• 2017
  • Computer Communications
  • 问题:in-band网络的多控制器放置问题,考虑到多个控制器之间的同步(Ctr-Ctr)可能影响到控制器与交换机(Ctr-Sw)的时延;

    关于同步

    首先分析了两种分布式控制器的同步模式:SDO及MDO:

  1. SDO(single data-ownership):单个Leader、多个Follower的模式,所有控制器收到来自所属交换机的请求后都需要发送给Leader,Leader广播到所有的Follower,然后根据大多数的意见反馈给发送请求的控制器。一种强一致性的模式;
      这个模式下,Ctr-Sw的时延由交换机到所属控制器,Follower到Leader及与Leader距离最远的Follower组成;
      
  2. MDO(multiple data-ownership):各个控制器处理自己域的事务,定时同步各自域的状态(拓扑,流表等)。一种弱一致性(最终一致性)的模式;
      这个模式下,Ctr-Sw的时延只有交换机到所属控制器的时延;
    可见,对于不同的同步算法,Ctr-Sw的差异很大。特别是对于SDO,Ctr-Ctr对于Ctr-Sw的影响不可忽略;

Ctr-Ctr与Ctr-Sw

  显然,在SDO下,Ctr-Ctr与Ctr-Sw不能同时达到最优。但是实验表明可以通过增加一定的Sw-Ctr时延,可以明显减少Ctr-Ctr的时延(多达几个数量级);


算法

分布式控制器放置问题的目的是求出与各个控制器直连的交换机;即:

$$π = [π_C]_{C=1}^C$$

解的数量可以表示为
$$|\Omega| = C_N^C$$
  其中,N为交换机数量,C为控制器数量;
  
  EVO-PLACE算法输出为C,N及循环次数i_max,输出一个Pareto解集P,具体如下:
  (1)设置Pareto解集P,初始为空;
  (2)随机生成一种放置解π;
  (3)与P中的每一个解p比较:如果π被p支配则删除π,并执行(7);若p被π支配则用π代替p,并执行(4);
  (4)选择π中与其他控制器距离最远(时延最大)的控制器c,及离c最近的控制器c';
  (5)沿路径<c,c'>,将c移动一跳得到π‘,如下图所示;

    (6)将π'与P中每一个解p比较:若p被π‘支配则用π’代替p,并执行(7);
    (7)执行(2),直到循环次数达到i_max;
  其中,(4)(5)是为了减少Ctr-Ctr的时延来获得更优的解;

实验

  论文对中小型ISP网络进行了枚举形成散点图并标注Pareto点。通过分析Ctr-Ctr时延的减少和Ctr-Sw的时延的减少来证明Ctr-Ctr与Ctr-Sw的结论;
  算法方面,比较EVO-PLACE和RND-PLACE(随机生成,不执行上一节中的(4)(5)步)的结果与枚举得到的Pareto解的差异(Ctr-Ctr和Ctr-Sw的差值);

支配及被支配

假设任何二解S1 及S2 对所有目标而言,S1均优于S2,则我们称S1 支配S2(s2 is dominated by s1),若S1 的解没有被其他解所支配,则S1 称为非支配解。
对于本文,目标函数为:最小化Ctr-Ctr平均时延最小化Ctr-Sw平均时延

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