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軟件定義網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)控制平面的最小覆蓋布局方法

吳奇 陳鴻昶

吳奇, 陳鴻昶. 軟件定義網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)控制平面的最小覆蓋布局方法[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2020, 42(12): 2849-2856. doi: 10.11999/JEIT190972
引用本文: 吳奇, 陳鴻昶. 軟件定義網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)控制平面的最小覆蓋布局方法[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2020, 42(12): 2849-2856. doi: 10.11999/JEIT190972
Qi WU, Hongchang CHEN. Minimal Coverage Model for Fault-Tolerant Controller Placement in Software Defined Networks[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(12): 2849-2856. doi: 10.11999/JEIT190972
Citation: Qi WU, Hongchang CHEN. Minimal Coverage Model for Fault-Tolerant Controller Placement in Software Defined Networks[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(12): 2849-2856. doi: 10.11999/JEIT190972

軟件定義網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)控制平面的最小覆蓋布局方法

doi: 10.11999/JEIT190972
基金項(xiàng)目: 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFB0804004)
詳細(xì)信息
    作者簡介:

    吳奇:男,1991年生,博士生,研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間安全

    陳鴻昶:男,1964年生,教授,研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間安全、大數(shù)據(jù)分析

    通訊作者:

    吳奇 wqstudyy@126.com

  • 中圖分類號: TN919; TP393

Minimal Coverage Model for Fault-Tolerant Controller Placement in Software Defined Networks

Funds: The National Key Research and Development Program of China (2018YFB0804004)
  • 摘要:

    容錯(cuò)控制平面通過將多個(gè)控制器部署在不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上進(jìn)而增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性,但是大量的控制器部署帶來了巨大的布局成本,嚴(yán)重地限制了容錯(cuò)控制平面在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的部署與應(yīng)用。為了解決上述問題,該文首先構(gòu)造了容錯(cuò)控制平面的最小覆蓋布局模型,然后設(shè)計(jì)了一種基于局部搜索策略的啟發(fā)式控制器布局算法,避免搜索結(jié)果陷入局部最優(yōu)解。在不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中的仿真結(jié)果表明,相對于其他算法,所提算法可以在保證網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)需求的同時(shí),降低網(wǎng)絡(luò)中部署控制器的數(shù)量。

  • 圖  1  容錯(cuò)控制平面的布局方式

    圖  2  交換機(jī)計(jì)算分配順序的影響

    圖  3  控制器布局更新實(shí)例

    圖  4  算法在不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中的需要部署的控制器數(shù)量

    圖  5  3種網(wǎng)絡(luò)中容錯(cuò)需求對算法性能的影響

    圖  6  3種網(wǎng)絡(luò)中控制器容量對算法性能的影響

    算法1 控制器布局搜索CAA
     輸入:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?G$,交換機(jī)集合$S$
     輸出:控制器布局$P$
     步驟1 計(jì)算每一個(gè)交換機(jī)的CCG
     步驟2 利用式(13)計(jì)算交換機(jī)的分配順序
     步驟3  While ($S$)
     步驟4   $s \leftarrow {\rm{order}}\left( S \right)$, $S \leftarrow S - \left\{ s \right\}$
     步驟5   隨機(jī)選擇1個(gè)${\rm{CCG}}$
     步驟6   $P \leftarrow {\rm{CCG}}$
     步驟7   ${\rm{Load}} \leftarrow {\rm{Load}}\left( P \right)$
     步驟8   利用式(11)更新交換機(jī)的分配順序
     步驟9 End While
     步驟10 輸出控制器布局$P$
    下載: 導(dǎo)出CSV
    算法2 基于局部搜索算法的控制器布局算法LSCPA
     輸入:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?G$,交換機(jī)集合$S$,最大迭代次數(shù)${l_{\max }}$
     輸出:優(yōu)化后的控制器布局$P*$
     步驟1  運(yùn)行CAA得到控制器初始布局${P_{\rm{0}}}$
     步驟2  $l = 0$
     步驟3  While ($l \le {l_{\max } }$)
     步驟4   計(jì)算變異算子${\rm{wp}}$
     步驟5   ${P_{l + 1}}\mathop \leftarrow \limits^{} {\rm{Update}}\left( {{P_l}} \right)$
     步驟6   If (${\rm{Num}}\left( {{P_{l + 1}}} \right) < {\rm{Num}}\left( {{P_l}} \right)$)
     步驟7     $P* = {P_{l + 1}}$
     步驟8     $l = {\rm{0}}$
     步驟9     ${P_l} = P*$
     步驟10   else
     步驟11     $P* = {P_l}$
     步驟12     $l = l + 1$
     步驟13   End If
     步驟14  End While
     步驟15  輸出控制器布局$P*$
    下載: 導(dǎo)出CSV
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  • 加載中
圖(6) / 表(2)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-12-09
  • 修回日期:  2020-05-27
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2020-06-22
  • 刊出日期:  2020-12-08

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