[論文レビュー] Controller selection in a Wireless Mesh SDN under network partitioning and merging scenarios

Stefano Salsano, Giuseppe Siracusano+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2014

Software-Defined Networks and 5G参考文献 4被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、動的ネットワークパーティショニングおよびマージを伴うワイヤレスメッシュSDNネットワークにおいて、分散型でWMR（Wireless Mesh Router）によって制御されるマスタ選出プロトコルを提案する。各ワイヤレスメッシュルーターが局所的な指標に基づいて最も適したSDNコントローラーを独立して選出できるようにすることで、トポロジ変更時でさえ一貫性があり、単一コントローラー運用を確保する。評価により、エミュレーションおよびテストベッド環境で低オーバーヘッドかつ迅速な収束が確認された。

ABSTRACT

In this paper we consider a Wireless Mesh Network (WMN) integrating SDN principles. The Wireless Mesh Routers (WMR) are OpenFlow capable switches that can be controlled by SDN controllers, according to the wmSDN (wireless mesh SDN) architecture that we have introduced in a previous work. We consider the issue of controller selection in a scenario with intermittent connectivity. We assume that over time a single WMN can become split in two or more partitions and that separate partitions can merge into a larger one. We assume that a set of SDN controllers can potentially take control of the WMRs. At a given time only one controller should be the master of a WMR and it should be the most appropriate one according to some metric. We argue that the state of the art solutions for "master election" among distributed controllers are not suitable in a mesh networking environment, as they could easily be affected by inconsistencies. We envisage a "master selection" approach which is under the control of each WMR, and guarantees that at a given time only one controller will be master of a WMR. We designed a specific master selection procedure which is very simple in terms of the control logic to be executed in the WMR. We have implemented the proposed solution and deployed it over a network emulator (CORE) and over the combination of two physical wireless testbeds (NITOS and wiLab.t).

研究の動機と目的

• 間欠的接続性と動的トポロジ変更を伴うワイヤレスメッシュSDNにおけるコントローラー選出の課題に対処すること。
• メッシュネットワークにおける既存のマスタ選出プロトコルの限界を克服し、パーティショニング時に一貫性の欠如を回避すること。
• 個々のワイヤレスメッシュルーター（WMR）によって完全に管理される、軽量で分散型のコントローラー選出メカニズムを設計すること。
• 任意の時点で、各WMRに対して1つのコントローラーのみがマスタとして機能することを保証し、ネットワークの一貫性を維持すること。

提案手法

• 各WMRは利用可能なSDNコントローラーの局所的ビューを維持し、事前に定義された指標（例：遅延、負荷、近接性）に基づいてそれらを評価する。
• 分散型のコントローラー選出手順を各WMRで局所的に実行し、グローバルな調整に依存しない。
• リアルタイムの指標に基づいて最も適切なコントローラーを選出するための単純で状態非依存の論理を用いる。
• 複数のコントローラーが同時にマスターステータスを主張することを防ぐことで、一貫性を確保する。
• COREネットワークエミュレータおよび2つの物理テストベッド（NITOSおよびwiLab.t）を用いて、実装と評価を実施する。
• 複雑なコンセンサスアルゴリズムを回避することで、コントロールプレーンのオーバーヘッドと複雑さを低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 間欠的接続性によりネットワークがパーティションに分かれても、ワイヤレスメッシュSDNがどのようにして一貫性のあるコントローラー割り当てを維持できるか？
• RQ2 ネットワークのパーティショニングおよびマージイベント時に、各WMRがどのようにして自律的に最も適したSDNコントローラーを選出できるか？
• RQ3 なぜ従来のマスタ選出プロトコルが、動的トポロジ変更を伴うメッシュネットワーキング環境には不適切なのか？
• RQ4 グローバルな調整なしに、軽量で分散型のコントローラー選出プロセスがどのようにして単一マスタ制御を保証できるか？
• RQ5 本稿で提案するソリューションは、実世界のネットワークダイナミクス下で、どのようなパフォーマンスおよび収束特性を示すか？

主な発見

• 提案されたコントローラー選出メカニズムは、テストされたすべてのパーティショニングおよびマージシナリオにおいて、各WMRに対して単一マスタ制御を正常に維持した。
• ネットワーク再構成後、エミュレータおよびテストベッド環境の両方で、コントローラー遷移が数秒以内に迅速に収束した。
• 複雑なコンセンサスプロトコルを避けることで、軽量で分散型の論理によりコントロールプレーンのオーバーヘッドが低減された。
• COREおよび物理テストベッド（NITOSおよびwiLab.t）における評価により、実世界の無線環境下でもプロトコルの頑健性と一貫性が確認された。
• 従来のマスタ選出プロトコルがメッシュネットワークで一般的に引き起こすコントローラーの不一致およびスプリットブレイン状態を、本アプローチは回避した。