CN113645146A - 基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法及系统，该方法包括：计算过载控制器与所有控制器的平均负载的负载差值，将过载控制器管理的每个边缘交换机作为备选交换机及与其相临的每个备选控制器形成一个备选集合；如果每个备选集合的所有备选交换机向过载控制器请求计算新流路径的负载总和小于负载差值，将被过载控制器管理的、与所有备选交换机间传输新流数量最多且直接相连的交换机加入到备选交换机中；计算备选集合中的备选交换机改为由备选控制器管理时的所有控制器的负载方差，选择负载方差最小的备选集合，将备选交换机迁移为由备选控制器来管理。该方法能够实现降低过载控制器的负载，并实现多控制器间负载均衡。

Description

基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法及系统

技术领域

本发明涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法及系统领域。

背景技术

软件定义网络将控制层与转发层解耦，控制平面的控制器主要完成网络数据报文转发路径计算和控制，并下发流表给数据平面的交换机。数据平面的交换机依据控制器下发的流表来转发数据。软件定义网络提供了可编程的接口，网络管理人员可以通过编程的方式根据自己具体业务来配置网络，从而灵活地管理网络。随着云计算与大数据的发展，网络规模空前增长，软件定义网络控制层的性能问题越来越受到研究人员的重视。对于小型网络来说，一般采用单一的控制器对整个网络进行集中控制。广域网中的交换机节点众多，将出现大量新流同时涌入各交换机的情况，而单一控制器处理能力有限，无法及时处理转发设备发送的大量计算新流路径请求，因此在广域网中采取多控制器架构部署软件定义网络。在流量动态变化的网络中容易导致多控制器之间负载分布不均衡的问题：部分控制器由于负载过高，处理交换机请求的速率变慢，严重影响了新流从客户端发送到服务端的时延，降低了网络的性能；而有的控制器处于空闲状态，资源被严重浪费。

现有的软件定义网络多控制的负载均衡方法主要采用将过载交换机管理的部分交换机迁移给其它控制器管理，但是没有充分考虑迁移后的软件定义网络所有控制器间的负载均衡度。面向软件定义网络所有控制器间负载均衡度的多控制器负载均衡具有重要的研究意义和实用价值。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法。

第一方面，本发明实施例提供一种基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法，包括：对计算新流路径的负载超过阈值的过载控制器，计算所述过载控制器与所有控制器的平均负载的负载差值，将所述过载控制器管理的每个边缘交换机作为备选交换机、与所述边缘交换机相临的每个控制器作为备选控制器形成一个备选集合；考虑每个备选集合，如果所述备选集合的所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和小于所述负载差值，将被所述过载控制器管理的、与所述所有备选交换机间传输新流数量最多且直接相连的交换机加入到所述备选交换机中，直至所述所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和不小于所述负载差值；考虑每个备选集合，计算所述备选集合中的备选交换机改为由所述备选集合中的备选控制器管理时的所有控制器的负载方差，选择负载方差最小且所述备选控制器的负载不超过阈值的备选集合，将所述备选交换机迁移为由所述备选控制器来管理。

进一步地，与所述边缘交换机相临的每个控制器，包括：

所述边缘交换机与所述相临的每个控制器管理的交换机有链路相连。

进一步地，将所述备选交换机迁移为由所述备选控制器来管理，包括：

配置过载控制器、备选交换机、备选控制器，将所述备选交换机改变为由所述备选控制器进行管理，所述备选交换机在有新流到达时，不再向所述过载控制器而是向所述备选控制器发送计算新流路径的请求，由所述备选控制器计算新流路径并向所述备选交换机下发流规则。

进一步地，该方法还包括如下一种或多种：

软件定义网络根控制器计算所有其它控制器的负载，并计算选择使负载方差最小的备选集合，完成将所述备选集合的备选交换机迁移为由所述备选集合的备选控制器管理；

软件定义网络控制器传输负载给其它控制器，由其中一个控制器计算选择使负载方差最小的备选集合，完成将所述备选集合的备选交换机迁移为由所述备选集合的备选控制器管理。

第二方面，本发明实施例提供一种基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡系统，包括：负载计算模块，用于计算软件定义网络控制器的负载；迁移选择模块，用于根据过载控制器生成备选集合，并计算选择使负载方差最小的备选集合；迁移模块，用于将选择的备选集合中的备选交换机迁移为由所述备选集合中的备选控制器管理。

进一步地，该基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡系统还包括：

负载传输模块，用于传输软件定义网络控制器负载。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现本发明第一方面基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法的步骤。

本发明实施例提供的基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法及系统，计算出计算新流路径的负载超过阈值的过载控制器，以及过载控制器与所有控制器的平均负载的负载差值。并将过载控制器管理的每个边缘交换机作为备选交换机、与所述边缘交换机相临的每个控制器作为备选控制器形成一个备选集合。考虑每一个备选集合，如果备选集合中的所有备选交换机请求计算新流路径的负载之和小于过载控制器的负载差值，则将与备选集合中的所有备选交换机间传输新流数量最多、且直接相连的交换机加入到备选交换机中，直至所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和不小于所述负载差值。对每一个备选集合，计算所述备选集合中的备选交换机改为由所述备选集合中的备选控制器管理时的所有控制器的负载方差。在所有备选集合中选择出负载方差最小、所述备选集合中的备选控制器的负载不超过阈值的备选集合，实现降低过载控制器的负载，并实现软件定义网络多控制器间负载均衡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明实施例提供的基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法流程图；

附图2为本发明实施例提供的基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡系统结构图；

附图3本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的软件定义网络多控制的负载均衡方法主要采用将过载交换机管理的部分交换机迁移给其它控制器管理，但是没有充分考虑迁移后的软件定义网络所有控制器间的负载均衡度。

本发明提供了一种基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法，计算出计算新流路径的负载超过阈值的过载控制器，以及过载控制器与所有控制器的平均负载的负载差值。并将过载控制器管理的每个边缘交换机作为备选交换机、与所述边缘交换机相临的每个控制器作为备选控制器形成一个备选集合。考虑每一个备选集合，如果备选集合中的所有备选交换机请求计算新流路径的负载之和小于过载控制器的负载差值，则将与备选集合中的所有备选交换机间传输新流数量最多、且直接相连的交换机加入到备选交换机中，直至所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和不小于所述负载差值。对每一个备选集合，计算所述备选集合中的备选交换机改为由所述备选集合中的备选控制器管理时的所有控制器的负载方差。在所有备选集合中选择出负载方差最小、所述备选集合中的备选控制器的负载不超过阈值的备选集合，实现降低过载控制器的负载，并实现软件定义网络多控制器间负载均衡。

图1为本发明实施例提供的基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法，包括：

101、对计算新流路径的负载超过阈值的过载控制器，计算所述过载控制器与所有控制器的平均负载的负载差值，将所述过载控制器管理的每个边缘交换机作为备选交换机、与所述边缘交换机相临的每个控制器作为备选控制器形成一个备选集合。

有新流到达交换机时，会向其所属的控制器发送计算新流路径的请求，当计算新流路径的负载超过阈值时，控制器将过载。需要将过载控制器管理的一些交换机迁移给其它交换机管理，这样减少了过载控制器接收到的计算新流路径的请求，降低过载控制器的负载。考虑到被迁移的交换机与过载控制器、迁移后所属的控制器间的交互时延和管理，因此将选择过载控制器的边缘交换机进行迁移，将其迁移给相邻的控制器管理。将每个边缘交换机作为备选交换机、与所述边缘交换机相邻的每个控制器作为备选控制器形成一个备选集合。例如：过载控制器管理的一个边缘交换机与三个控制器临近，即该边缘交换机与三个控制器管理的交换机相连，则建立三个备选集合，每个备选集合在初始时只包括该边缘交换机和一个临近的控制器。

102、考虑每个备选集合，如果所述备选集合的所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和小于所述负载差值，将被所述过载控制器管理的、与所述所有备选交换机间传输新流数量最多且直接相连的交换机加入到所述备选交换机中，直至所述所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和不小于所述负载差值。

需要通过将过载控制器管理的交换机迁移给备选集合中的备选控制器来管理，实现降低过载控制器的负载。为了使过载控制器的负载不高于所有控制器的平均负载，需要使被迁移的备选集合中的所有备选交换机请求计算新流路径的负载之和不小于过载控制器与所有控制器的平均负载的负载差值。如果备选集合的所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和小于所述负载差值，则需要在备选集合中添加被过载控制器管理的其它交换机。考虑到迁移交换机数量的成本，选择与所述备选集合的所有交换机间传输新流数量最多且直接相连的交换机加入到备选集合中的备选交换机中，直至满足上述负载差值要求。

103、考虑每个备选集合，计算所述备选集合中的备选交换机改为由所述备选集合中的备选控制器管理时的所有控制器的负载方差，选择负载方差最小且所述备选控制器的负载不超过阈值的备选集合，将所述备选交换机迁移为由所述备选控制器来管理。

将备选集合中的备选交换机迁移给备选集合中的控制器来管理，能够实现过载控制器在迁移交换机后负载不高于所有控制器的平均负载。为了使所有控制器间负载更均衡，需要选择能够使所有控制器的负载方差最小、迁移后所述备选集合中的备选控制器的负载不超过阈值的备选集合。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，与所述边缘交换机相临的每个控制器，包括：所述边缘交换机与所述相临的每个控制器管理的交换机有链路相连。

考虑到迁移后控制器与交换机间的交互时延和管理，因此将选择过载控制器的边缘交换机进行迁移，同时选择与边缘交换机有链路相连的交换机所属的控制器作为迁移后的管理控制器。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，将所述备选交换机迁移为由所述备选控制器来管理，包括：配置过载控制器、备选交换机、备选控制器，将所述备选交换机改变为由所述备选控制器进行管理，所述备选交换机在有新流到达时，不再向所述过载控制器而是向所述备选控制器发送计算新流路径的请求，由所述备选控制器计算新流转发路径并向所述备选交换机下发流规则。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述方法还包括如下一种或多种：软件定义网络根控制器计算所有其它控制器的负载，并计算选择使负载方差最小的备选集合，完成将所述备选集合的备选交换机迁移为由所述备选集合的备选控制器管理；软件定义网络控制器传输负载给其它控制器，由其中一个控制器计算选择使负载方差最小的备选集合，完成将所述备选集合的备选交换机迁移为由所述备选集合的备选控制器管理。

在进行软件定义网络控制器的负载计算时，可以采用设置集中式的根控制器，由根控制器完成负载计算、迁移备选集合的计算和选择、备选交换机迁移；也可以采用分布式的方式，由控制器传输负载给其它控制器，由其中一个控制器完成负载计算、迁移备选集合的计算和选择、备选交换机迁移。

图2为本发明实施例提供的基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡系统结构图，如图2所示，该基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡系统包括：负载计算模块201、迁移选择模块202和迁移模块203。其中，负载计算模块201用于计算软件定义网络控制器的负载；迁移选择模块202用于根据过载控制器生成备选集合，并计算选择使负载方差最小的备选集合；迁移模块203用于将选择的备选集合中的交换机迁移为由所述备选集合中的控制器管理。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，图2所示的基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡系统还包括：

负载传输模块，用于传输软件定义网络控制器负载。

本发明实施例提供的系统实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡系统，计算出计算新流路径的负载超过阈值的过载控制器，以及过载控制器与所有控制器的平均负载的负载差值。并将过载控制器管理的每个边缘交换机作为备选交换机、与所述边缘交换机相临的每个控制器作为备选控制器形成一个备选集合。考虑每一个备选集合，如果备选集合中的所有备选交换机请求计算新流路径的负载之和小于过载控制器的负载差值，则将与备选集合中的所有备选交换机间传输新流数量最多、且直接相连的交换机加入到备选交换机中，直至所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和不小于所述负载差值。对每一个备选集合，计算所述备选集合中的备选交换机改为由所述备选集合中的备选控制器管理时的所有控制器的负载方差。在所有备选集合中选择出负载方差最小、所述备选集合中的备选控制器的负载不超过阈值的备选集合，实现降低过载控制器的负载，并实现软件定义网络多控制器间负载均衡。

图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、通信接口(Communications Interface)302、存储器(memory)303和总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过总线304完成相互间的通信。通信接口302可以用于电子设备的信息传输。处理器301可以调用存储器303中的逻辑指令，以执行包括如下的方法：对计算新流路径的负载超过阈值的过载控制器，计算所述过载控制器与所有控制器的平均负载的负载差值，将所述过载控制器管理的每个边缘交换机作为备选交换机、与所述边缘交换机相临的每个控制器作为备选控制器形成一个备选集合；考虑每个备选集合，如果所述备选集合的所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和小于所述负载差值，将被所述过载控制器管理的、与所述所有备选交换机间传输新流数量最多且直接相连的交换机加入到所述备选交换机中，直至所述所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和不小于所述负载差值；考虑每个备选集合，计算所述备选集合中的备选交换机改为由所述备选集合中的备选控制器管理时的所有控制器的负载方差，选择负载方差最小且所述备选控制器的负载不超过阈值的备选集合，将所述备选交换机迁移为由所述备选控制器来管理。

此外，上述的存储器303中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明上述各方法实施例的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、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。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：对计算新流路径的负载超过阈值的过载控制器，计算所述过载控制器与所有控制器的平均负载的负载差值，将所述过载控制器管理的每个边缘交换机作为备选交换机、与所述边缘交换机相临的每个控制器作为备选控制器形成一个备选集合；考虑每个备选集合，如果所述备选集合的所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和小于所述负载差值，将被所述过载控制器管理的、与所述所有备选交换机间传输新流数量最多且直接相连的交换机加入到所述备选交换机中，直至所述所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和不小于所述负载差值；考虑每个备选集合，计算所述备选集合中的备选交换机改为由所述备选集合中的备选控制器管理时的所有控制器的负载方差，选择负载方差最小且所述备选控制器的负载不超过阈值的备选集合，将所述备选交换机迁移为由所述备选控制器来管理。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法，其特征在于，包括：

对计算新流路径的负载超过阈值的过载控制器，计算所述过载控制器与所有控制器的平均负载的负载差值，将所述过载控制器管理的每个边缘交换机作为备选交换机、与所述边缘交换机相临的每个控制器作为备选控制器形成一个备选集合；

考虑每个备选集合，如果所述备选集合的所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和小于所述负载差值，将被所述过载控制器管理的、与所述所有备选交换机间传输新流数量最多且直接相连的交换机加入到所述备选交换机中，直至所述所有备选交换机向所述过载控制器请求计算新流路径的负载总和不小于所述负载差值；

考虑每个备选集合，计算所述备选集合中的备选交换机改为由所述备选集合中的备选控制器管理时的所有控制器的负载方差，选择负载方差最小且所述备选控制器的负载不超过阈值的备选集合，将所述备选交换机迁移为由所述备选控制器来管理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与所述边缘交换机相临的每个控制器，包括：

所述边缘交换机与所述相临的每个控制器管理的交换机有链路相连。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述备选交换机迁移为由所述备选控制器来管理，包括：

配置过载控制器、备选交换机、备选控制器，将所述备选交换机改变为由所述备选控制器进行管理，所述备选交换机在有新流到达时，不再向所述过载控制器而是向所述备选控制器发送计算新流路径的请求，由所述备选控制器计算新流路径并向所述备选交换机下发流规则。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下一种或多种：

软件定义网络根控制器计算所有其它控制器的负载，并计算选择使负载方差最小的备选集合，完成将所述备选集合的备选交换机迁移为由所述备选集合的备选控制器管理；

软件定义网络控制器传输负载给其它控制器，由其中一个控制器计算选择使负载方差最小的备选集合，完成将所述备选集合的备选交换机迁移为由所述备选集合的备选控制器管理。

5.一种基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡系统，其特征在于，包括：

负载计算模块，用于计算软件定义网络控制器的负载；

迁移选择模块，用于根据过载控制器生成备选集合，并计算选择使负载方差最小的备选集合；

迁移模块，用于将选择的备选集合中的备选交换机迁移为由所述备选集合中的备选控制器管理。

6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法的步骤。

7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述基于新流密度的软件定义网络控制器负载均衡方法的步骤。

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