突发网络环境下风险控制机制的研究

李 栋，蔡 昱

(1.集美大学计算机工程学院，福建 厦门 361000；2.厦门城市职业学院，福建 厦门 361000)

1 研究背景

在万物互联盛行的时代，大数据技术推广实施步伐的不断加快促进了承载网络的变革[1-2]。传统的基于IP网络架构不再满足大数据对全网带宽调度能力的要求，取而代之的是一种基于分布式的数据中心网络。该网络由于具备良好的扩展性，使其被部署在生产实践的多个领域中，用于实施复杂业务的承载。然而实践表明，该网络在实施复杂数据业务过程中呈现出显著的突发特性，并可能因此导致网络局部重载风险的出现[3]。为此，一种可用于高效化解重载风险的软件定义网络架构受到业界广泛关注，通过在该架构上部署ECMP算法来实施不均衡环境下复杂数据中心网络应对重载数据流量业务时的风险调度。然而该算法在面对重载风险时表现出来的流量调度思想总因未能顾及全局实时状态而收效甚微。特别在突发重载数据流占主导地位的网络环境中，该算法实施风险转移的效率不尽如人意。基于此，本文结合复杂数据中心网络突发重载数据流占主导地位的特征，探讨了一种在软件定义网络架构下的风险控制机制，以化解突发网络环境中重载数据流量潜在的风险。

2 风险控制思想

通过测试拟定启动风险控制机制的门限值Pt。当实时平衡度超过该值，控制域中的控制单元将启动风险控制机制,为重载风险规划一条可用的局向，以化解突发模式下重载流量引发的业务失效风险[4]。

3 风险控制步骤

根据上述分析，风险控制思想包含3个作业：(1)分析全局的均衡度；(2)锁定突发环境中具有潜在重载风险的数据流对象；(3)计算出合适的局向分解该数据流对象以化解风险。

实施风险控制的步骤为：首先，初始化全网，并由控制域中的控制单元通过转发域来收集与全网载荷相关的多项实时参量。其次，由控制单元为全网局向计算出权值[7]，并定位出可用于化解风险的最佳局向选项。然后，计算出全网平衡度B，通过分析其和门限值Pt间的大小关系确定启动风险控制机制的必要性。最后，结合全网当前载荷状态计算出适合用于实施风险转移的重载数据流对象，并在实施风险转移化解后更新局向权值。

4 方案测试

将本研究的风险控制方案运行在Mininet 2.2.1平台。该平台上所构建的模拟数据中心网络规模，由汇聚层中的8个交换器和核心层中的4个控制器组成的一个胖树结构。为了模拟数据中心网络载荷突发特性，数据流由灌包软件随机发起，每分钟内发起的数据流服从[100 Mb/s,900 Mb/s]分布，并设置103Mb/s的路由带宽。每3秒监视一次全局参量。

根据风险控制思想，风险控制机制门限值Pt的选取关系到整个复杂数据中心网络的安全性。若选取过小将使全网依然处于业务失效的风险境况；反之将导致控制域反复对数据流对象实施局向调度的情形出现。故开展风险控制算法前需统筹规划一个较为合理的门限值Pt。统计不同程度控制门限下的承载度，收集到如图1所示的数据流业务载荷规模。不难看出，本次风控门限取值0.6为宜。

对突发重载业务高效实施风险控制的重要指标之一便是在部署风控算法后全网局向实施突发业务承载所耗费的时间长度均值[9]。若算得节点对之间承载一次突发业务所需时长较小，说明算法具有可行性。图2所示记录了传统算法和本文风控机制在时长指标考察中的走势。在承载突发业务之初，两种算法在充沛的局向资源上均良好地实施作业，实施业务承载时长均在0.1 s内，算法优势不明显。随着突发业务规模向重载情形转变，此时控制域通过本文设计的风险控制机制计算出局向参考阈，选出最优的分解局向分配给重载对象。此举有效地保证了新局向潜在的二次风险，故实施突发业务的时长相对传统算法总体较短。尤其在700 Mb·s-1的业务规模之后，风险控制机制下业务作业时长表现出了显著的相对优势。传统算法由于在计算新局向前未能对新局向开展二次风险测评，导致新局向存在潜在的业务失效风险，加上重载情形下紧张的带宽资源,势必使业务承载时长总体较大。

图1 不同风控门限下的载荷规模

图2 不同风险调度机制下的突发业务实施时长

图3所示曲线统计了两种算法下全网局向带宽在实施突发业务承载时的资源平均占用程度。从两条曲线走势图可知，两种算法在轻载情形下全网局向资源占用程度相差无几，本文设计的风险控制机制仅保持相对微弱优势。随着随机突发数据流规模扩大至600 Mb·s-1，两种算法的考察指标开始出现明显的差异。这是由于传统算法的风险调度[10]目的仅在于将当前任意重载业务分解至其他局向，却未对所选重载业务对象实施重载等级测评。该算法思想下的风险调度因具有较高的偶然性而不能真正有效地对风险展开控制，甚至导致对任意重载业务对象开展风险转移后，全网局向依旧存在较高的业务失效率。相比之下，本文的风险控制算法在遭遇突发重载风险情形时能够有序地计算出风险最高的重载业务对象，并对其实施风险调度，可有效地进行风险控制。

图3 不同风险调度机制下的全网承载均度

5 结语

本文讨论的突发网络环境下风险控制算法，通过利用控制域监视全网的优势，来实施数据中心网络在遭遇突发重载业务时所面临的业务失效风险的化解策略。将所研究的化解策略移植到测试平台Mininet中，与传统的风险调度算法展开性能对比，能够验证本文所提算法的可行性和高效性。