تخصیص پویای سوئیچ برای کاهش هزینه در شبکه های مبتنی بر نرم افزار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه علوم کامپیوتر، دانشکده علوم ریاضی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

2 دانشجوی دکتری، مهندسی کامپیوتر، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی کامپیوتر، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

شبکه‌های مبتنی بر نرم افزار، با جداسازی سطح کنترل از سطح داده در تجهزات شبکه همانند سوئیچ و مسیریاب مزایای بسیار زیادی همچون قابلیت برنامه‌ریزی بیشتر سطح کنترل، استقلال بیشتر شرکت‌های تولیدکنندهتجهیزات شبکه، امکان مجازی‌سازی شبکه، کاهش هزینه‌های عملیاتی و غیره را به ارمغان آورده‌اند. بکارگیری یک کنترلر در شبکه معایبی به همراه دارد. ازجمله اینکه، ترافیک شبکه در بیشتر بخش‌هاشناخته‌شدهبیش‌ازحد خواهد شد و کنترلر ممکن است در حالت سرریز قرار گیرد. بنابراین استفاده از چندکنترلر موجب تعریف مسئله ای به نام مسأله مکان‌یابی کنترلرها خواهد شد که در آن تعداد و مکان نصب کنترلرها، اهمیتمی‌یابد. در این مسأله، هدف یافتن مکان و تعداد بهینه‌ی کنترلرهای موردنیاز در شبکه است که قیدهای مشخصی را برآورد و هزینه‌ی پیاده‌سازی شبکه را کمینه سازد. در این مقاله، به منظور حل مسأله مکان‌یابی کنترلر الگوریتمی براساس تخصیص پویا سوئیچ پیشنهاد و عملکرد آن در مقایسه با روش‌های حل موجود و بر روی دسته‌ی وسیع و متنوعی از نمونه‌ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل از محاسبات بر روی نمونه‌ها نشان از برتری الگوریتم تخصیص پویا سوئیچدر زمان اجرا برای تمام نمونه‌ها ودریافتن حداقل هزینه پیاده‌سازی در برخی از نمونه‌ها با اندازه‌های کوچک و متوسط حکایت دارد. همچنین در شبکه‌های با اندازه بزرگ، الگوریتم تخصیص پویا سوئیچچه در زمان اجرا و چه در هزینه پیاده‌سازی از برتری قطعی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dynamic Switch Allocation to Reduce Costs In Software Defined Networks

نویسندگان [English]

  • Ahmad Moradi 1
  • Ali Abdi Seyedkolaei 2
  • Seyed Amin Hosseini Seno 3
1 Assistant Professor, Department of Computer Science, Faculty of Mathematical Sciences, Mazandaran University, Babolsar, Iran
2 PhD Student, Computer Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Associate Professor, Department of Computer Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Software defined network is a new computer network architecture who separates controller and data layer in network devices such as switches and routers. Separation of the control plane and the data plane has many benefits, such as more programmability of the control plane, the possibility of network virtualization, reduction of operating costs, greater independence of network equipment manufacturers, and so on. By the emerge of software defined networks, a class of location problems, called controller placement problem, has attracted much more research attention. The task in the problem is to simultaneously find optimal number and location of controllers satisfying a set of routing and capacity constraints. In this paper, we suggest an effective solution method based on dynamic switches allocation. We, then compare our method to an existing standard mathematical programming solver on an extensive set of problem instances. It turns out that our suggested method is computationally much more effective and efficient over small to large instances.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Software Defined Network
  • Controller Placement
  • Dynamic Allocation
[1]             Singh, A. K., & Srivastava, S. (2018). A survey and classification of controller placement problem in SDN. International Journal of Network Management, 28(3), e2018.
[2]             Sood, K., & Xiang, Y. (2017). The controller placement problem or the controller selection problem?. Journal of Communications and Information Networks, 2(3), 1-9.
[3]             Nunes, B. A. A., Mendonca, M., Nguyen, X. N., Obraczka, K., & Turletti, T. (2014). A survey of software-defined networking: Past, present, and future of programmable networks. IEEE Communications surveys & tutorials, 16(3), 1617-1634.
[4]             Xia, W., Wen, Y., Foh, C. H., Niyato, D., & Xie, H. (2014). A survey on software-defined networking. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 17(1), 27-51.
[5]             Open networking foundation.   
[6]             Jarraya, Y., Madi, T., & Debbabi, M. (2014). A survey and a layered taxonomy of software-defined networking. IEEE communications surveys & tutorials, 16(4), 1955-1980.
[7]             Sezer, S., Scott-Hayward, S., Chouhan, P. K., Fraser, B., Lake, D., Finnegan, J., ... & Rao, N. (2013). Are we ready for SDN? Implementation challenges for software-defined networks. IEEE Communications Magazine, 51(7), 36-43.
[8]             Heller, B., Sherwood, R., & McKeown, N. (2012). The controller placement problem. ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 42(4), 473-478.
[9]             Moradi, A., & Valinejad, A. (2018). Accelerated Heuristic Approaches to the Capacitated Facility Location Problem. Modern Researches in Decision Making, 3(3), 191-211.
[10]             BabaeiMorad, S., Bagheri, H., & Behnamian, J. (2019). A Hierarchical Covering Location Model with a Multi Period under Uncertainty. Modern Researches in Decision Making, 4(1), 25-53.
[11]             Yao, G., Bi, J., Li, Y., & Guo, L. (2014). On the capacitated controller placement problem in software defined networks. IEEE Communications Letters, 18(8), 1339-1342.
[12]             Ahmadi, V., & Khorramizadeh, M. (2018). An adaptive heuristic for multi-objective controller placement in software-defined networks. Computers & Electrical Engineering, 66, 204-228.
[13]             Wang, G., Zhao, Y., Huang, J., & Wu, Y. (2017). An effective approach to controller placement in software defined wide area networks. IEEE Transactions on Network and Service Management, 15(1), 344-355..
[14]             Killi, B. P. R., & Rao, S. V. (2017). Capacitated next controller placement in software defined networks. IEEE Transactions on Network and Service Management, 14(3), 514-527.
[15]             Azar A., Toghyani A. (2014). A Review Of Full Fuzzy Linear Programming Problems. Management Research In Iran (Modares Human Sciences), 18(1), 55-82.
[16]             Bashiri M., Garmeyi Y. (2014). A Solution Approach For Multi-Criteria Gradual Covering Location Problem Using Simulated Annealing And Artificial Neural Network. Management Research In Iran (Modares Human Sciences), 17(4), 25-41.
[17]             Liao, J., Sun, H., Wang, J., Qi, Q., Li, K., & Li, T. (2017). Density cluster based approach for controller placement problem in large-scale software defined networkings. Computer Networks, 112, 24-35.
[18]             Wang, Y., Zhong, Q., Qiu, X., & Li, W. (2018). Resource allocation for reliable communication between controllers and switches in SDN. Journal of Network and Systems Management, 26(4), 966-992.
[19]             ul Huque, M. T. I., Si, W., Jourjon, G., & Gramoli, V. (2017). Large-scale dynamic controller placement. IEEE Transactions on Network and Service Management, 14(1), 63-76.
[20]             Sallahi, A., & St-Hilaire, M. (2016). Expansion model for the controller placement problem in software defined networks. IEEE Communications Letters, 21(2), 274-277.
[21]             Sallahi, A., & St-Hilaire, M. (2015). Optimal model for the controller placement problem in software defined networks. IEEE communications letters, 19(1), 30-33.
[22]             CPLEX: IBM's Linear Programming Solver.
[23]             Mueller, J., Wierz, A., & Magedanz, T. (2013, November). Scalable on-demand network management module for software defined telecommunication networks. In 2013 IEEE SDN for Future Networks and Services (SDN4FNS) (pp. 1-6). IEEE.
[24]             Herbaut, N., Negru, D., Magoni, D., & Frangoudis, P. A. (2016, July). Deploying a content delivery service function chain on an SDN-NFV operator infrastructure. In 2016 International Conference on Telecommunications and Multimedia (TEMU) (pp. 1-7). IEEE.