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复杂网络生存遍历算法的研究

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张满宇

[摘?????要]?为应对大数据对网络服务质量（QoS）的要求，复杂的软件定义网络得以部署。然而该网络却因缺乏高效的风险评估频现安全问题。为此，构思一种生存遍历算法，旨在提高复杂网络体系风险的规避能力。算法通过为子网体系构建数学模型，并从全局角度建立目标遍历策略来实施风险规避，同时对风险规避后的潜在风险再次建模开展评估以确保全网生存性。测试表明，生存遍历算法各项指标表现较为显著，具有良好的全局性。

[关??键?词]?复杂网络;失效;生存;计算;评估

[]?TN915.07????[文献标志码]?A??????[]?2096-0603（2019）32-0001-03

目前关于软件定义网络体系稳健性的评估主要围绕转发层面的交换单元内部的流表项来开展。虽有部分研究也针对控制层面的稳健性来开展，但因缺乏全局性而收效甚微。以复杂网络优化算法为例，该算法首先为每个子网体系内定义一个主用控制单元同时定义一个保护控制单元。当某一个子网体系内的主用控制单元失效，则该子网体系内的所有交换单元接入本子网体系内保护控制单元。如果某一个子网体系内的两个控制单元均失效，则遍历其他子网体系并将本子网体系内失效控制单元管辖下的交换单元接入该正常的子网体系。要是子网体系中的主用控制单元均失效，则遍历出最轻载的那个备用控制单元实现交换单元接入。从应用角度分析，传统的优化思想的确改善了应用层业务QoS，但这需以网络开销为代价。故本文从全局优化角度提出一种有效降低网络开销和资源消耗的生存策略。

一、复杂网络体系下的生存思想

为避免传统复杂网络优化算法定义的冗余备用控制单元对全网开销资源造成的浪费，本文提出的复杂网络体系生存算法不再为每一个子网体系提供主备控制单元切换方案，改由将相邻子网体系内的控制单元定义为异常子网体系失效控制单元的备用接入方案。在实施接入之前生存算法遍历全局子网体系内的控制单元计算出待接入控制单元组的权值大小并排序。然后根据权值从大到小对异常子网体系内失效控制单元管辖下的交换单元组实施新的接入，并分析接入新控制单元后该新控制单元的数据流量载荷程度。若重载则遍历权值低一级的子网体系内的新控制单元实施接入并再次分析新控制单元的数据流量载荷程度，以此类推直至接入到合适载荷程度的新控制单元。当失效控制单元管辖下的交换单元所接入的新控制单元并未出现超载，则将当前新控制單元视为本轮生存遍历算法的解决方案。

根据生存算法的思路[1]，假设为一个复杂的软件定义网络定义1个异常子网体系和n个正常子网体系，其中将正常子网体系记作：SN={SN1，SN2，…，SNn}。整个复杂网络体系下的每个SN内均存在一个唯一的控制单元记作C={C1，C2，…CL…Cn，Cn+1}。失效控制单元管辖下的交换单元组记作LE={LE1，LE2，…，LEF}。当复杂网络体系在承载全业务时遭遇到数据流量载荷失效情形，此时交换单元将向其所属控制单元提交规模为Nq的策略请求，控制单元须对此次提交的请求做出计算响应，并将策略计算结果通过南向接口下发给交换单元以便其内存流表及时执行更新操作。将第L个控制单元CL受理第F个交换单元LEF的计算请求所需的处理能力定义为Nq·■。其中■为LEF向CL提交请求的路由代价。同时定义除失效控制单元之外的所有正常控制单元受理全业务的平均载荷程度为（1/F）·■CL■，CL■为CL当前载荷程度。可求得控制单元未失效时的流量载荷承载因子：θB=（1/F）·■[CL■-（1/F）·■CL■，CL■]。进而求出控制单元失效后LEF接入CL之后，该CL的流量载荷承载因子：θA=（1/F）·■[Nq·■+CL■-（1/F）■CL■]。最后得到待选控制单元组中新控制单元被接入的权重：W=（Nq·■）-1·（θA-θB）。当待选控制单元组中某一个控制单元权值最大，则该控制单元首先作为接入的首选对象。

良好的生存机制除了考虑为失效控制单元管辖下的交换机计算出权值最大的新控制单元接入方案之外，还需对被接入的新控制单元展开数据流量处理能力展开分析，避免其重载。令CL数据流量载荷的峰值能力为HL■，则在实施[2]新控制单元接入前应先确保失效控制单元管辖下的交换单元，对被接入的新控制单元的载荷程度要求Nq·■等同或者低于该被接入的新控制单元的载荷余量HL■-CL■，方可执行接入方案。

二、复杂网络体系下的生存机制

本文构思的生存思想旨在为复杂网络体系内部的控制接入过程提供策略稳健性的优化评估。评估的过程从两个方面来分布式实施。首先打破传统优化算法在全网中的冗余定义，充分利用全局有限的控制资源为失效控制单元管辖下的交换单元提供快速修复策略，以降低数据流量载荷在局向时间成本上的代价。