CN112543151A - Sdn控制器部署方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

Sdn控制器部署方法、装置、电子设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及通信领域，公开了一种SDN控制器部署方法、装置、电子设备和存储介质。本发明的SDN控制器部署方法，包括：构建SDN网络，其中，所述SDN网络至少包括两级子网络，每级子网络至少包括一个节点，所述节点包含交换机和与所述交换机相关联的SDN控制器；根据SDN控制器部署需求构建SDN网络目标函数；根据所述SDN网络目标函数和蚁群算法获取最优访问路径；根据所述最优访问路径获取所述SDN控制器部署数量和部署位置。应用于SDN网络部署过程中，使得部署效率更高。

Description

SDN控制器部署方法、装置、电子设备和存储介质
技术领域
本发明实施例涉及通信领域，特别涉及一种SDN控制器部署方法、装置、电子设备和存储介质。
背景技术
软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)通过控制平面和数据平面的分离，实现了对网络数据转发设备的逻辑集中控制。由多个控制器和数据转发设备构成的分布式SDN网络，控制器分别管理各自控制域下的数据转发设备，底层数据转发设备的转发策略均由上层控制器制定、下发，控制器部署位置以及交换机与控制器之间拓扑关联关系将直接影响整个SDN网络性能，如何合理有效部署控制器成为SDN当前重要研究内容之一。
关于SDN控制器部署方法，目前提出了一种保证时延最小的SDN网络多控制器部署方法。该方法首先对网络时延及拓扑结构进行分析，计算每个交换机到剩下所有交换机的时延，然后任意选择一个交换机作为初始的控制器部署点，再根据K-medoids算法更新该部署位置到一个新的交换机，保证到剩下所有的交换机时延最小；再选择整个网络中到控制器部署点时延最大的交换机作为另一个新的控制器部署点，根据时延对整个网络中的交换机重新分配，然后通过K-medoids算法更新每个控制器部署点；一直重复上述过程直到有K个控制器部署点。
然而，上述方法采用K-medoids算法，复杂度高，仅适用于小规模网络，而且在部署SDN控制器时需要提前确定控制器的个数，无法针对大规模SDN网络，确定SDN控制器的部署数量和部署位置。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种SDN控制器部署方法、装置、电子设备和存储介质，解决了基于大规模SDN网络时，无法确定SDN控制器部署数量和部署位置的问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种SDN控制器部署方法，包括：构建SDN网络，其中，所述SDN网络至少包括两级子网络，每级子网络至少包括一个节点，所述节点包含交换机和与所述交换机相关联的SDN控制器；根据SDN控制器部署需求构建SDN网络目标函数；根据所述SDN网络目标函数和蚁群算法获取最优访问路径；根据所述最优访问路径获取所述SDN控制器部署数量和部署位置。
本发明的实施方式还提供了一种SDN控制器部署装置，包括：
SDN网络搭建模块，用于构建SDN网络，其中，所述SDN网络至少包括两级子网络，每级子网络至少包括一个节点，所述节点包含SDN控制器和交换机；根据SDN控制器部署需求构建SDN网络目标函数；
路径确定模块，用于根据所述SDN网络搭建模块构建的目标函数和蚁群算法获取最优访问路径；
SDN控制器部署模块，用于根据所述路径确定模块获取的最优访问路径获取所述SDN控制器部署数量和部署位置。
本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行以上所述的SDN控制器部署方法。
本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以上所述的SDN控制器部署方法。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过构建多级SDN网络，每级子网络包含多个节点，节点中包含交换机和与该交换机相关联的SDN控制器，基于构建的SDN网络，通过蚁群算法获取最优访问路径以确定SDN控制器部署数量和部署位置，解决了大规模SDN网络下无法确定控制器部署数量和部署位置的问题。
另外，本发明实施方式提供的SDN控制器部署方法，所述根据SDN控制器部署需求构建SDN网络目标函数，包括：根据所述交换机的建流消息到关联控制器的传输时间，所述关联控制器处理所述建流消息时间和所述SDN网络平均响应时延最低要求，获取第一子目标函数；根据所述SDN控制器单位时间接收的建流消息数量和所述SDN控制器建流消息处理速率，获取第二子目标函数；根据所述SDN控制器的成本获取第三子目标函数；根据所述第一子目标函数，第二子目标函数和第三子目标函数构建SDN网络目标函数。以控制器负载均衡，控制平面服务质量和控制器成本为优化目标，确定目标函数，多维度优化网络性能，使得网络性能更优。
另外，本发明实施方式提供的SDN控制器部署方法，所述根据所述最优访问路径获取所述SDN控制器部署数量和部署位置，包括：根据所述最优访问路径划分所述SDN控制器的控制域；根据所述控制域的数量获取SDN控制器部署数量；根据所述控制域中的节点位置，获取SDN控制器的部署位置。通过最优访问路径上SDN控制器的数量确定部署数量，无需人工提前给定控制器个数，应用范围更广。
另外，本发明实施方式提供的SDN控制器部署方法，所述根据所述第一子目标函数，第二子目标函数和第三子目标函数构建SDN网络目标函数，包括：根据SDN网络部署需求，为所述第一子目标函数，所述第二子目标函数和所述第三子目标函数设置相应的权重因子；根据所述第一子目标函数，所述第二子目标函数，所述第三子目标函数和各子目标函数相应的权重因子，构建SDN网络目标函数。根据SDN网络实际部署需求，分别确定各子目标函数的权重因子，使得网络性能更优，更具实际应用意义。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明的第一实施方式提供的SDN控制器部署方法的流程图；
图2是本发明的第一实施方式提供的SDN控制器部署方法中的SDN网络图；
图3是的本发明的第二实施方式提供SDN控制器部署方法的流程图；
图4是本发明的第三实施方式提供的SDN控制器部署方法的流程图；
图5是本发明的第三实施方式提供的SDN控制器部署方法中步骤401的流程图；
图6是本发明的第六实施方式提供的SDN控制器部署装置的结构示意图；
图7是本发明的第七实施方式提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本发明的第一实施方式涉及一种SDN控制器部署方法，具体流程如图1所示，包括：
步骤101，构建SDN网络，其中，SDN网络至少包括两级子网络，每级子网络至少包括一个节点，节点包含交换机和与交换机相关联的控制器。
在本实施方式中，可以假设构建的SDN网络有n个交换机，第i个交换机表示为Vi，Vi单位时间产生的建流请求消息速率为Ri，1≤i≤n；SDN网络中交换机间物理链路连接关系，可以表示为αij，若交换机Vi与交换机Vj间有链路直接相连，则αij＝1，否则αij＝0。另外，对应的SDN网络中有n个SDN控制器，这n个控制器与n个交换机相关联。第i个SDN控制器表示为Ci，Ci核心处理单元建流消息处理速率为Hi，Ci物理成本为Costi，其中，
Figure BDA0002798337400000041
表示第j级网络上的交换机
Figure BDA0002798337400000042
与SDN控制器Ci相关联。N级网络中节点
Figure BDA0002798337400000043
与节点
Figure BDA0002798337400000044
间链路表示为Eefg,ijk，为表征多级网络中节点间连接关系，引入连接标识符αefg,ijk，αefg,ijk表示节点
Figure BDA0002798337400000045
与节点
Figure BDA0002798337400000046
间的链路连接标识符，若节点
Figure BDA0002798337400000047
与节点
Figure BDA0002798337400000048
间由链路Eefg,ijk直接相连，αefg,ijk＝1，否则αefg,ijk＝0。
需要说明的是，所搭建的SDN网络是一种抽象的网络图，并不是实际上构建的SDN网络结构。在实际应用过程中交换机的数量往往是已经确定好的，且多个交换机是由一个SDN控制器控制，而步骤101中与交换机相关联的SDN控制器是一种逻辑上的概念，也就是说，构建SDN网络时，为每个交换机都假定关联一个SDN控制器，多个交换机逻辑上关联的SDN控制器，在物理上可以是同一个SDN控制器，即步骤101中的n个SDN控制器，是逻辑上的SDN控制器数量，由于每个交换机都需要关联一个SDN控制器，因此逻辑上的SDN控制器数量为n，而通过步骤102，103，104，确定出物理上的SDN控制器的部署数量和部署位置。
另外，搭建的SDN网络可以是如图2所示的拓扑结构，也可以将第一级网络和第二级网络合并作为一级网络，当然，也可以采用其他合并方式，每级网络中所有节点的拓扑结构可以根据实际部署需求进行构建，图2所示的SDN网络只是其中一种构建方式，此处仅为具体的举例说明，不对每级网络中各节点的数量及其连接方式进行限定。
步骤102，根据SDN控制器部署需求构建SDN网络目标函数。
具体地说，SDN控制器的部署需求可以包括控制器负载均衡能力，控制器服务质量，控制器成本等等，根据SDN网络实际应用场景和面向的用户，SDN控制器的部署需求可能会对应变化，此处不一一赘述。
步骤103，根据SDN网络目标函数和蚁群算法获取最优访问路径。
在本实施方式中，通过蚁群算法最小化目标函数获取最优访问路径，具体流程可以包括：初始化蚂蚁数量，访问次数，每条链路上的初始信息素量；任意选择SDN网络中一节点作为起始节点，访问其他所有节点，获取每条链路上的信息素量，多次访问后确定信息素量最大的链路几位最优访问路径。另外，蚁群算法可以包括最大蚁群算法，最小蚁群算法，排序蚁群算法等等，具体采用哪种蚁群算法此处不做限制。
步骤104，根据最优访问路径获取SDN控制器部署数量和部署位置。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过构建多级SDN网络，每级子网络包含多个节点，节点中包含交换机和与该交换机相关联的SDN控制器，基于构建的SDN网络，通过蚁群算法获取最优访问路径以确定SDN控制器部署数量和部署位置，解决了大规模SDN网络下无法确定控制器部署数量和部署位置的问题。
本发明的第二实施方式涉及一种SDN控制器部署方法，该方法与第一实施方式提供的SDN控制器部署方法基本相同，区别之处在于，如图3所示，步骤102包括：
步骤301，根据交换机的建流消息到关联控制器的传输时间，关联控制器处理建流消息时间和SDN网络平均响应时延最低要求，获取第一子目标函数。
具体地说，第一子目标函数可以表示为F1，交换机的建流消息到关联控制器的传输时间表示为Ti p，关联控制器处理建流消息时间表示为Ti c，SDN网络平均响应时延最低要求表示为TQoS，因此，第一子目标函数表示为
Figure BDA0002798337400000051
步骤302，根据SDN控制器单位时间接收的建流消息数量和SDN控制器建流消息处理速率，获取第二子目标函数。
具体地说，SDN控制器单位时间接收的建流消息数量可以表示为λi，SDN控制器建流消息处理速率可以表示为Hi，因此，第二子目标函数表示为
Figure BDA0002798337400000052
步骤303，根据SDN控制器的成本获取第三子目标函数。
具体地说，第三子目标函数可以表示为
Figure BDA0002798337400000053
Costi表示为SDN控制器的成本。
步骤304，根据第一子目标函数，第二子目标函数和第三子目标函数构建SDN网络目标函数。
需要说明的是，步骤204构建SDN网络目标函数可以直接将第一子目标函数，第二子目标函数和第三子目标函数相加获得，也可以为每个子目标函数设置相应的权重因子，进而获得SDN网络目标函数。而各权重因子的设置可以根据实际应用环境，用户人群，网络部署需求进行设定和调整，例如，第一子目标函数是关于SDN控制负载均衡能力的，使用者对SDN网络的负载均衡能力要求更高，则相应的权重因子值设置的更大。只要符合各权重因子之和为1即可。
本发明实施方式相对于现有技术而言，在实现第一实施方式有益效果的基础上，以控制器负载均衡，控制器的服务质量和控制器成本为优化目标，确定目标函数，多维度优化网络性能，使得网络性能更优，更具有实际应用意义。
本发明的第三实施方式涉及一种SDN控制器部署方法，方法与第一实施方式提供的SDN控制器部署方法基本相同，区别之处在于，如图4所示，步骤104，包括：
步骤401，根据最优访问路径划分与交换机相关联的SDN控制器的控制域。
具体地，划分与交换机相关联的SDN控制器控制域的方法如图5所示，包括：
步骤501，判断最优访问路径上节点的交换机是否被相同的SDN控制器控制。
具体地，若节点中的交换机被同一个SDN控制器控制，则执行步骤502，否则，执行步骤503。
步骤502，将节点划分为一个控制域。
步骤503，判断最优访问路径上的下一个节点。
步骤402，根据控制域的数量获取SDN控制器部署数量。
需要说明的是，若某个节点的SDN控制器未存在于最有访问路径中，则舍弃该SDN控制器，在部署时不予考虑。
步骤403，根据控制域中的节点位置，获取SDN控制器的部署位置。
具体地说，在划分好控制域后，一个控制域中的SDN控制器是确定的，但由于各节点中每个交换机与该SDN控制器的链路距离并不相同，因此需要根据控制域中各个节点位置获取SDN控制器的部署位置。
在本实施方式中，可以采用最短路径算法获取SDN控制器的部署位置，其中，可以将获取最优访问路径后得到的SDN网络目标函数的值作为控制域中节点链路的权值进行计算。获取最优访问路径是通过蚁群算法最小化SDN网络目标函数，在确定最优访问路径后，可以得到SDN网络目标函数的最小值，将该最小值作为控制域节点链路的权值。
另外，需要说明的是，最短路径算法可以包括深度优先搜索算法，广度优先搜索算法，迪杰斯特拉算法，弗洛伊德算法等等，具体采用哪一种算法，此处不做限定，在实际使用过程中可以使用任何现有的最短路径算法，此处不做一一赘述。
本发明实施方式相对于现有技术而言，在实现第一实施方式有益效果的基础上，通过最优访问路径划分控制域，根据划分的控制域数量确定SDN控制器的部署数量，无需人工提前给定控制器个数，应用范围更广。另外，通过最短路径算法确定控制器的部署位置，使得SDN网络性能更优。
需要说明的是，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明的第六实施方式涉及一种SDN控制器部署装置，如图6所示，包括：
SDN网络搭建模块601，用于构建SDN网络，其中，所述SDN网络至少包括两级子网络，每级子网络至少包括一个节点，所述节点包含SDN控制器和交换机；根据SDN控制器部署需求构建SDN网络目标函数；
路径确定模块602，用于根据SDN网络搭建模块601构建的目标函数和蚁群算法获取最优访问路径；
SDN控制器部署模块603，用于根据路径确定模块602获取的最优访问路径获取所述SDN控制器部署数量和部署位置。
不难发现，本实施方式中的模块为与第一实施方式相对应的系统实施例，因此本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第七实施方式涉及一种电子设备，如图7所示，包括：
至少一个处理器701；以及，
与所述至少一个处理器701通信连接的存储器702；其中，
所述存储器702存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器701执行，以使所述至少一个处理器701能够执行本发明第一至第五实施方式所述的SDN控制器部署方法。
其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。
处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
本发明第八实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种SDN控制器部署方法，其特征在于，包括：
构建SDN网络，其中，所述SDN网络至少包括两级子网络，每级子网络至少包括一个节点，所述节点包含交换机和与所述交换机相关联的SDN控制器；
根据SDN控制器部署需求构建SDN网络目标函数；
根据所述SDN网络目标函数和蚁群算法获取最优访问路径；
根据所述最优访问路径获取SDN控制器部署数量和部署位置。
2.根据权利要求1所述的SDN控制器部署方法，其特征在于，所述根据SDN控制器部署需求构建SDN网络目标函数，包括：
根据所述交换机的建流消息到关联控制器的传输时间，所述关联控制器处理所述建流消息时间和所述SDN网络平均响应时延最低要求，获取第一子目标函数；
根据所述SDN控制器单位时间接收的建流消息数量和所述SDN控制器建流消息处理速率，获取第二子目标函数；
根据所述SDN控制器的成本获取第三子目标函数；
根据所述第一子目标函数，第二子目标函数和第三子目标函数构建所述SDN网络目标函数。
3.根据权利要求2所述的SDN控制器部署方法，其特征在于，所述根据所述第一子目标函数，第二子目标函数和第三子目标函数构建所述SDN网络目标函数，包括：
根据SDN网络部署需求，为所述第一子目标函数，所述第二子目标函数和所述第三子目标函数设置相应的权重因子；
根据所述第一子目标函数，所述第二子目标函数，所述第三子目标函数和各子目标函数相应的权重因子，构建所述SDN网络目标函数。
4.根据权利要求1所述的SDN控制器部署方法，其特征在于，所述根据所述最优访问路径获取SDN控制器部署数量和部署位置，包括：
根据所述最优访问路径划分所述与所述交换机相关联的SDN控制器的控制域；
根据所述控制域的数量获取SDN控制器部署数量；
根据所述控制域中的节点位置，获取所述SDN控制器的部署位置。
5.根据权利要求4所述的SDN控制器部署方法，其特征在于，所述根据所述最优访问路径划分所述与所述交换机相关联的SDN控制器的控制域，包括：
判断所述最优访问路径上节点的交换机是否被相同的SDN控制器控制；
若是，则将所述节点划分为一个控制域，若否，则判断所述最优路径上的下一个节点。
6.根据权利要求4所述的SDN控制器部署方法，其特征在于，所述根据所述控制域中的节点位置，获取SDN控制器的部署位置，包括：
将获取最优访问路径后得到的SDN网络目标函数的值作为所述控制域中节点链路的权值；
根据所述节点链路的权值和最短路径算法获取SDN控制器部署位置。
7.根据权利要求6所述的SDN控制器部署方法，其特征在于，所述最短路径算法包括：深度优先算法，广度优先算法，迪杰斯特拉算法，弗洛伊德算法。
8.一种SDN控制器部署装置，其特征在于，包括：
SDN网络搭建模块，用于构建SDN网络，其中，所述SDN网络至少包括两级子网络，每级子网络至少包括一个节点，所述节点包含交换机和与所述交换机相关联的SDN控制器；根据SDN控制器部署需求构建SDN网络目标函数；
路径确定模块，用于根据所述SDN网络搭建模块构建的目标函数和蚁群算法获取最优访问路径；
SDN控制器部署模块，用于根据所述路径确定模块获取的最优访问路径获取所述SDN控制器部署数量和部署位置。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至7中任意一项所述的SDN控制器部署方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的SDN控制器部署方法。
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