1，如果顶点a为区域1的内部顶点，则不对a进行处理；如果a为边界顶点，则此时计算区域1的负载，接着假设将a划分到与区域1相邻且a是其公共顶点的区域，分别计算它们的负载，选择负载最小的那个区域并将a划分到该区域中，对Gm-1中的顶点进行迭代操作，直至所有的点都遍历过停止。
8.根据权利要求1所述的一种软件定义网络的控制器放置方法，其特征在于：在所述步骤S3中，所述控制器的放置方法为：遍历所述K个区域的每个区域内的每个顶点，求出每个顶点的网络通信总量值，而后，选取网络通信总量值最少的顶点作为放置控制器的位置；其中，网络通信总量值指的是网络拓扑中各个交换机之间数据交互的流量值的总和。
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