A Restrição de Atraso Afeta o Número de Controladores SDN?

Como mencionado anteriormente, a restrição de atraso entre dispositivos tem impacto sobre o número de controladores SDN alocados. Neste contexto, o número de

0 1 2 3 4 5 6 25 50 75 100 125 150 175 200

Nú

mer

o

d

e

Co

n

tr

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d

o

re

s

Restrição de Atraso em ms (Switch - Controlador)

Heterogeneous

cost=10k

cost=15k

cost=20kCusto=20k

Custo=10k

Custo=15k

switches que um controlador pode cobrir é limitado pelo atraso entre eles. Nesse

contexto, uma restrição de atraso pequena reduz a gama de soluções viáveis que podem ser encontrados. Assim, a restrição definida pela Equação 5 cria uma área de cobertura para cada controlador limitado pelo atraso entre ele e o switch. Consequentemente, em muitos casos, é necessário mais de um controlador para cobrir toda a rede independentemente da sua capacidade. Por isso, é possível explicar os resultados mostrados Figura 4.13. Além disso, a Figura 4.14 mostra o número de casos que são impossíveis de encontrar uma solução. A fim de encontrar uma solução válida, é obrigatório respeitar todas as restrições definidas no modelo proposto (definido na seção 4.4 de formulação do problema). Em resumo, existem duas restrições que levam em conta o atraso dos enlaces de uma topologia. O primeiro é a restrição entre os switches e um controlador (equação 5). A segunda restrição refere-se ao atraso entre controladores (equação 6). Essa restrição também reduz o espaço de soluções porque um controlador não pode ser alocado mais de 200ms longe de outro controlador.

Assim, considerando controladores heterogêneos, ao analisar as 112 topologias com 8 variações de restrição de atraso entre controlador e switch, executamos aproximadamente 896 experimentos. Dos 896 experimentos executados em 98 deles foi impossível encontrar uma solução viável. O que torna alguns casos impossíveis de serem solucionados é a restrição de atraso entre controladores, pois a restrição de atraso entre controlador e switch pode ser atendida alocando mais controladores. Como esperado, a Figura 4.14 mostra que uma restrição de atraso menos restritiva encontra mais soluções. Em geral, uma restrição de atraso entre switches e controlador menor que 75ms gera cenários em que o número de casos insolúveis é duas vezes maior do que restrições acima de 75ms.

Figura 4.14. Número de soluções não encontradas considerando controladores heterogêneos

0 4 8 12 16 20 25 50 75 100 125 150 175 200

P

ro

b

le

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sem so

lu

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o

4.7

Considerações Finais

Neste capítulo, apresentamos uma solução para o problema de alocação de controladores SDN (problema NP-Difícil) onde o objetivo é minimizar o custo financeiro de alocação de controladores SDN com diferentes capacidades. Analisamos a abordagem proposta em 112 topologias reais, investigando quais características das topologias afetam o custo final de alocação.

Nossos resultados mostram que é possível reduzir em 40% o custo de alocação de controladores SDN quando comparamos cenários que consideram controladores com capacidade fixa e heterogênea. O coeficiente de correlação de Pearson foi calculado para avaliar a correlação entre o custo de alocação e média de atraso dos enlaces das topologias e a correlação entre custo e o tamanho das topologias. Os resultados mostram uma correlação positiva apenas para a análise entre custo e tamanho da topologia. Além disso, os resultados mostram que há um total de 2,8% de casos sem solução devido à restrição de atraso entre controladores que inviabiliza a existência de uma solução válida. Por fim, os resultados indicam que dependendo da restrição de atraso entre controlador e switch, em geral, a média tende entre 2 a 3 controladores necessários para cobrir toda a rede.

O modelo proposto28 _{pode ainda ser estendido para considerar novas restrições ou}

apenas ter alguns parâmetros modificados para se adequar a outros cenários. Sendo possível atender diferentes demandas.

Cabe ressaltar que este é um problema NP-difícil (Heller, Sherwood e McKeown, 2012), e devido à sua complexidade, algumas topologias com muitos nós são impossíveis de serem analisadas por um método exato como programação linear devido à quantidade de tempo e recursos computacionais exigidos. Portanto, como trabalho futuro pretende-se atacar o problema inteiro através do uso de uma meta-heurística.

Como resultado deste capítulo foi elaborado ainda um artigo que se encontra em processo de revisão para uma revista intitulado: “Towards a Cost Effective SDN

Controller Placement Based on Linear Optimization” - Computer Networks, Elsevier.

5

5. ANÁLISE DA RESILIÊNCIA DA REDE

NO PROBLEMA DE ALOCAÇÃO DE

CONTROLADORES SDN

No capítulo 5 é proposta uma solução baseada em Programação Linear para o problema de alocação de controladores SDN (SDN Controller Placement Problem). Ao considerar a função objetivo e as restrições descritas no modelo com equações lineares no capítulo anterior, temos uma solução ótima para o problema de alocação de múltiplos controladores minimizando o custo. O custo de encontrar uma solução ótima em um problema de alocação de recursos em redes de computadores com diversas atributos é computacionalmente alto, sendo necessário muitas vezes um alto grau de abstração e simplificação do problema. Outro fator limitante quando se usa equações lineares para modelar um determinado problema é que certos comportamentos que se deseja modelar ou otimizar não são lineares. Cabe ressaltar que utilizando redes reais como entrada para o problema não conseguimos encontrar uma solução ótima em determinados cenários devido ao número excessivo de combinações possíveis, dado o tamanho da rede analisada e, consequentemente, ao grande volume de recursos computacionais que é demandando para encontrar uma solução ótima.

Sendo assim, nós propomos nesse capítulo heurísticas que melhoram a solução gerada no capítulo anterior, do ponto de vista da resiliência da rede, levando em consideração falhas que podem ocorrer e analisando como a rede é afetada. Identificamos ainda a necessidade de um algoritmo de balanceamento de carga que distribui o número de switches entre os controladores permitindo também melhorar a resiliência da rede.