基于軟件定義網(wǎng)絡的分層式控制器負載均衡機制

朱世珂，束永安

(安徽大學 計算機科學與技術學院,合肥 230601)

基于軟件定義網(wǎng)絡的分層式控制器負載均衡機制

朱世珂*，束永安

(安徽大學 計算機科學與技術學院,合肥 230601)

針對軟件定義網(wǎng)絡(SDN)多控制器負載均衡過程中控制器之間通信開銷大以及控制器吞吐量低等問題，提出一種分層式控制器負載均衡機制?；诜謱邮郊軜嫞ㄟ^超級控制器與域控制器協(xié)作完成負載均衡，并采用預定義負載閾值以減少域控制器與超級控制器之間的消息交換開銷；同時，該機制可以有效選擇出過載最重的域控制器，并從該過載域控制器所控制的交換機中選取多個符合遷移標準的交換機，將其同時分別遷移到多個綜合性能高的域控制器上，從而解決多控制器間負載不均衡問題。實驗結果表明，與層次式SDN控制器協(xié)同負載均衡方案(COLBAS)以及用于控制器負載均衡的動態(tài)和自適應算法(DALB)相比，所提機制系統(tǒng)的消息數(shù)量降低了約79個百分點，且該系統(tǒng)的吞吐量分別比DALB、COLBAS分別提高了約8.57%、52.01%。所提機制能夠有效降低通信開銷，并提高系統(tǒng)吞吐量，有更好的負載均衡效果。

軟件定義網(wǎng)絡；分層式控制器；負載閾值；交換機遷移；負載均衡

0 引言

隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構已經(jīng)無法滿足人類的需求，新的網(wǎng)絡架構軟件定義網(wǎng)絡(Software Defined Network, SDN)[1]應運而生。

SDN的設計思想主要是將網(wǎng)絡的控制功能和轉發(fā)功能分離，使得控制平面能夠更有效地提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡監(jiān)控能力。作為數(shù)據(jù)轉發(fā)控制的核心，控制平面表現(xiàn)出越來越重要的作用。當網(wǎng)絡規(guī)模增大，控制器接收的流超出其最大負載時，控制器將無法繼續(xù)正常工作。目前，解決控制器負載不均衡問題主要有以下兩種方法：一是通過為控制器配置多冗余容量來應對大量突發(fā)流，但是這種方法會造成資源浪費以及增加系統(tǒng)開銷；二是增加控制器數(shù)量，但是多控制器可能會存在某一個或者某些控制器發(fā)生負載時，其他控制器卻處于不工作或輕負載的狀態(tài)，這種控制器之間負載的不均衡，會導致網(wǎng)絡性能的下降。

為了解決多控制器之間負載不均衡、控制器之間通信開銷大以及系統(tǒng)吞吐量低等問題，本文提出基于SDN的分層式控制器負載均衡機制，旨在提供一種兩層控制器架構，通過頂層超級控制器選擇出要遷移的交換機以及將其遷移到目標控制器上，以降低控制器之間的通信開銷，提高系統(tǒng)吞吐量，達到更好的負載均衡效果。

1 相關研究

針對多控制器之間的負載不平衡問題，文獻[2]提出一種用于控制器負載均衡的動態(tài)和自適應算法(Dynamic and Adaptive algorithm for controller Load Balancing, DALB)，文獻[3]提出一種基于多個分布式控制器的負載通知策略的負載平衡機制，這兩種方案均減少了由網(wǎng)絡傳輸引起的決策延遲；但是該策略周期性收集負載信息增加了控制器之間的通信開銷。文獻[4]提出用于可擴展SDN的多控制器的負載分配方案，實現(xiàn)了可擴展；但并未考慮相鄰控制器也過載的情況。文獻[5]提出一種新穎的負載平衡策略,使用擴展服務器動態(tài)分配流量，緩解了負載，提高了吞吐量。文獻[6]提出一種用于SDN控制平面的分布式負載平衡算法，其目的是動態(tài)平衡SDN控制器集群上的控制流量，從而最大限度地減少延遲、緩解負載，并提高整體集群吞吐量。上述方案都是基于單層控制器的負載均衡方案，雖然可以緩解控制器負載，但是無法高效解決各個控制器之間的負載平衡問題，很難滿足大型網(wǎng)絡的需求。

針對單層控制器負載平衡時通信開銷大、吞吐量低等問題，文獻[7]提出了一種控制器協(xié)同負載平衡策略(COoperative Load BAlancing Scheme for hierarchical SDN controllers, COLBAS)，文獻[8]提出balanceflow概念，兩種方案均采用兩層控制器架構，通過超級控制器與常規(guī)控制器協(xié)同完成負載均衡；但是常規(guī)控制器群需要周期性向超級控制器發(fā)送負載信息，增加了系統(tǒng)開銷。類似地，文獻[9]提出一種基于集群控制器的交換機遷移機制的動態(tài)負載均衡方法，由于協(xié)調器節(jié)點周期性收集負載消息，同樣會增加系統(tǒng)開銷。文獻[10]提出一種軟件定義網(wǎng)絡的分布式層次控制器平面，采用三層架構，有效解決了可擴展性和可靠性問題；但其僅僅是描述了一種層次式架構，并沒有具體描述如何解決控制器之間的負載問題。文獻[11]提出一種SDN的動態(tài)負載平衡架構，超級控制器與分割成簇的常規(guī)控制器進行通信，當檢測到過載簇時，超級控制器將常規(guī)控制器分割成新簇，并更新常規(guī)控制器的簇矢量；但是，其僅僅是簡單描繪了一種負載平衡架構，并沒有驗證這種架構對于控制器負載平衡的可行性。文獻[12-15]的目標均是規(guī)劃出流傳輸?shù)淖顑?yōu)路徑，但負載均衡時，每次可供選擇的路徑少，且流劃分粒度粗，很難達到最優(yōu)效果。以上方案在大型網(wǎng)絡中依然面臨著負載均衡過程中控制器之間通信開銷大以及控制器吞吐量低等問題。

2 系統(tǒng)模型

本文采用分層式控制平面架構進行負載均衡的研究，如圖1所示，分層式控制平面架構分為三層：物理層、域控制器層、超級控制器層。底層是物理層，包含大量連接的OpenFlow交換機或路由器(本文默認為OpenFlow交換機)，其主要功能是負責數(shù)據(jù)的轉發(fā)；中間層是域控制器層，由若干域控制器組成，每個域控制器控制一個域，每個域包含若干交換機，其主要功能包括處理交換機的流轉發(fā)請求、向底層交換機下發(fā)轉發(fā)規(guī)則，并將其發(fā)送到超級控制器層等；頂層是超級控制器層，超級控制器層將域控制器視為設備，為域控制器提供全局網(wǎng)絡視圖，并制定相應的全局策略下發(fā)到域控制器。超級控制器層包括兩個超級控制器：一個保持活動狀態(tài)，另一個處于待機狀態(tài)，兩個超級控制器之間采用熱備份策略[16],使得活動狀態(tài)下的超級控制器在發(fā)生故障或者過載的情況下，保證冗余并保持網(wǎng)絡可用于實時處理，因此該程序可以將恢復時間調整為最小的恢復時間。當網(wǎng)絡規(guī)模較大時，頂層的超級控制器會處理大量信息，容易造成網(wǎng)絡過載，此時，應保持待機狀態(tài)的超級控制器被激活，由于超級控制器之間可以通過分布式協(xié)議同步全局抽象網(wǎng)絡視圖，所以待機狀態(tài)的超級控制器被激活后，可以很快接收過載超級控制器下的負載較大的域控制器，從而達到負載平衡的效果。而且超級控制器之間采用文獻[16]中的熱備份策略進行數(shù)據(jù)同步，該策略大大降低了超級控制器之間的通信開銷。

圖1 分層式控制平面架構Fig. 1 Hierarchical control plane architeture

3 分層式控制器負載均衡機制

交換機可以同時連接多個域控制器，但其中只有一個是master控制器，其他都是slave控制器。每個域控制器管理SDN網(wǎng)絡的一個域，而且每個域控制器中都包含兩個組件：1)負載測量組件，負責收集本控制器的負載信息，判斷域控制器的負載是否超過閾值；2)負載通知組件，負責將本控制器的負載信息發(fā)送給超級控制器。

超級控制器中包含三個組件：1)負載收集組件，負責匯總所有域控制器的負載信息；2)平衡決策組件，負責進行負載平衡決策；3)交換機遷移組件，負責遷移所選取的交換機來平衡控制器之間的負載。

本文的負載均衡機制的基本思路如下：首先，域控制器周期性測量自身的負載信息，并檢查域控制器的負載是否超過預設的負載閾值，如果超過負載閾值，超級控制器向其他域控制器發(fā)送負載狀態(tài)請求，其他域控制器將當前的負載狀態(tài)發(fā)送給超級控制器；然后超級控制器中的平衡決策組件進行遷移決策，完成遷移后，所有的域控制器更新自身的負載信息。更新超級控制器上域控制器負載狀態(tài)的過程如圖2所示。

圖2 更新超級控制器上域控制器負載狀態(tài)的步驟Fig. 2 Steps for updating load status of domain controllers on a super controller

接下來詳細介紹超級控制器中的負載收集組件、平衡決策組件和交換機遷移組件，以及域控制器中的負載測量組件和負載通知組件。

3.1 負載測量組件

負載測量組件在每個域控制器上運行，用來周期性測量域控制器的負載信息，包括流表條目數(shù)(F)、交換機的平均消息到達速率(I)以及每個交換機與域控制器交互的往返時間(R)。SDN控制器的負載由許多因素組成，如處理PACKET_IN事件、安裝流條目等。在不同的情況下，這些因素的比例差異很大。但是PACKET_IN事件的處理通常被認為是總體負載中最重要的部分。因此，計算PACKET_IN消息的平均到達速率來表示域控制器的負載。

3.2 負載通知組件

為了作出正確的負載平衡策略，域控制器可以周期性地向超級控制器發(fā)送自身的負載信息，這樣可以減少決策延遲，但是增加了通信開銷。為了解決上述問題，為每個域控制器定義一個負載閾值T，表示消息的到達速率為每秒T個消息，負載閾值根據(jù)每個域控制器自身的性能決定。當域控制器的當前負載值L超過負載閾值T時，才會將其負載信息發(fā)送給超級控制器,這樣可以避免周期性發(fā)送負載信息所帶來的高通信開銷。

3.3 負載收集組件

負載收集組件運行在超級控制器上，其負責收集域控制器發(fā)送的負載信息。負載收集組件收到過載域控制器的負載消息后，向過載域控制器發(fā)送確認消息，并向其他域控制器發(fā)送負載狀態(tài)請求，域控制器收到超級控制器的負載狀態(tài)請求后，向超級控制器發(fā)送自身負載狀態(tài)，然后超級控制器將收集到的所有域控制器的負載信息匯總。

3.4 平衡決策組件

平衡決策組件首先要判斷過載域控制器是否是所有域控制器中過載最重的控制器，然后決定選擇哪個或哪些交換機進行遷移，并選擇哪個或哪些域控制器作為目標域控制器來接收所選擇的交換機。

3.4.1 最重過載域控制器的選擇

在負載均衡過程中，有一個問題是不可避免的，即如果兩個或者多個域控制器的負載同時超過其負載閾值，將導致它們同時進行遷移操作。如果它們同時將交換機遷移到相同的目標域控制器，可能會導致目標域控制器也過載。為了解決上述問題，本文提出了最重過載域控制器的概念，并根據(jù)式(1)選擇最重過載域控制器:

P=(LLoad-TLoad)/TLoad

(1)

其中：P表示過載域控制器的過載比例；LLoad表示過載域控制器的當前負載值；TLoad表示過載域控制器的負載閾值。如果存在兩個或多個域控制器同時過載，則根據(jù)P值對過載域控制器進行降序排列，優(yōu)先選取P值最大的過載域控制器作為最重過載域控制器，并根據(jù)P值從大到小依次對過載域控制器進行遷移操作，即優(yōu)先處理P值最大的過載域控制器，完成遷移操作后，在剩余的過載域控制器中再一次選取P值最大的過載域控制器進行遷移操作，直至負載平衡。如果它們的過載比例相同，采用以下約束公式：

(2)

(3)

3.4.2 交換機選擇

交換機的平均消息到達速率越大，帶給域控制器的負載越大。同時，交換機中的流表條目越多，域控制器所要管理的流表就越大，域控制器的負載也就越大。此外，交換機與域控制器交互的往返時間也是影響負載的重要因素。因此，如果域控制器過載，根據(jù)上述三個因素，采用式(4)選擇交換機進行遷移:

HS=α*F+β*I+λ*R

(4)

其中：HS表示選擇遷移交換機的標準；α、β和λ表示權重系數(shù)，設置α、β和λ的值分別為0.1、0.8、0.1。如果域控制器過載，根據(jù)HS值對過載域控制器所控制的交換機進行降序排列，并優(yōu)先選擇HS值最大的交換機進行遷移。如果HS值最大的交換機可以將過載域控制器的負載降低到負載閾值以下，則只選擇該交換機進行遷移；如果不是，則按照HS值降序排列的順序從大到小選取多個交換機一起遷移，直到滿足下列約束公式：

LMigrate≤TTarget-LTarget

(5)

LLoad-LMigrate

(6)

其中：LMigrate表示過載域控制器所要遷移的負載；TTarget表示目標域控制器的負載閾值；LTarget表示目標域控制器的當前負載值。要確保過載域控制器所要遷移的負載不超過目標域控制器的負載閾值與其當前負載值的差，以及過載域控制器的當前負載值與過載域控制器所要遷移的負載的差值要小于過載域控制器的負載閾值。

3.4.3 目標域控制器的選擇

所要遷移的交換機與目標域控制器之間交互的往返時間越大，遷移的效率就越低。因此，在選擇目標域控制器時，綜合考慮域控制器的負載條件以及每個交換機與域控制器交互的往返時間，并根據(jù)式(7)來選擇目標域控制器：

CTarget=μ1*(TTarget-LTarget)-μ2*R

(7)

其中：CTarget表示選擇目標域控制器的標準；μ1、μ2表示權重系數(shù)，權重系數(shù)總和為1。根據(jù)CTarget值對所有的域控制器進行降序排列，并優(yōu)先選擇CTarget值最大的域控制器作為目標域控制器。如果需要遷移的交換機不止一個，則根據(jù)CTarget值從大到小依次選取與需要遷移的交換機個數(shù)一樣的目標域控制器，并將選取的交換機按照HS值從大到小分別遷移到按照CTarget值從大到小排列的目標域控制器上，保證每個目標域控制器只接收一個遷移交換機，避免多個交換機遷移到一個目標域控制器上的情況。同時，如果存在多個CTarget值一樣的域控制器，采用以下約束公式：

(8)

(9)

ri=(LMigrate+L(Bi))/T(Bi);i∈s

(10)

其中：Q表示目標域控制器的負載均衡率；s表示CTarget值相同的域控制器的集合；T(Bi)表示域控制器Bi的負載閾值；r0表示域控制器的整體負載率；ri表示目標域控制器接收遷移交換機后的負載率。當存在多個CTarget值一樣時，優(yōu)先選取Q值最小的域控制器作為目標域控制器。因為Q的值越小，系統(tǒng)整體負載平衡越好。

3.5 交換機遷移組件

當超級控制器確定最重過載域控制器，并需要遷移多個交換機時，如果按照HS值從大到小依次將交換機遷移到同一個目標域控制器上，不僅會大大增加目標域控制器的負載，還會消耗大量時間，降低了整個系統(tǒng)的性能。因此，本文根據(jù)CTarget值對所有的域控制器進行降序排列，并根據(jù)CTarget值從大到小依次選取與遷移交換機個數(shù)對應的多個目標域控制器，然后將選取的交換機按照HS值從大到小分別遷移到按照CTarget值從大到小排列的目標域控制器上，保證每個目標域控制器只接收一個遷移交換機，避免多個交換機遷移到一個目標域控制器上的情況。

交換機遷移到目標域控制器的過程如下：首先，最重過載域控制器通過controller-controller信道向目標域控制器發(fā)送交換機遷移請求消息來觸發(fā)交換機遷移；然后目標域控制器向所要遷移的交換機發(fā)送一個Role-Request消息，通知交換機它的角色更改為equal，目標域控制器收到交換機發(fā)送的Role-Reply消息后，通知過載域控制器已經(jīng)完成角色更改。目標域控制器轉變成equal后，也可以從交換機接收異步消息，但是不對其作處理。由于過載域控制器可能有很多即將處理的消息，因此過載域控制器繼續(xù)與交換機進行通信，完成未完成的工作，直到交換機向目標域控制器發(fā)送“終止遷移”。收到“終止遷移”消息后，目標域控制器向交換機發(fā)送Role-Request消息使自己變成master域控制器，過載域控制器變成slave控制器，至此交換機遷移完成。

3.6 分層式控制器負載均衡機制描述

分層式控制器負載均衡機制的具體過程如下：

步驟1 測量組件測量F、I以及R的值。

步驟2 如果域控制器的當前負載值L大于負載閾值T，則表示該域控制器為過載域控制器。負載通知組件就會將該過載域控制器的負載信息發(fā)送給超級控制器。

步驟3 超級控制器的負載收集組件匯總所有域控制器的負載信息。

步驟4 如果同時存在多個過載域控制器，則根據(jù)式(1)選取P值最大的過載域控制器作為要遷移的過載域控制器；如果存在多個P值相同的過載域控制器，則根據(jù)式(3)選取θ值最大的過載域控制器進行遷移操作。

步驟5 根據(jù)式(4)對HS值進行降序排列，并從大到小選取一個或多個交換機作為遷移交換機，選取的交換機個數(shù)由式(5)～(6)決定，直到選取的交換機個數(shù)滿足式(5)～(6)的約束條件。

步驟6 根據(jù)式(7)，按照CTarget值從大到小依次選取與需要遷移的交換機個數(shù)一樣的目標域控制器，并將選取的交換機按照HS值從大到小分別遷移到選取的目標域控制器上；若存在多個CTarget值一樣的域控制器，則選取使得式(8)的值最小的域控制器作為目標域控制器。

步驟7 利用交換機遷移組件進行遷移操作。

步驟8 更新相應控制器上的負載狀態(tài)。

4 仿真實驗與分析

4.1 實驗環(huán)境

在版本為12.04的64位Ubuntu虛擬機下，采用mininet進行仿真實驗。超級控制器與域控制器均使用Floodlight控制器，交換機采用OpenFlow交換機。為了評估控制器的性能，使用Cbench軟件。Cbench是一款性能測量工具，專為基于OpenFlow控制器而設計，它可以模擬OpenFlow交換機的數(shù)據(jù)包請求。

4.2 實驗評估

本文采用圖1所示的層次式控制器平面架構進行實驗，并通過測量三個性能指標(通信開銷、負載均衡效果以及吞吐量)進行實驗分析。為了驗證本文所提機制能夠有效地權衡負載均衡度和遷移交換機的通信開銷，將其控制器協(xié)作負載均衡方案(COLBAS)[7]、動態(tài)和自適應算法(DALB)[2]進行實驗對比。其中，COLBAS是通過底層控制平面周期性向頂層控制器發(fā)送負載信息，引起高通信開銷，且系統(tǒng)吞吐量低；DALB是控制器之間周期性互相收集負載信息，同樣引起高通信開銷。

4.2.1 通信開銷

為了測量本文所提出的方法在通信開銷方面的效率，將提出的方法中交換負載狀態(tài)所需要的消息數(shù)量與COLBAS、DALB進行比較。本文假設域控制器層有n個域控制器，COLBAS和DALB均需要n(n-1)個消息來交換控制器之間的負載狀態(tài)，因為它們需要互相收集負載狀態(tài)；而本文所提的方案中，超級控制器與域控制器之間只需要2n個交換消息。基于這種理論評估，在不失一般性的情況下，分別在3至10個域控制器下進行比較。如圖3所示，顯然，當域控制器數(shù)量增加時，COLABAS和DALB中的域控制器之間需要相互收集負載狀態(tài)，且消息數(shù)量的基數(shù)增大，而本文所提方法只有在達到負載閾值時才會收集負載信息，這樣使得COLABAS和DALB的消息數(shù)量遠遠高于本文方法。例如，如果采用10個域控制器，本文所提方法的消息數(shù)量僅僅是COLBAS和DALB消息數(shù)量的21%，所以相比COLBAS和DALB，本文方法的通信開銷大大降低。

圖3 遷移消息的規(guī)范化數(shù)量對比Fig. 3 Comparison of normalized number for migration messages

4.2.2 負載均衡評估

采用5個域控制器進行實驗，并設置域控制器1、域控制器3、域控制器4和域控制器5的負載閾值為7 000，域控制器2的負載閾值為8 000，即域控制器1、域控制器3、域控制器4和域控制器5每秒最多可接收7 000個PACKET_IN消息，域控制器2每秒最多可接收8 000個PACKET_IN消息。由圖4可知，從0 s至40 s，5個域控制器的負載都是低于其負載閾值的。在45 s時，突然增加域控制器2的消息到達速率，使其負載超過負載閾值，并觸發(fā)負載均衡機制。此時，超級控制器將域控制器2中所選擇的兩個交換機分別遷移到域控制器1和域控制器3上，域控制器2的負載降低，域控制器1和域控制器3的負載上升，而域控制器4和域控制器5上的負載未發(fā)生變化，從而達到了負載均衡的效果。而且，從圖4中可以看出，負載均衡在5 s內完成，這個完成時間是可以接受的。

圖4 負載平衡完成時間Fig. 4 Load balancing completion time

4.2.3 吞吐量比較

吞吐量指控制器每秒可處理的消息數(shù)量。采用4個域控制器(A,B,C,D)進行實驗，通過Chench工具測得域控制器處理PACKET-IN消息的最大速率為每秒10 154個。先向4個域控制器每秒注入5 000個數(shù)據(jù)包，運行到20 s時，突然向域控制器A每秒注入15 000個數(shù)據(jù)包。分別利用COLBAS、DALB以及本文方法進行實驗，實驗結果如圖5所示。

圖5 不同算法吞吐量對比Fig. 5 Throughput comparison of different algorithms

從圖5可以看出，20 s時控制器的平均吞吐量急劇下降。這是由于域控制器A發(fā)生過載，導致PACKET_IN消息因緩沖區(qū)溢出而開始丟失，造成吞吐量降低。域控制器過載會觸發(fā)負載均衡機制，域控制器A將部分負載遷移到其他域控制器上，從而提高了系統(tǒng)吞吐量，并使系統(tǒng)吞吐量趨于穩(wěn)定。顯然，與COLBAS、DALB相比，本文所提方法的系統(tǒng)吞吐量比DALB提高了約8.57%，比COLBAS提高了約52.01%，這是由于本文所提方法可以同時將過載域控制器的多個交換機分別遷移到多個對應的目標域控制器上，大大提高了系統(tǒng)的吞吐量。而DALB可以將交換機遷移到局部最優(yōu)域控制器上，但是需要收集大量負載信息，并且負載策略較復雜，降低了系統(tǒng)的總吞吐量，使得吞吐量低于本文方法。COLBAS需要周期性收集負載信息，負載策略更為復雜，所以其系統(tǒng)總吞吐量低于COLBAS和本文方法。

5 結語

針對SDN多控制器中存在的負載不均衡等問題，本文提出一種分層式控制器負載均衡機制。該機制以降低通信開銷、提高系統(tǒng)吞吐量、達到更好的負載均衡度為目標，采用分層式架構，通過超級控制器與域控制器協(xié)作完成負載均衡。仿真結果表明，該機制與COLBAS、DALB相比，能夠避免周期性收集負載信息，有效降低了通信開銷，同時交換機遷移更合理，提高了系統(tǒng)吞吐量，而且負載均衡完成時間更少，達到了更好的負載均衡效果。下一步工作，將會研究如何降低超級控制器與域控制器之間因信息傳輸所造成的決策延遲。

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This work is partially supported by Natural Science Foundation of Anhui Province (1408085MF125).

ZHUShike, born in 1992, M. S. candidate. His research interests include software defined network, load balancing.

SHUYongan, born in 1966, Ph. D., professor. His research interests include wireless network, software defined network, next-generation network architecture.

Loadbalancingmechanismforhierarchicalcontrollersbasedonsoftwaredefinednetwork

ZHU Shike*, SHU Yong’an

(CollegeofComputerScienceandTechnology,AnhuiUniversity,HefeiAnhui230601,China)

Aiming at the problems that the communication overhead between controllers is large and the controller throughput is low during the load balancing process of multi-controller in Software Defined Network (SDN), a hierarchical controller load balancing mechanism was proposed. Based on the hierarchical architecture, the load balancing was completed through the collaboration of super controller and domain controller, and the predefined load threshold was used to reduce the message exchange overhead between domain controller and super controller. At the same time, the most overloaded domain controller was effectively selected. A plurality of switches conforming to the migration standard were selected from the switches controlled by the most overload domain controller. Simultaneously the selected switches were respectively migrated to a plurality of domain controllers with high overall performance, which solving the problem of load imbalance among multiple controllers. The experimental results showed that, compared with the COoperative Load BAlancing Scheme for hierarchical SDN controllers (COLBAS) and the Dynamic and Adaptive algorithm for controller Load Balancing (DALB), the number of messages in the proposed mechanism system was reduced by about 79 percentage points, and the throughput of the proposed system was about 8.57% higher than DALB and 52.01% higher than COLBAS. The proposed mechanism can effectively reduce the communication overhead and improve the system throughput to achieve a better load balancing effect.

Software Defined Network (SDN); hierarchical controller; load threshold; switch migration; load balancing

2017- 06- 21;

2017- 08- 31。

安徽省自然科學基金資助項目(1408085MF125)。

朱世珂(1992—)，男，安徽淮北人，碩士研究生，主要研究方向：軟件定義網(wǎng)絡、負載均衡； 束永安(1966—)，男，安徽舒城人，教授，博士，主要研究方向：無線網(wǎng)絡、軟件定義網(wǎng)絡、下一代網(wǎng)絡體系結構。

1001- 9081(2017)12- 3351- 05

10.11772/j.issn.1001- 9081.2017.12.3351

(*通信作者電子郵箱1838182190@qq.com)

TP393

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