[논문 리뷰] Controller selection in a Wireless Mesh SDN under network partitioning and merging scenarios

Stefano Salsano, Giuseppe Siracusano외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 10.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 4인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 동적 네트워크 분할 및 병합 조건 하에서 무선 메시 SDN 네트워크에서 분산식 WMR 제어를 통한 마스터 선택 프로토콜을 제안한다. 각 무선 메시 라우터(WMR)가 국소적 지표를 기반으로 가장 적합한 SDN 컨트롤러를 독립적으로 선출함으로써, 네트워크 구조 변화가 발생하는 동안에도 일관되고 단일 컨트롤러 운영을 보장한다. 평가 결과, 시뮬레이션 환경과 테스트베드 환경에서 낮은 오버헤드와 빠른 수렴 속도를 확인할 수 있었다.

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).

연구 동기 및 목표

• 간헐적인 연결성과 동적 네트워크 구조 변화가 발생하는 무선 메시 SDN에서 컨트롤러 선택 문제를 해결하기 위해.
• 메시 네트워크에서 기존 마스터 선출 프로토콜의 한계를 극복하기 위해, 분할 상황에서 일관성 손실 위험이 발생하지 않도록 하기 위해.
• 각 무선 메시 라우터(WMR)가 완전히 독립적으로 관리하는 경량형 분산 컨트롤러 선택 메커니즘을 설계하기 위해.
• 모든 시점에서 각 WMR에 대해 유일한 컨트롤러만 마스터 상태가 되도록 보장하여 네트워크의 일관성을 유지하기 위해.

제안 방법

• 각 WMR는 가용한 SDN 컨트롤러에 대한 국소적 시각을 유지하고, 정의된 지표(예: 지연, 부하, 근접도)를 기반으로 이를 평가한다.
• 전역적 조율에 의존하지 않는 분산형 컨트롤러 선택 절차를 각 WMR에서 현지적으로 실행한다.
• 실시간 지표를 바탕으로 가장 적절한 컨트롤러를 선택하기 위해 단순하고 상태 없는 논리를 사용한다.
• 다중 컨트롤러가 동시에 마스터 상태를 주장하는 것을 방지함으로써 일관성을 확보한다.
• 해결책은 CORE 네트워크 시뮬레이터와 두 개의 물리적 테스트베드(NITOS 및 wiLab.t)를 사용하여 구현 및 평가된다.
• 복잡한 공약 알고리즘을 회피함으로써 제어 평면의 오버헤드와 복잡성을 감소시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 간헐적인 연결성으로 인해 네트워크가 분할될 경우, 무선 메시 SDN은 어떻게 일관된 컨트롤러 할당을 유지할 수 있는가?
• RQ2 분할 및 병합 이벤트 발생 시 각 WMR는 어떤 메커니즘을 통해 자율적으로 가장 적합한 SDN 컨트롤러를 선택할 수 있는가?
• RQ3 기존의 마스터 선출 프로토콜은 동적 네트워크 구조 변화가 발생하는 메시 네트워크 환경에서 왜 부적합한가?
• RQ4 전역적 조율 없이도 경량형 분산 컨트롤러 선택 프로세스는 어떻게 단일 마스터 제어를 보장할 수 있는가?
• RQ5 실세계 네트워크 동역학 조건 하에서 제안된 솔루션은 어떤 성능 및 수렴 특성을 보여주는가?

주요 결과

• 제안된 컨트롤러 선택 메커니즘은 모든 테스트된 분할 및 병합 시나리오에서 각 WMR에 대해 단일 마스터 제어를 성공적으로 유지한다.
• 네트워크 재구성 후 빠른 수렴을 달성하며, 시뮬레이터 및 테스트베드 환경에서 컨트롤러 전환 시간이 몇 초 이내로 발생한다.
• 복잡한 공약 프로토콜을 회피함으로써 경량이고 분산된 논리 덕분에 제어 평면 오버헤드가 낮다.
• CORE 및 물리적 테스트베드(NITOS 및 wiLab.t)에서의 평가를 통해 실세계 무선 환경 조건 하에서도 프로토콜의 강건성과 일관성이 확인되었다.
• 기존 마스터 선출 프로토콜이 메시 네트워크에서 흔히 발생하는 컨트롤러 불일치 및 스플릿 브레인 상황을 방지한다.