面向網(wǎng)絡(luò)功能的分布式彈性控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域，特別涉及一種面向網(wǎng)絡(luò)功能的分布式彈性控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中部署了大量以硬件盒子(Middlebox)為代表的網(wǎng)絡(luò)功能。尤其隨著NFV 技術(shù)的發(fā)展，硬件盒子功能可通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，并批量部署于網(wǎng)絡(luò)中。隨著可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、軟件 定義網(wǎng)絡(luò)等可編程網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(network function virtualization，NFV)技術(shù) 的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中逐漸出現(xiàn)了新的部署模式，即，NFV將大量傳統(tǒng)硬件功能基于虛擬化技術(shù)軟 件實(shí)現(xiàn)，并將其運(yùn)行于服務(wù)器等商業(yè)設(shè)備。可編程交換節(jié)點(diǎn)將特定流量轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器的功 能實(shí)例中進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)流量的可編程轉(zhuǎn)發(fā)。這種以功能實(shí)例為導(dǎo)向的轉(zhuǎn)發(fā)模式易導(dǎo)致流 量的不均衡問(wèn)題，進(jìn)而引發(fā)控制平面的負(fù)載失衡。即使功能實(shí)例在網(wǎng)絡(luò)建立之初被合理地 布局于全網(wǎng)中，也可能由于流量的動(dòng)態(tài)變化而出現(xiàn)某些控制器負(fù)載間的不均衡。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò) 的分布式控制平面與數(shù)據(jù)平面的靜態(tài)映射結(jié)構(gòu)難以保證負(fù)載均衡，針對(duì)新型部署模式的特 點(diǎn)、技術(shù)條件等，迫切需要提出一種全新的彈性控制方法來(lái)解決負(fù)載不均衡等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種面向網(wǎng)絡(luò)功能的分布式彈性控制方法， 通過(guò)在不同控制域迀移的可編程節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能的彈性控制分布，使網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn) 自動(dòng)負(fù)載均衡。
[0004] 按照本發(fā)明所提供的設(shè)計(jì)方案，一種面向網(wǎng)絡(luò)功能的分布式彈性控制方法，包含 負(fù)載估計(jì)模塊，跟蹤統(tǒng)計(jì)控制器負(fù)載，預(yù)測(cè)PACKETIN事件資源消耗量及每個(gè)交換機(jī)占用控 制器資源；分布式?jīng)Q策器模塊，每個(gè)控制器均運(yùn)行各自的決策器實(shí)例，計(jì)算交換機(jī)迀移策 略，控制器之間的決策器通過(guò)擴(kuò)展東西接口進(jìn)行通信，該分布式彈性控制方法具體包含如 下步驟：
[0005] 步驟1.初始化，在分布式控制平面SDN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校總€(gè)控制器(^根據(jù)控制器-交 換機(jī)映射策略f進(jìn)行交換機(jī)分配；
[0006] 步驟2.負(fù)載估計(jì)模塊跟蹤統(tǒng)計(jì)控制器負(fù)載，當(dāng)負(fù)載滿足決策器模塊觸發(fā)條件時(shí)， 控制器Cn從管理域史中隨機(jī)選擇一個(gè)交換機(jī)s，同時(shí)從其鄰居集合κ(η)中隨機(jī)選擇一個(gè)控 制器(V，控制器Cn從隨機(jī)數(shù)開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，控制器Cn對(duì)其鄰居控制域進(jìn)行觀察是否在進(jìn)行交 換機(jī)迀移活動(dòng)，其中，隨機(jī)數(shù)按指數(shù)分布產(chǎn)生，管理域紀(jì)是指控制器C n在控制器-交換機(jī)映 射策略f下管理的交換機(jī)集合，控制域是指控制器Cn當(dāng)前管理的交換機(jī)集合；
[0007] 步驟3 .分布式?jīng)Q策器模塊計(jì)算交換機(jī)迀移策略，如果倒計(jì)時(shí)結(jié)束，控制器~未觀 察到其鄰居控制域正在進(jìn)行交換機(jī)迀移活動(dòng)，則控制器c n通告全網(wǎng)其將要與(V進(jìn)行交換機(jī) 迀移活動(dòng)；
[0008] 步驟4.交換機(jī)SWcn控制域迀移到(V控制域，迀移結(jié)束后，cn控制域?qū)⒏缕滟Y源 利用率，并重新計(jì)算控制器負(fù)載；
[0009]步驟5.如果控制器(^的倒計(jì)時(shí)結(jié)束前，有觀察到其鄰居控制域中正存在交換機(jī)迀 移活動(dòng)，則控制器cn重置倒計(jì)時(shí)，同時(shí)廣播該消息到所有的控制器，并返回步驟2。
[0010]上述的，預(yù)測(cè)PACKETIN事件資源消耗量具體包含如下內(nèi)容：在控制器內(nèi)部采用平 均資源利用率對(duì)資源消耗量進(jìn)行預(yù)測(cè)，設(shè)控制器U交換機(jī)集合為eg，為代表估 計(jì)事件到達(dá)率，控制器Cj的帶寬、CPU和存儲(chǔ)資源使用率分別標(biāo)記為久，6和4，假設(shè)同一 控制域內(nèi)的交換機(jī)具有相同的f，方和I，則PACKE T IN事件的資源消耗量估計(jì)為：
[0011] 上述的，分布式?jīng)Q策器模塊計(jì)算交換機(jī)迀移策略還包含控制器負(fù)載設(shè)置上門(mén)限、 下門(mén)限，若控制器當(dāng)前負(fù)載低于下門(mén)限或高于上門(mén)限并持續(xù)，則負(fù)載估計(jì)模塊觸發(fā)分布式 決策器模塊進(jìn)行交換機(jī)迀移。
[0012] 優(yōu)選的，當(dāng)控制器出現(xiàn)過(guò)載，分布式?jīng)Q策器模塊將工作在均衡模式;若部分控制器 負(fù)載低于下門(mén)限，分布式?jīng)Q策器模塊將工作在綠色模式，合并空閑控制域的交換機(jī)并關(guān)閉 冗余控制器。
[0013]上述的，PACKETIN事件指數(shù)據(jù)報(bào)文到達(dá)時(shí)向控制節(jié)點(diǎn)傳遞通告報(bào)文，包括向控制 平面?zhèn)鬟f數(shù)據(jù)狀態(tài)信息，向控制平面發(fā)送路由計(jì)算請(qǐng)求。
[0014] 本發(fā)明的有益效果：
[0015] 本發(fā)明提出負(fù)載估計(jì)模塊及分布式?jīng)Q策器模塊，并通過(guò)在不同控制域內(nèi)迀移可編 程節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能的彈性控制分布，使網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)負(fù)載均衡，負(fù)載估計(jì)模塊運(yùn) 行于控制器之上，跟蹤并統(tǒng)計(jì)控制器負(fù)載，觸發(fā)分布式?jīng)Q策器模塊進(jìn)行交換機(jī)迀移;分布式 決策器模塊中每個(gè)控制器運(yùn)行各自決策器實(shí)例，計(jì)算交換機(jī)迀移策略，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源效用 最大化。
【附圖說(shuō)明】：
[0016] 圖1為本發(fā)明的控制平面示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的分布式彈性控制方法流程示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例三控制器消息交互示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0019] 下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，并通過(guò)優(yōu)選的實(shí)施例詳 細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0020] 實(shí)施例一，參見(jiàn)圖1~2所示，一種面向網(wǎng)絡(luò)功能的分布式彈性控制方法，包含負(fù)載 估計(jì)模塊，跟蹤統(tǒng)計(jì)控制器負(fù)載，預(yù)測(cè)PACKETIN事件資源消耗量及每個(gè)交換機(jī)占用控制器 資源;分布式?jīng)Q策器模塊，每個(gè)控制器均運(yùn)行各自的決策器實(shí)例，計(jì)算交換機(jī)迀移策略，控 制器之間的決策器通過(guò)擴(kuò)展東西接口進(jìn)行通信，該分布式彈性控制方法具體包含如下步 驟：
[0021] 步驟1.初始化，在分布式控制平面SDN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校總€(gè)控制器(^根據(jù)控制器-交 換機(jī)映射策略f進(jìn)行分配交換機(jī)；
[0022] 步驟2 .負(fù)載估計(jì)模塊跟蹤統(tǒng)計(jì)控制器負(fù)載，當(dāng)負(fù)載滿足決策器模塊觸發(fā)條件時(shí)， 控制器cn從管理域紀(jì)中隨機(jī)選擇一個(gè)交換機(jī)s，同時(shí)從其鄰居集合4n)中隨機(jī)選擇一個(gè)控 制器(V，控制器Cn從隨機(jī)數(shù)開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，控制器Cn對(duì)其鄰居控制域進(jìn)行觀察是否在進(jìn)行交 換機(jī)迀移活動(dòng)，其中，隨機(jī)數(shù)按指數(shù)分布產(chǎn)生，管理域紀(jì)是指控制器c n在控制器-交換機(jī)映 射策略f下管理的交換機(jī)集合，控制域是指控制器Cn當(dāng)前管理的交換機(jī)集合；
[0023] 步驟3 .分布式?jīng)Q策器模塊計(jì)算交換機(jī)迀移策略，如果倒計(jì)時(shí)結(jié)束，控制器(^未觀 察到其鄰居控制域正在進(jìn)行交換機(jī)迀移活動(dòng)，則控制器c n通告全網(wǎng)其將要與(V進(jìn)行交換機(jī) 迀移活動(dòng)；
[0024]步驟4.交換機(jī)以人~控制域迀移到(V控制域，迀移結(jié)束后，cn控制域?qū)⒏缕滟Y源 利用率，并重新計(jì)算控制器負(fù)載；
[0025] 步驟5.如果控制器(^的倒計(jì)