一种软件光网络控制器部署方法及存储介质
技术领域
本发明属于软件定义光网络中控制平面跨层生存性设计部分，具体是在控制平面中将区域管控与集中管控相结合的二层SDN控制器的部署方法。
背景技术
近年来，随着用户对在线视频、语音通话等高流量消耗型互联网应用需求的快速增长，承担着网络中主要流量压力的光网络基础设施正面临着巨大的挑战：一方面要求网络传输容量变得更大；另一方面要求网络的管控更加实时、灵活。
软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是由美国斯坦福大学 clean-slate课题研究组提出的一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式。其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。SDN技术能够有效降低设备负载，协助网络运营商更好地控制基础设施，降低整体运营成本，成为了最具前途的网络技术之一。
软件定义光网络(Software Defined Optical Network，SDON)是对SDN 技术的一个具体应用，其网络节点被分为两类，一类是“哑”的转发设备，专注于数据的转发，另一类是为软件驱动的控制器，专注于控制器，它动态的管控光调制，光层路由，波长分配，波长转换等光层任务，从而实现大规模光网络中海量业务的灵活动态资源调度。同时SDON控制平面面向全网进行调度，承载了大量重要的信令业务，任何一条控制信道发生故障都可能造成数据转发平面失去转发能力，带来无法承受的损失。
目前，为了保障网络的灵活管控，控制器部署位置是否合理对保障控制器平面的生存性起着关键性作用。当前已经存在许多关于控制器部署方法的研究，但对于大型网络即链路交互时延较长的网络并没有好的处理方法，现今所提出的方案对于此类网络控制成本较高。
发明内容
针对上述网络，我们针对大型网络，在根据用户给出的可接受故障出现概率P得到达到标准的控制器组合，综合考虑网络中传输时延，控制器数目等方面，提出了一种软件光网络控制器部署方法及存储介质。本发明的技术方案如下：
一种软件光网络控制器部署方法，部署方法采用经典的二层部署方式即区域管控加集中管控相结合的方式，采用多个二级控制器协同完成对整个网络的覆盖，一级控制器用于对多个二级控制器协调工作，其包括以下步骤：
步骤1.将SDN交换机节点划分为起始节点集合和目标节点集合；
步骤2.通过Dijkstra算法求出任意起始节点到所有目标节点的无重边最短路径；
步骤3.根据用户指定的网络故障告警概率P，得到满足条件起始节点可选控制器组合；
步骤4.根据步骤3得到的可选控制器组合集合，计算每个SDN交换机节点的使用次数作为其网络依赖性；
步骤5.根据步骤4所得到的SDN节点网络依赖性，计算出每个起始节点的可选控制器组合的网络依赖性，然后选出起始节点的最优控制器组合；
步骤6.根据步骤5得到的起始节点的最优控制器组合，对其作并集处理，得到二层SDN控制器部署位置；
步骤7.根据步骤5得到的起始节点的最优控制器组合集合，选择使用次数最多的SDN控制器节点作为是管控中心，用于进行多个控制器之间的协调工作。
进一步的，所述步骤1首先需要将网络节点划分为起始节点集合和目标节点集合，起始节点集合为SDN交换机节点集合，目标节点集合作为控制器备选集合，并且目标节点集合和起始节点应包含所有网络节点。
进一步的，所述步骤2使用Dijkstra算法找到起始节点到目标节点的无重边路径，若起始节点对应单个目标节点，则只需利用Dijkstra算法找到其最短路径，若起始节点对应多个目标节点，在使用Dijkstra算法找到目标节点最短路径后，将其权值置换为无穷，再利用Dijkstra算法寻找下一个目标节点的最短路径直至找到所有目标节点的无重边路径，以此来得到满足公式可选控制器组合，使用 Dijkstra算法其时间复杂度为O(n3)此外增加了额外的无重复路径条件，算法时间复杂度增加到了O(n4)，但使用Dijkstra算法能够最大可能的抵消本身网络节点路径较长所带来的交互时延较大的影响。
进一步的，所述步骤3中可选控制器组合表示在能够满足用户可接受的控制信道工作路由发生概率的控制器，计算可选控制器组合的方法如公式(1),其中P 为用户可接受的控制信道工作路由故障发生概率，p为与材质有关的光纤百公里故障概率，L为起始节点到目标节点的长度，k为目标节点总数，i为目标节点
进一步的，所述步骤5根据步骤4所得到的SDN节点网络依赖性，计算出每个起始节点的可选控制器组合的网络依赖性，然后选出起始节点的最优控制器组合，具体包括：
步骤5中计算可选控制器组合的网络依赖性的表达式为：C/N公式(2)，其中C为可选控制器组合中SDN交换机节点的网络依赖性之和，N为可选控制器组合中的备选控制器个数，若有多个可选控制器组合网络依赖性相同，则择优选择可选控制器组合中控制器个数较少的控制器组合。
一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行以上任一项所述的方法。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明在现有方案的基础上，基于图论与集合等数学原理，根据SCD算法核心公式即最大控制路由长度公式衍生出本发明核心公式
本发明基于网络整体考虑，对于SDN控制器定义了一种特性“网络依赖性”，即网络对于SDN控制器的依赖程度，依赖程度越高，SDN控制器控制的SDN 交换机节点越多。此特性主要作用于在得到多个可选控制器组合时，通过求取均值的方式，得到每个可选控制器组合的网络依赖性，选取其最高的控制器组合作为最优控制器组合。以此得到的最优控制器组合能够在作用于整个网络的情况下，部署成本最小化。
本发明方法从用户需求出发，结合实际网络拓扑结构，在满足用户需求前提下完成SDN控制器生存性的部署目标。本部署方法具有以下优势：其一，本发明方法，从用户生存性需求分析，在满足用户生存性前提之下完成控制器的部署，这种思想区别于现有的部署方法，理论上可100％满足用户生存性需求。在用户对生存性要求对不是很高的情况下，系统可通过在用户可接受范围内的生存概率换取控制器部署个数的减少。其二，本发明方法着重于大规模的网络即链路较长，规模较大的网络。此发明为在本团队推行发明SCD算法之后广度研究，着重于在节点总度数较高的情况下，对于大规模，链路长度较高的网络，得到了更为理想的结果如图4所示。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例本发明应用的部署模型；
图2本发明的部署流程图；
图3为本发明产生的随机拓扑图；
图4为两种算法对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
以下结合附图，我们随机生产一个网络拓扑图，对本说明进行进一步说明，本发明提供一种软件光网络控制器部署方式。
如图1所示为本发明所应用的二层部署模型图，多个二级控制器协同完成对整个网络的覆盖，其中一个或多个二级控制器负责对其所SDN交换机节点的管控，该二级控制器或者二级控制器集合单个或联合控制下覆盖整个网络。一级控制器部署在某个二级控制器的位置上，用于进行多个二级控制器之间的协调工作。我们需要先部署二级控制器再在二级控制器组成的实际网络拓扑上部署一级控制器以完成整个SDON控制平面的部署工作。
网络节点由一系列的SDN交换机节点组成，为确定二级控制器的部署位置，首先将网络中的SDN交换机节点进一步规划为起始节点集合与目标节点集合，其中，起始节点集合抽象于SDN交换机节点集合，目标节点集合抽象于SDN 控制器备选位置集合。同时，起始节点集合与目标节点集合应该包含所有网络节点。在此之上，我们通过Dijkstra算法来找到起始节点到所有目标节点的相互独立的最短路径，得到网络拓扑图如图3所示。
根据与用户协商所得到的网络故障告警概率P，我们通过公式
来得到起始节点的可选控制器组合集合。
通过得到的起始节点的可选控制器组合，我们定义SDN交换机节点的网络依赖度为起始节点的可选控制器组合中使用次数。同时，我们规定，若一个SDN 交换机节点在某个起始节点可选控制器组合集合中出现多次，网络依赖度仅加1 即SDN交换机节点网络依赖度最大值不超过网络节点总数
根据得到的网络中所有SDN交换机节点网络依赖度，根据公式C/N得到其可选控制组合的网络依赖度，其中C为可选控制器组合中SDN交换机节点的网络依赖性之和，N为可选控制器组合中的备选控制器个数。在此之上，我们选择其可选控制器组合网络依赖度最高的作为最优控制器组合，若一个起始节点存在多个最优控制器组合，为减少控制器部署成本，优先选择多个最优控制器组合中控制器数目较少的控制器组合作为该起始节点的最优控制器组合
在得到所有起始节点控制器最优控制器组合后，我们对其作并集处理，即可得到二级SDN控制器部署位置。得到二级控制器部署位置后，通过改变用户最大故障概率与SCD算法做对比所得结果如图4所示。
在得到二级SDN控制器部署位置后，我们通过计算在最优控制器组合集合中使用次数最多的控制器节点作为一级控制器节点。
进一步的，我们使用Dijkstra算法找到起始节点到目标节点的无重边路径，以此来得到满足公式可选控制器组合，使用Dijkstra算法其时间复杂度为O(n3) 此外增加了额外的无重复路径条件，算法时间复杂度增加到了O(n4)，但使用 Dijkstra算法能够最大可能的抵消本身网络节点路径较长所带来的交互时延较大的影响。
进一步的，我们通过用户指定的可接受故障概率，得到起始节点的可选控制器组合，保证所得的控制器组合联合控制下满足其设定的故障概率，寻找可选控制器组合算法其时间复杂度O(n4)，虽然总体复杂度相对较高，但指定时延约束的生存性部署方法在这部分采用了离线部署的方式，有效弥补了方法中可能存在的复杂度较高的不足。该部署方法在网络建设前期一次性完成，不占用网络实际计算资源和运行时间，不降低网络部署和建成后的实时运行效率和整体传输性能。
进一步的，在找到所有起始节点的可选控制器组合后，我们定义SDN交换机节点网络依赖度为SDN交换机节点在可选控制器组合集合中使用次数，同时我们规定某个SDN交换机节点在起始节点V可选控制器组合中使用多次，只计算为一次
进一步的，在得到SDN交换机节点的网络依赖度后，我们进行对起始节点的可选控制器组合网络依赖性进行计算，计算方式为其组合里控制器网络依赖度求平均。选择可选控制器组合网络依赖度最高的作为起始节点V的最优控制器组合，若有多个可选控制器组合，则选择控制器组合中控制器个数较少作为最优控制器组合
进一步的，在得到所有起始节点的最优控制器组合后，我们对其作并集处理，得到了二级SDN控制器部署位置，同时选择在最优控制器组合集合中使用次数最多的SDN交换机节点作为一级管控中心对二级SDN控制器进行协调处理
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
