在软件定义网络(SDN)中,如何通过交换机迁移实现负载的弹性控制是当前研究的一个热点问题。SDN将网络控制平面迁移到一个或多个主机上,这些主机被称为控制器,负责管理所有交换机。但是,单一资源受限的集中控制器更容易由于频繁的资源密集型事件(例如OpenFlow(OF)包入事件)而导致负载不均衡。为了解决这个问题,已经提出了几种分布式方案,这些方案主要分为两类:一种是水平均衡所有控制器,即平面架构,另一种是自根至叶的控制器分层架构。然而,这两种架构都固定了控制器与交换机之间的映射关系,因此无法实现控制器之间的负载转移,当控制器之间出现不平衡时无法进行负载调整。
在这种背景下,Guozhen Cheng和Hongchang Chen提出了一个博弈模型来模拟软件定义网络中交换机迁移的竞争。在这种模型中,负载较重的控制器尝试迁移其交换机,而其他负载较轻的控制器则竞争被迁移的交换机。这种模型将负载较轻的控制器视为游戏参与者,而将OF交换机视为商品,利用零和博弈模型来模拟控制器之间对于迁移交换机的竞争。
博弈模型首先由负载较重的控制器(称为游戏赞助者)选择一个要迁移的交换机,并邀请其轻负载邻居作为游戏参与者来形成一个本地游戏域(GD)。基于零和博弈的约束条件设计了一个GD内的游戏进程。值得注意的是,网络上可以存在几个不重叠的GD,从而允许以并发方式计算游戏进程。通过若干数值实验验证了模型的有效性。
软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)是一种新兴的网络架构,其核心思想是将网络设备的控制层和数据转发层分离,实现网络资源的集中管理和动态配置。SDN的一个关键特性是其控制逻辑通过软件实现,因此具有频繁创新和敏捷编程的能力,同时管理起来也相对简单。SDN的关键技术之一是OpenFlow(OF),它允许控制器直接与网络交换机通信,动态控制网络行为。
在SDN中,控制器是网络的大脑,负责执行路由决策、管理网络流量等关键任务。由于所有的交换机都由单个控制器集中管理,这就容易造成控制器的过载,尤其是当控制器需要处理大量资源密集型事件时。为了解决控制器过载的问题,研究者们提出了分布式控制器架构的设计,旨在通过水平或垂直的方式均衡控制器的负载。
例如,一种方法是通过创建控制器之间的协作策略,以达到资源的均衡分配。这种方法中的平面架构,是将控制器分布在不同层次上,相互之间可以进行负载均衡,从而避免单点过载。另一种方法是层次化架构,它将控制器从根到叶分层配置,实现不同层级之间的负载转移。这些设计思路虽然在理论上可以解决负载均衡的问题,但实际操作中,由于控制器与交换机之间的映射关系是固定的,这限制了负载转移的灵活性,导致控制器之间的负载仍然可能失衡。
Guozhen Cheng和Hongchang Chen提出的博弈模型,通过为不同控制器之间的交换机迁移建立竞争机制,尝试在软件定义网络中实现更优的负载均衡。该模型通过零和博弈机制来模拟不同控制器对迁移交换机的竞争行为,并设计了一个有效的游戏进程,以实现在多个非重叠的游戏域中并发地计算游戏进程。通过这种方式,该模型为软件定义网络的负载均衡提供了新的思路和解决方案。