[논문 리뷰] EASM: Efficiency-Aware Switch Migration for Balancing Controller Loads in Software-Defined Networking

Tao Hu, Julong Lan외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 23.

Software-Defined Networks and 5G인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 소프트웨어 정의 네트워킹에서 제어기 부하를 균형 잡고 이동 효율성을 최적화하는 새로운 스위치 이송 기법인 EASM을 제안한다. 부하 차이 행렬과 트리거 요인을 통합적으로 고려하여, EASM은 제어기 응답 시간을 평균 21.9% 감소시키고, 동적 네트워크 환경에서 기준 방법보다 평균 30.4% 더 높은 처리량을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 동적 네트워크 트래픽으로 인한 분산 SDN 제어 평면에서의 제어기 부하 불균형 문제를 해결하기 위해.
• 부하 균형만을 우선시하는 스위치 이송 기법에서 발생하는 제어 오버헤드와 이송 비용을 줄이기 위해.
• 부하 균형 성능과 이송 효율성을 동시에 최적화하는 방법을 개발하기 위해.
• 다양한 네트워크 규모에서 낮은 응답 시간과 높은 처리량을 유지하기 위해.

제안 방법

• 분산 제어기 간의 불균형을 정량적으로 측정하기 위해 부하 차이 행렬을 도입한다.
• 부하 이탈 정도에 기반하여 스위치 이송을 시작할 최적의 시점을 결정하기 위해 트리거 요인을 정의한다.
• 부하 균형률과 이송 비용 간의 트레이드오프로 이송 효율성 문제를 수식화한다.
• 총 비용을 최소화하면서 부하 균형을 향상시키는 데 초점을 맞춘 중심집중형 최적화 알고리즘으로 EASM을 설계한다.
• 다양한 네트워크 규모에서 EASM을 기준 방법과 비교하기 위해 시뮬레이션 기반 평가를 수행한다.
• 평가 프레임워크에서 응답 시간과 처리량을 핵심 성능 지표로 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDN에서 스위치 이송을 어떻게 최적화할 수 있을까? 이는 제어기 부하를 균형 잡고 이송 오버헤드를 최소화하는 데 목적이 있다.
• RQ2 분산 제어기 아키텍처에서 부하 균형 효과성과 이송 비용 간의 트레이드오프를 가장 잘 캡처하는 지표는 무엇인가?
• RQ3 스케일과 트래픽이 변화하는 동적 네트워크 조건에서 제안된 EASM 기법은 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ4 기존 방법과 비교해 EASM은 제어기 응답 시간을 얼마나 줄이고 처리량을 향상시키는가?
• RQ5 부하 차이 행렬과 트리거 요인이 효율적이고 적시적인 스위치 이송 결정을 효과적으로 이끌 수 있는가?

주요 결과

• EASM은 기준 방법 대비 평균적으로 제어기 응답 시간을 약 21.9% 감소시킨다.
• 다양한 네트워크 규모에서 제어기 처리량이 평균적으로 30.4% 향상된다.
• EASM은 이송 비용과 이송 시간을 크게 줄이면서도 높은 부하 균형률을 유지한다.
• 모든 네트워크 크기에서 응답 시간, 처리량, 비용 등 모든 지표에서 뛰어난 성능을 달성한다.
• 부하 차이 행렬과 트리거 요인의 통합은 최소한의 제어 오버헤드로 적시이고 효율적인 이송 결정을 가능하게 한다.