论文精选 |基于时延和负载均衡的多控制器部署策略

Posted 2021-07-12 郑州大学学报工学版

刘振鹏，王鑫鹏，李  明，任少松，李小菲

河北大学电子信息工程学院

摘要

软件定义网络（SDN）采用流量控制和转发分离的思想，增强了网络配置灵活性和网络需求可编程性等方面的优势，迅速在数据中心网和企业WLAN网等小规模网络中得到了广泛应用。随着网络规模的增长，SDN网络中单一集中式控制器难以满足急速增加的流量需求，因此引入多控制器体系结构对网络流量进行管理和控制。

多控制器体系结构的出现有效避免了传统SDN体系结构中单控制器的故障问题，减轻了可扩展性下降的问题。但SDN网络构建初期不合理的设计、SDN网络运行时流量的波动性等原因会引起多控制器体系结构出现负载不均衡的问题。

图1 SDN网络架构

为确保SDN网络中多个控制器之间负载平衡，针对SDN中多个控制器部署时面对的时间延迟和负载均衡问题，提出一种多控制器部署算法。首先对SDN中时间延迟和负载均衡问题进行建模，构建了以传播时延和控制器集群负载均衡度为优化目标的多目标优化模型。针对该多目标优化模型，首先确定控制器子域管理的交换机数量，再按照距离最近原则开始构建子网，从而提出多控制器部署算法。实验结果表明，所提的多控制器部署算法可以在保证较高的负载均衡性能的基础上，以较低的时间延迟代价获得较优的网络总体性能，网络的合适度达到0.05。在进行多控制器部署时采用粒子群算法，针对传统粒子群算法收敛速度慢的局限性，提出改进的粒子群算法。为提高粒子种群的收敛速度，引入收敛因子，对传统粒子群算法进行改进。之后采用改进的粒子群算法和多控制器部署算法结合的方式对SDN控制器进行部署。实验结果表明，改进的粒子群算法在运行速度上有了较好地改善，与传统粒子群算法相比，改进的粒子群算法在种群的收敛速度上提升约6.3%。

图2 网络总时延比较

图3 网络负载均衡比比较

图4 运行时间比较

作者简介

刘振鹏，河北大学教授、信息技术中心主任，博士。主要科研教学经历：1987年7月毕业于河北大学计算机及应用专业，获工学学士学位；2009年6月在天津大学获得管理学博士学位。担任中国高等教育学会教育信息化分会常务理事，河北省高等教育学会信息网络技术分会理事长，中国计算机学会网络与数据通信专业委员会委员，中国计算机学会互联网专业委员会委员，中国通信学会云计算专家委员会委员。一直从事计算机及相关专业的教学和研究工作，致力于大数据、云计算和信息安全的研究。科研成果：先后获省级教学成果二等奖2项，出版教材5部，其中两部教材入选普通高等教育“十一五”国家级规划教材。在国际期刊、会议和国内核心刊物上发表学术论文100多篇，出版专著2部，申请软件著作权证书10多项，主持、参加国家自然科学基金、国家科技支撑计划、国家社会科学基金、省自然科学基金以及应用课题多项，获得省级科技进步三等奖3项。招生方向及报考需求：招收网络空间安全、通信与信息系统专业硕士研究生，欢迎报考！联系方式：[e-mail]。

引用本文

刘振鹏,王鑫鹏,李明,任少松,李小菲.基于时延和负载均衡的多控制器部署策略[J].郑州大学学报(工学版),2021,42(03):19-25+32.

LIU Z P,WANG X P,LI M,REN S S,LI X F,et al.Dense Depth Interpolation for 3D Human Pose Estimation[J].Journal of Zhengzhou University (Engineering Science),2021,42(03):19-25+32.