基于电力数据中心架构的SDN控制器优化部署

李志伟++王易文

摘 要：随着SG-186工程及随后的SG-EPR的提出，智能通信信息平台的建设和发展，电力数据爆炸式增长，现有的电力数据中心处理庞大数据的效率不高，无法满足电力用户的需求即服务质量（QoS）得不到保障。通过对电力数据中心的分析及对SDN的研究，阐释了SDN对电力数据中心的实用性，将SDN合理的运用于电力数据中心，并在此基础上提出一种优化方案，最后在mininet实验平台上进行仿真测试。

关键词：电力数据中心；SDN；控制器

引言

电力数据中心作为电力行业信息化的载体，主要是提供信息的分析处理及存储的能力，是电力信息技术服务的核心基础设施，保证电力信息系统业务连续、可靠、安全地运行。随着物联网技术的到来，电力数据中心的规模不断扩大，体系愈发复杂，这使得电力数据中心涉及到的光纤交换机、网络设备、服务器、安全设备、接入交换及汇聚交换设备等软硬件设备数目越来越大，同时SG-EPR业务在电力数据中心的部署让业务的种类及数量增加，信息系统灾备业务的庞大数据量会占用较大的带宽，最后从近几年的数据看来，电力数据中心由于要具备较高的稳定性并且要保证供电可靠性，能耗也普遍提高。

针对传统电力数据中心出现的这些问题，很多学者和专家都在思考解决的方案，特别是最近几年大数据和云计算的出现，都可以对电力数据中心的体系有所改善。而软件定义网络（SDN）自2009年入围十大前沿技术后就一直备受关注，SDN网络的部署是通过软件来定义来实现的，其本質属性是控制与转发的分离、具有开放的编程接口和集中化的网络控制。SDN使网络的管理变得更加便捷和灵活，实现了业务的自动化部署，提高了资源的利用率，降低了网络的建设和维护成本，推动了网络业务的创新。SDN的思想符合网络的简单、开放、可编程和易扩展的要求，得到了学术界和工业界的大力支持，被认为是网络发展的方向，成为近年来业界的热门技术。

1 基于SDN的电力数据中心体系架构

SDN是一种新型的网络技术，它将传输网络中的控制平面与数据转发平面分离，并推送到集中式的控制器中。SDN集中控制方式屏蔽了物理设备的差异性，并通过南北向接口实现网络的可编程化控制。将SDN技术应用到电力数据中心，构建软件定义电力数据中心体系，主要的功能优势包括以下几个方面：（1）集中高效的管理和运维数据中心网络；（2）多路径转发功能；（3）智能的虚拟机部署和迁移；（4）高效的资源优化配置和弹性调度。

经典的三层架构如图1所示，SDN基本架构如图2所示。

电力数据中心SDN系统架构借鉴了业界流行的三层架构。底层采用通用转发平面构建物理承载网络，南向采用支持异构设备接入的、面向演进的适配接口，目前支持主流的OpenFlow南向接口协议网络操作系统实现分散资源的统一控制，承载层实现电力业务快速感知与对接，北向支撑电力应用层平台，为管理者提供简单、灵活的用户界面。电力数据中心SDN系统架构如图3所示。

2 SDN控制器组部署优化

SDN控制器在SDN架构中处于核心地位，是SDN体系的控制中心，它的功能性直接会影响到整个SDN网络，也是决定SDN能大规模应用的前提。

我们把控制器分为不同的层次：最下面我们称之为南向接口层，有OpenFlow、NetConf/XMPP、BGP等不同的数据协议，因为控制器往下要管理不同的节点，这些不同的vSwitch或者物理交换机使用的协议不一样。第二层是SAL适配层，这一层屏蔽了不同的厂商或者不同的设备对南向提供接口的差别，让上层的模块运行起来可以仅仅针对他关心的业务处理，而不用关心不同厂商的API有什么差别。再往上就是基础的网络功能模块和内置应用，其中最关键的计算都是由Overlay模块完成的。接着往上就是北向接口层了，就是可编程的控制器要对外提供一个良好的编程接口。最后还有一部分就是管理层，其中有软件的管理、软件自身的升级、增加模块、生命周期管理、集群的管理及一些UI的界面。控制器逻辑层次如图4所示。

在SDN体系架构中都有一个SDN控制器，但是如果将SDN应用到电力数据中心中去处理庞大的数据的时候，单节点的控制器肯定效率比较低，或者如果真的有这样一台控制器，那造就的成本一定很高，而且可靠性差，一旦受到攻击会影响整个体系运转。单个控制器控制基本型架构如图5所示。

针对单一控制器的弊端，对其进行优化，采用控制器组的方式进行部署，将一台变成多台，其中一部分是主控制器一部分是副控制器，主控制器对上提供北向的访问接口，负责对这个控制器组进行管理，副控制器就负责管理控制交换机，连接交换机的方式即南向接口。把所有的主控制器放在一个区域内，作为主控制器组，其他的作为备份，这就保持这个控制器组有一个持续的不间断的对外提供北向接口的能力。下面的一些副控制器分到一个一个的区域内，一个区域不止一台副控制器，交换机会连接到一个区域所有的副控制器上，在一个区域的的副控制器中选取一个作为主，这样一个交换机有多个副控制器，如果主的那个宕掉了，这个交换机发现以后就可以从剩余的里面选择一个新的，备变成主，这样就可以提供一个不间断的服务能力，提高了可靠性。如图6所示。

在这些控制器之间都是可以实现数据共享的，也包含实时备份的功能，当某台控制器业务数据变化时，其数据会保存在数据库当中。

3 结束语

针对SDN单一控制器的问题，对其进行优化部署之后可以大大提高其安全性能，提高整个数据中心的可靠性，可以预防对主控制器进行攻击的安全性问题，同时多个控制器也能提高数据中心的工作效率而且多个控制器是对单一控制器的简化后的控制器组，相对而言成本也有所降低。

参考文献

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