[論文レビュー] EASM: Efficiency-Aware Switch Migration for Balancing Controller Loads in Software-Defined Networking

Tao Hu, Julong Lan+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2017

Software-Defined Networks and 5G被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、ソフトウェア定義ネットワークにおける新たなスイッチ移行スキームEASMを提案する。EASMは、制御子の負荷をバランスさせつつ、移行効率を最適化する。負荷差行列とトリガー要因を併用することで、負荷バランス率と移行コストを統合的に考慮し、動的ネットワーク環境下で平均して応答時間を21.9%短縮し、スループットを30.4%向上させる。従来手法に比べ優れた性能を発揮する。

ABSTRACT

Distributed multi-controller deployment is a promising method to achieve a scalable and reliable control plane of Software-Defined Networking (SDN). However, it brings a new challenge for balancing loads on the distributed controllers as the network traffic dynamically changes. The unbalanced load distribution on the controllers will increase response delay for processing flows and reduce the controllers'throughput. Switch migration is an effective approach to solve the problem. However, existing schemes focus only on the load balancing performance but ignore migration efficiency, which may result in high migration costs and unnecessary control overheads. This paper proposes Efficiency-Aware Switch Migration (EASM) to balance the controllers'loads and improve migration efficiency. We introduce load difference matrix and trigger factor to measure load balancing on controllers. We also introduce the migration efficiency problem, which considers load balancing rate and migration cost simultaneously to optimally migrate switches. We propose EASM to efficiently solve to the problem. The simulation results show that EASM outperforms baseline schemes by reducing the controller response time by about 21.9%, improving the controller throughput by 30.4% on average, maintaining good load balancing rate, low migration costs and migration time, when the network scale changes.

研究の動機と目的

• 動的ネットワークトラフィックに起因する分散SDN制御プレーンにおける制御子の負荷不均衡問題に対処すること。
• 単に負荷バランスを最優先とするスイッチ移行スキームにおける制御オーバーヘッドと移行コストを低減すること。
• 負荷バランス性能と移行効率の両方を同時に最適化する手法を開発すること。
• 変動するネットワークスケール下でも低応答時間と高スループットを維持すること。

提案手法

• 分散制御子間の不均衡を定量的に測定するための負荷差行列を導入する。
• 負荷のずれに基づいて、スイッチ移行を開始する最適なタイミングを決定するためのトリガー要因を定義する。
• 負荷バランス率と移行コストのトレードオフとして移行効率問題を定式化する。
• 合計コストを最小化しつつ負荷バランスを改善するようにスイッチの移行先を選択する、集中型最適化アルゴリズムとしてEASMを設計する。
• さまざまなネットワークスケール下で、EASMを従来手法と比較するためのシミュレーションベースの評価を実施する。
• 評価フレームワークにおいて、応答時間とスループットを主な性能指標として統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDNにおいて、スイッチ移行をどのように最適化すれば、制御子の負荷をバランスさせつつ移行オーバーヘッドを最小限に抑えられるか？
• RQ2 分散制御子アーキテクチャにおいて、負荷バランスの効果と移行コストのトレードオフを最も適切に捉える指標は何か？
• RQ3 変化するスケールとトラフィックを伴う動的ネットワーク環境下で、提案されたEASMスキームはどのように動作するか？
• RQ4 既存の手法と比較して、EASMは制御子の応答時間をどの程度短縮し、スループットをどの程度向上させるか？
• RQ5 負荷差行列とトリガー要因は、効率的かつ適切なタイミングでのスイッチ移行意思決定を効果的に支援できるか？

主な発見

• EASMは、従来手法と比較して平均して制御子の応答時間を約21.9%短縮する。
• さまざまなネットワークスケール下で、制御子のスループットは平均して30.4%向上する。
• EASMは、移行コストと移行時間を顕著に低減しつつも、高い負荷バランス率を維持する。
• EASMは、さまざまなネットワークサイズにおいて、応答時間、スループット、コストのすべての指標で優れた性能を発揮する。
• 負荷差行列とトリガー要因の統合により、最小限の制御オーバーヘッドで適切かつ効率的な移行意思決定が可能になる。