一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法。首先，使用圖論中圖的極大匹配概念對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰進(jìn)行粗化，G粗化成G1，G1粗化成G2，G2粗化成G3，以此類推，Gm-1粗化成Gm，直到Gm的頂點(diǎn)數(shù)|Vm|小于c*k，c一般取15；其次，對(duì)所述步驟S1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰粗化后得到的最終粗化網(wǎng)絡(luò)Gm進(jìn)行劃分；最后，將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰被劃分k個(gè)區(qū)域后，進(jìn)行控制器的放置，其中，所述k個(gè)區(qū)域即交換機(jī)的劃分區(qū)域。本發(fā)明的控制器放置方法實(shí)現(xiàn)了多個(gè)控制器對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制，可以避免單一控制器控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)的局限性，同時(shí)也能夠減少SDN網(wǎng)絡(luò)中流建立的時(shí)間消耗，并且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大量流的時(shí)候，多控制器也能從容的處理好每條流。
【專利說明】-種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軟件定義網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分，特別是一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放 置方法。

【背景技術(shù)】
[0002] SDN (Software Defined Network,軟件定義網(wǎng)絡(luò)）是一種新興的基于軟件的網(wǎng)絡(luò)架 構(gòu)及技術(shù)，其最大的特點(diǎn)在于具有松耦合的控制平面與數(shù)據(jù)平面，支持集中化的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) 控制、實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)施對(duì)上層應(yīng)用的透明。它具有靈活的軟件編程能力，使得網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng) 化管理和控制能力獲得了空前的提升，能夠有效地解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所面臨的資源規(guī)模擴(kuò) 展受限、組網(wǎng)靈活性差、難以快速滿足業(yè)務(wù)需求等問題。
[0003] SDN具有三大基本特征： 1.集中控制：邏輯上集中的控制能夠支持獲得網(wǎng)絡(luò)資源的全局信息并根據(jù)業(yè)務(wù)需求 進(jìn)行資源的全局調(diào)配和優(yōu)化，例如流量工程、負(fù)載均衡等。
[0004] 2.開放接口 ：通過開放接口的南向和北向接口，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫集 成，使得應(yīng)用能告知網(wǎng)絡(luò)能如何運(yùn)行才能更好地滿足應(yīng)用的需求，比如業(yè)務(wù)的帶寬、時(shí)延需 求，計(jì)費(fèi)對(duì)路由的影響等。
[0005] 3.網(wǎng)絡(luò)虛擬化：通過南向接口的統(tǒng)一和開放，屏蔽了底層物理轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的差異， 實(shí)現(xiàn)了底層網(wǎng)絡(luò)對(duì)上層應(yīng)用的透明化。
[0006] 簡(jiǎn)而言之，SDN支持控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面的分離，使得對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集中控制成為 可能。以O(shè)penFlow為代表的南向接口的提出使得底層的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備可以被統(tǒng)一控制和管理， 而其具體的物理實(shí)現(xiàn)將被透明化，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的虛擬化。多種多樣的開放接口，將推動(dòng)網(wǎng) 絡(luò)能力被便捷地使用，支持網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法，以此來實(shí)現(xiàn)降低流 表建立時(shí)間和增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)處理大流量的能力。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法包 括如下步驟， 步驟S1 :使用圖論中圖匹配概念對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰進(jìn)行粗化，G粗化成Gp Gi粗化成G2, G2 粗化成G3，以此類推，Gm粗化成Gm，直到Gm的頂點(diǎn)數(shù)|Vm|小于c*k;其中c為閾值，k表示 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要被劃分成的區(qū)域的個(gè)數(shù)； 步驟S2 :對(duì)上述步驟S1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被最終粗化成Gm后，把Gm劃分成k等份，并將Gm 還原成G ; 步驟S3 :根據(jù)步驟S1及步驟S2的劃分結(jié)果，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被劃分成了 k個(gè)區(qū)域， 對(duì)每個(gè)區(qū)域使用貪心策略進(jìn)行控制器的放置。
[0009] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述閾值C的取值為15。
[0010] 在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟si所述的粗化過程是指：對(duì)于Gi到Gi+1，由于I Vi I > I Vi+11， 粗化的過程就是合并h中的若干對(duì)頂點(diǎn)，由此得到Gi+1。合并頂點(diǎn)的方式為：當(dāng)任一兩條邊 有公共頂點(diǎn)時(shí)，合并這兩個(gè)頂點(diǎn)，如果沒有公共頂點(diǎn)，則把這個(gè)頂點(diǎn)繼續(xù)傳到G i+1中。
[0011] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在所述步驟S1中，所述圖論中，圖的匹配是指邊的一個(gè)集合， 其中任一兩條邊都沒有共同的頂點(diǎn)；圖的極大匹配指的是無(wú)法再添加一條邊到所述邊的集 合中且滿足任一兩條邊都沒有共同的頂點(diǎn)。
[0012] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在所述步驟S1中使用圖論中圖的極大匹配概念對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰 進(jìn)行粗化過程，即當(dāng)找到一個(gè)圖的極大匹配時(shí)，將圖的極大匹配中的每一條邊的兩個(gè)點(diǎn)合 為一個(gè)點(diǎn)，將新的點(diǎn)的權(quán)重設(shè)為原來兩個(gè)點(diǎn)的權(quán)重之和，其中權(quán)重指的是交換機(jī)處理的流 的數(shù)量。
[0013] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述將圖的極大匹配中的每一條邊的兩個(gè)點(diǎn)合為一個(gè)點(diǎn)的合 并操作，能夠保證粗化后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂邢嗤膶傩?，在?duì)粗化后的網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)銰的劃分，保證原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂邢嗤Ч膭澐纸Y(jié)果。
[0014] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在所述步驟S2中每個(gè)區(qū)域的負(fù)載指的是，掌控這個(gè)區(qū)域的控 制器要處理的流數(shù)量的總和。
[0015] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在所述步驟S2中Pm可以用一個(gè)數(shù)組表示，數(shù)組的長(zhǎng)度為G m的 頂點(diǎn)數(shù)，數(shù)組中元素的取值范圍為1一 k，表示頂點(diǎn)所處的區(qū)域。
[0016] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在細(xì)化過程中，判定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分的好壞標(biāo)準(zhǔn)為每 個(gè)區(qū)域的負(fù)載相對(duì)均衡，割邊總權(quán)重達(dá)到最小的狀態(tài)。接著需要把G m逐步還原為初始的網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)G。對(duì)61，62,63，?，6" 1_1都有著對(duì)應(yīng)的？1沖2沖3，?，？" 1_1來記錄局部最小劃分。 由Gm恢復(fù)成Gm過程中，分開的頂點(diǎn)（交換機(jī)）有更大的自由可以選擇它們各自的區(qū)域，一 般而言，此時(shí)的Pm就不再是Gm的最小劃分，這個(gè)時(shí)候需要對(duì)Pm進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到最小局部 劃分。具體的，在所述步驟S2中，細(xì)化過程指的就是針對(duì)每個(gè)Pi (i=l，2, 3…m)，對(duì)Pi進(jìn)行 調(diào)整，使其達(dá)到最小局部劃分的過程。細(xì)化的具體過程為：由Gm恢復(fù)到Gm時(shí)，假設(shè)頂點(diǎn)a 所處的區(qū)域?yàn)?，如果頂點(diǎn)a為區(qū)域1的內(nèi)部頂點(diǎn)，則不對(duì)a進(jìn)行處理；如果a為邊界頂點(diǎn)， 則此時(shí)計(jì)算區(qū)域1的負(fù)載，接著假設(shè)將a劃分到與區(qū)域1相鄰且a是其公共頂點(diǎn)的區(qū)域，分 別計(jì)算它們的負(fù)載，選擇負(fù)載最小的那個(gè)區(qū)域并將a劃分到該區(qū)域中，對(duì)Gy中的頂點(diǎn)進(jìn)行 迭代操作，直至所有的點(diǎn)都遍歷過停止。
[0017] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在所述步驟S3中，所述控制器的放置方法為：遍歷所述N個(gè)區(qū) 域的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)頂點(diǎn)，求出每個(gè)頂點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信總量值，而后，選取網(wǎng)絡(luò)通信總量值 最少的頂點(diǎn)作為放置控制器的位置；其中，網(wǎng)絡(luò)通信總量值指的是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲懈鱾€(gè)交換機(jī) 之間數(shù)據(jù)交互的流量值的總和。
[0018] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明方法根據(jù)圖論中圖的極大匹 配概念來劃分網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在劃分完網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之后，在每個(gè)分區(qū)中尋找一個(gè)交換機(jī) 與SDN控制器直連，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制器對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制，通過這種控制器放置 方法，可以避免單一控制器控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)的局限性，同時(shí)也能夠減少SDN網(wǎng)絡(luò)中流建立的時(shí) 間消耗，并且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大量流的時(shí)候，多控制器也能從容的處理好每條流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰劃分算法結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2是控制器放置的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。
[0022] 如圖1所示，本發(fā)明一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法包括如下步驟， 步驟S1 :使用圖論中圖匹配概念對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰進(jìn)行粗化，G粗化成Gp Gi粗化成G2, G2 粗化成G3，以此類推，Gm粗化成Gm，直到Gm的頂點(diǎn)數(shù)|Vm|小于c*k。較佳的，所述閾值c的 取值為15 ; 所述圖論中，圖的匹配是指邊的一個(gè)集合，其中任一兩條邊都沒有共同的頂點(diǎn)；圖的 極大匹配指的是無(wú)法再添加一條邊到所述邊的集合中且滿足任一兩條邊都沒有共同的頂 占. 在所述步驟S1中使用圖論中圖的極大匹配概念對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰進(jìn)行粗化過程，即當(dāng)找到 一個(gè)圖的極大匹配時(shí)，將圖的極大匹配中的每一條邊的兩個(gè)點(diǎn)合為一個(gè)點(diǎn)，將新的點(diǎn)的權(quán) 重設(shè)為原來兩個(gè)點(diǎn)的權(quán)重之和，其中權(quán)重指的是交換機(jī)處理的流的數(shù)量； 所述將圖的極大匹配中的每一條邊的兩個(gè)點(diǎn)合為一個(gè)點(diǎn)的合并操作，能夠保證粗化后 的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂邢嗤膶傩?，在?duì)粗化后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰的劃分，保證原始 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂邢嗤Ч膭澐纸Y(jié)果； 步驟S2 :對(duì)所述步驟S1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰粗化后所獲得的Gp G2, G3，…，Gm進(jìn)行細(xì)化操作。
[0023] 在所述步驟S2中，細(xì)化過程指的就是針對(duì)每個(gè)？1(1=1，2,3-!11)，對(duì)？ 1進(jìn)行調(diào)整， 使其達(dá)到最小局部劃分的過程。細(xì)化的具體過程為：由Gm恢復(fù)到Gy時(shí)，假設(shè)頂點(diǎn)a所處 的區(qū)域?yàn)?，如果頂點(diǎn)a為區(qū)域1的內(nèi)部頂點(diǎn)，則不對(duì)a進(jìn)行處理；如果a為邊界頂點(diǎn)，則此 時(shí)計(jì)算區(qū)域1的負(fù)載，接著假設(shè)將a劃分到與區(qū)域1相鄰且a是其公共頂點(diǎn)的區(qū)域，分別計(jì) 算它們的負(fù)載，選擇負(fù)載最小的那個(gè)區(qū)域并將a劃分到該區(qū)域中，對(duì)Gy中的頂點(diǎn)進(jìn)行迭代 操作，直至所有的點(diǎn)都遍歷過停止。
[0024] 步驟S3 :根據(jù)步驟S1及步驟S2的劃分結(jié)果，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被劃分成了 k個(gè) 區(qū)域，對(duì)每個(gè)區(qū)域使用貪心策略進(jìn)行控制器的放置。
[0025] 如圖2所示，所述控制器的放置方法為：遍歷所述k個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)頂 點(diǎn)，求出每個(gè)頂點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信總量值，而后，選取網(wǎng)絡(luò)通信總量值最少的頂點(diǎn)作為放置控制 器的位置；其中，網(wǎng)絡(luò)通信總量值指的是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲懈鱾€(gè)交換機(jī)之間數(shù)據(jù)交互的流量值的 總和。
[0026] 以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作 用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法，其特征在于：包括如下步驟， 步驟S1 :使用圖論中圖匹配概念對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰進(jìn)行粗化，G粗化成Gp Gi粗化成G2, G2 粗化成G3，以此類推，Gm粗化成Gm，直到Gm的頂點(diǎn)數(shù)I Vm I小于c*k，其中c為閾值，K表示 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要被劃分成的區(qū)域的個(gè)數(shù)； 步驟S2 :對(duì)上述步驟S1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被最終粗化成Gm后，把Gm劃分成k等份，并將Gm 還原成G ; 步驟S3 :根據(jù)步驟S1及步驟S2的劃分結(jié)果，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被劃分成了 k個(gè)區(qū)域， 對(duì)每個(gè)區(qū)域使用貪心策略進(jìn)行控制器的放置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法，其特征在于：所述閾 值c的取值為15。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法，其特征在于：所述的粗化 過程是指：對(duì)于Gi到Gi+1，由于| \ | > | Vi+11，粗化的過程就是合并匕中的一些頂點(diǎn)，由此得 到Gi+1 ;合并頂點(diǎn)的方式為：當(dāng)任一兩條邊有公共頂點(diǎn)時(shí)，合并這兩個(gè)頂點(diǎn)，如果沒有公共 頂點(diǎn)，則把這個(gè)頂點(diǎn)繼續(xù)傳到Gi+1中，其中i=l，2, 3…m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法，其特征在于：在所述 步驟S1中，所述圖論中，圖的匹配是指邊的一個(gè)集合，其中任一兩條邊都沒有共同的頂點(diǎn)； 圖的極大匹配指的是無(wú)法再添加一條邊到所述邊的集合中且滿足任一兩條邊都沒有共同 的頂點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法，其特征在于：在 所述步驟S1中使用圖論中圖的極大匹配概念對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰進(jìn)行粗化過程，即當(dāng)找到一個(gè)圖 的極大匹配時(shí)，將圖的極大匹配中的每一條邊的兩個(gè)點(diǎn)合為一個(gè)點(diǎn)，將新的點(diǎn)的權(quán)重設(shè)為 原來兩個(gè)點(diǎn)的權(quán)重之和，其中權(quán)重指的是交換機(jī)處理的流的數(shù)量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法，其特征在于：所述將 圖的極大匹配中的每一條邊的兩個(gè)點(diǎn)合為一個(gè)點(diǎn)的合并操作，能夠保證粗化后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?與原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂邢嗤膶傩?，在?duì)粗化后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰的劃分，保證原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚?有相同效果的劃分結(jié)果。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法，其特征在于：在所述 步驟S2中，將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰粗化后分成的m個(gè)區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化；細(xì)化過程指的就是針 對(duì)每個(gè)Pi (i=l，2, 3···πι)，對(duì)Pi進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到最小局部劃分的過程；細(xì)化的具體過程 為：由Gm恢復(fù)到Gm時(shí)，假設(shè)頂點(diǎn)a所處的區(qū)域?yàn)?，如果頂點(diǎn)a為區(qū)域1的內(nèi)部頂點(diǎn)，則不 對(duì)a進(jìn)行處理；如果a為邊界頂點(diǎn)，則此時(shí)計(jì)算區(qū)域1的負(fù)載，接著假設(shè)將a劃分到與區(qū)域 1相鄰且a是其公共頂點(diǎn)的區(qū)域，分別計(jì)算它們的負(fù)載，選擇負(fù)載最小的那個(gè)區(qū)域并將a劃 分到該區(qū)域中，對(duì)Gy中的頂點(diǎn)進(jìn)行迭代操作，直至所有的點(diǎn)都遍歷過停止。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)的控制器放置方法，其特征在于：在所述 步驟S3中，所述控制器的放置方法為：遍歷所述K個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)頂點(diǎn)，求出每 個(gè)頂點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信總量值，而后，選取網(wǎng)絡(luò)通信總量值最少的頂點(diǎn)作為放置控制器的位置； 其中，網(wǎng)絡(luò)通信總量值指的是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲懈鱾€(gè)交換機(jī)之間數(shù)據(jù)交互的流量值的總和。
【文檔編號(hào)】H04L12/937GK104065590SQ201410337496
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】張棟, 郭俊杰, 余春艷, 林清祥, 林新安 申請(qǐng)人:福州大學(xué)