本文選題：軟件定義網(wǎng)絡(luò) + 負載均衡��； 參考：《安徽大學》2017年碩士論文

【摘要】：近年來關(guān)于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)的研究已成為未來網(wǎng)絡(luò)的熱點課題�？刂破矫尕撦d均衡研究作為SDN中一項基礎(chǔ)而又重要的課題,旨在有效提高控制平面可擴展性。研究發(fā)現(xiàn)控制器與交換機之間的靜態(tài)映射關(guān)系是導致控制平面負載失衡的關(guān)鍵因素。目前大多數(shù)算法采用將過載控制器下的交換機遷移到其他控制器的方法來解決控制平面負載失衡問題。本文針對缺乏靈活的負載均衡架構(gòu),提出了基于三層結(jié)構(gòu)模型的控制平面負載均衡算法。同時針對交換機遷移方式過于簡單、在遷移過程中沒有考慮通信開銷的問題,提出了基于多目標優(yōu)化的控制平面負載均衡算法。本文的主要研究工作如下:(1)針對缺乏靈活的負載均衡架構(gòu),提出了基于控制器管理層-控制器集群-數(shù)據(jù)層三層結(jié)構(gòu)模式的負載均衡架構(gòu)MCD(controller Management-Controller cluster-Data layer)。MCD 在控制器集群上部署控制器管理層,控制器管理層主要負責監(jiān)測控制器負載,并根據(jù)負載信息做出相應決策和動作指令。MCD能夠有效減少控制器之間的通信開銷,使控制器專注于制定數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)決策,在一定程度上提高了控制器的性能。在MCD的基礎(chǔ)上,針對現(xiàn)有交換機遷移方式仍存在各種缺陷,提出了控制平面負載均衡算法SMLB(Switch Migrate for Load Balancing)。該算法站在全局角度判斷是否進行負載均衡以及何時進行負載均衡,避免了頻繁的負載均衡帶來不必要的通信開銷和網(wǎng)絡(luò)延遲,并且綜合考慮負載因素和距離因素對均衡效果的影響。仿真結(jié)果表明,該算法可以有效均衡控制平面負載,降低網(wǎng)絡(luò)延遲,提高控制平面可拓展性。(2)本文針對交換機遷移方式過于簡單和遷移過程中未考慮通信開銷的問題,提出了基于多目標優(yōu)化的控制平面負載均衡算法M-DSMA(Dynamic Switch Migration Algorithm based on Multi-objective)。首先將交換機與控制器之間的映射關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)?-1矩陣優(yōu)化問題;其次利用NSGA-II算法同時優(yōu)化控制平面負載均衡度和交換機遷移所產(chǎn)生的通信開銷這兩個相互沖突的指標,從而得到合適的交換機與控制器部署方案。該算法利用組編碼方式將交換機與控制器之間的映射關(guān)系編碼為遺傳學中的個體基因,將控制平面的負載均衡度和交換機遷移開銷定義為個體的適應度函數(shù),依據(jù)種群進化得到的最優(yōu)解遷移交換機,均衡控制平面負載。仿真結(jié)果表明,M-DSMA可以有效均衡控制平面負載,降低通信開銷,提高控制平面可擴展性,具有較高的實際應用價值。
[Abstract]:In recent years, the research on Software Defined Network (SDN) has become a hot topic in the future.As a basic and important topic in SDN, load balancing in control plane is aimed at improving the scalability of control plane.It is found that the static mapping relationship between the controller and the switch is the key factor leading to the control plane load imbalance.At present, most algorithms adopt the method of migrating switch under overload controller to other controllers to solve the problem of control plane load imbalance.In this paper, a control plane load balancing algorithm based on three-layer structure model is proposed for the lack of flexible load balancing architecture.At the same time, a load balancing algorithm based on multi-objective optimization is proposed to solve the problem that the switching mode is too simple and the communication overhead is not considered in the migration process.The main research work of this paper is as follows: (1) aiming at the lack of flexible load balancing architecture,This paper presents a load-balancing architecture, MCD(controller Management-Controller cluster-Data layer).MCD, based on controller management-controller cluster-data layer structure, which is mainly responsible for monitoring controller load.According to the load information, the corresponding decision and action instruction .MCD can effectively reduce the communication overhead between the controllers, make the controller focus on making the decision of data packet forwarding, and improve the performance of the controller to a certain extent.On the basis of MCD, a new load balancing algorithm, SMLB(Switch Migrate for Load balancing algorithm, is proposed to overcome the defects of the existing switch migration mode.The algorithm is based on the global perspective to determine whether and when load balancing takes place, thus avoiding unnecessary communication overhead and network delay caused by frequent load balancing.And the influence of load factor and distance factor on the balance effect is considered synthetically.The simulation results show that the algorithm can effectively balance the load of the control plane, reduce the network delay, and improve the scalability of the control plane. In this paper, the transfer mode of the switch is too simple and the communication overhead is not considered in the migration process.A control plane load balancing algorithm, M-DSMA(Dynamic Switch Migration Algorithm based on Multi-objective, is proposed based on multi-objective optimization.Firstly, the mapping relationship between switch and controller is transformed into a 0-1 matrix optimization problem, and then NSGA-II algorithm is used to optimize the two conflicting indexes of control plane load balance degree and communication overhead caused by switch migration.Thus the appropriate switch and controller deployment scheme is obtained.In this algorithm, the mapping between switch and controller is encoded as individual gene in genetics by group coding, and the load balance and switch transfer overhead in control plane are defined as fitness function of individual.The optimal solution migration switch based on population evolution is used to balance the plane load.The simulation results show that M-DSMA can effectively balance the load of the control plane, reduce the communication overhead and improve the expansibility of the control plane.
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP393.02

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本文編號：1739167