[发明专利]一种基于模糊逻辑的SDN负载均衡方法

说明书

本发明公开一种基于模糊逻辑的SDN负载均衡方法,主要步骤为：首先，初始化OpenFlow网络；其次，由改进的模糊逻辑均衡算法得到服务器状态：负载均衡模块通过SDN交换机收集服务器状态信息，将CPU利用率、内存利用率、I/O利用率和会话率作为模糊逻辑的输入变量，并分别定义隶属度函数，通过改进的模糊推理得到相应的模糊等级，并通过模糊矩阵完成服务器状态的评判；然后，计算服务器负载值，计算OpenFlow网络负载均衡参数δ；最后，设定负载均衡调整阈值。应用SDN控制平面与数据平面分离的特性解决服务器集群负载均衡问题，解决传统负载均衡硬件价格昂贵，扩展性、可靠性差的问题。

技术领域

本发明属于网络优化、网络测量领域，具体涉及一种基于模糊逻辑的SDN负载均衡方法。

背景技术

近几年，随着互联网+、电子商务与大数据等技术的不断兴起和发展，网络用户数量成比例的增加，互联网的规模与流量成爆炸式增长。同时虚拟化、云计算技术的快速发展，对网络承受能力也是一个巨大的挑战。为了满足网络业务需求，许多互联网企业通常会通过负载均衡技术实现对资源的合理利用，提供高质量、高可靠的服务。由于传统互联网自身的缺陷，现有的负载均衡设备价格昂贵，同时也缺乏足够的扩展性和灵活性。

软件定义网络(Software Defined Network，SDN)，是一种优化和简化网络操作的体系结构方式。它将应用与网络服务、设备之间的交互更紧密的连接在一起，不论它们是物理的还是虚拟化的。OpenFlow协议作为SDN的核心技术之一，可以实现将控制层从传统交换设备中独立出来，从而实现对网络实施更加灵活的控制。

模糊逻辑可以实现用数学公式表达模糊集，解决许多复杂而无法建立精确数学模型的问题。该任务调度模型中，各节点负载状况呈非线性及不可预测性。由于搜集节点信息技术的限制，获取及汇报信息都需要花费额外时间。这样中间件保存的信息，只能表示过去较近时刻的节点负载信息，而不是目前所处的负载情况，系统具有一定的延时性。考虑到收集服务器状态的精度问题，对于节点的负载状态评估，得到的只是估计量，更适合用模糊化语言来表述。

综上所述，对于负载均衡而言，SDN控制转发分离的架构通过控制器作为核心，对网络中流量的监控、实时调度，非常适合作为数据中心网络提供负载均衡服务，而虚拟服务器状态也更适合用模糊化的语言表述。目前也有一些学者对基于SDN的负载均衡技术进行了研究，但是研究基本集中在OpenFlow网络的链路负载均衡，对虚拟服务器负载均衡研究较少。

本发明提出了一个基于SDN的负载均衡策略，通过分析影响负载均衡的参数间的相互关联影响，采用模糊逻辑算法获取虚拟服务器的负载情况，实时分析选择当前负载最轻的虚拟服务器，并设定服务器休眠/重启策略，从而有效避免负载不均衡，提高网络资源利用率。为了验证策略的有效性，搭建了软硬件结合的软件定义网络仿真平台，通过实验对传统的负载均衡策略和本发明提出的策略进行对比，结果表明，发明提出的系统的响应时间较快，曲线变化较为平稳，系统能获得较好性能。

负载均衡主要有硬件实现和软件实现两种方式。其中，硬件负载均衡，是利用硬件设备(负载均衡器)实现负载均衡。依靠其专用的ASIC芯片，可以达到很高的处理性能，但其价格一般十分昂贵。软件实现是利用相应的负载均衡软件，并配置相关协议，从而达到负载均衡的目的。此种方法的配置简单、部署实施较为灵活、成本相对于硬件实现较为低廉。但是由于受到传统网络体系结构的制约，这些解决方案无法同时满足既灵活又高效的要求，而且不具有较强的通用性。

目前国内外学者主要利用OpenFlow技术，分别对网络链路以及服务器进行负载均衡的研究，如针对链路的LABERIO算法，基于服务器CPU利用率进行负载均衡的架构和LOBUS有话算法，以及适用于WEB服务器的负载均衡算法等等。但这些算法在考虑负载均衡影响参数时不太全面，负载均衡算法较为简单，没有统一的策略执行负载均衡算法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于模糊逻辑的SDN负载均衡方法。