基于FMC 的移动云计算管理系统可伸缩性
基于FMC 的移动云计算管理系统可伸缩性
毛宏云 陈友福 江西应用技术职业学院 江西赣州 341000
董海燕 河源职业技术学院 广东河源 517000
【文章摘要】
本文分析了基于FMC 系统的可伸缩特性，提出了基于分布式可扩展系统控制面板功能的分离策略。并用一系列的模拟实验证明，应用此分离策略能够有效降低个人开放流控制器的保有量，还能提高网络通讯定位的效率。
【关键词】
移动云计算；可伸缩性；开放流；网络管理；分离策略
0 引言
当今社会，人们正通过各种各样的移动终端，如笔记本电脑、平板电脑、智能手机，随时随地地接入互联网络获得所需的服务。事实上，这种灵活又经济有效的服务方式，完全依赖于云计算技术的快速发展。
为更好的实现对移动用户群的服务， 本文提出了一种FMC（Follow-Me Cloud） 技术，该技术可克服当前TCP/IP 架构的移动性限制，并能支持新型移动互联云计算应用程序。
1 FMC 的可伸缩性
FMC 使用开放流（Open Flow）来提供透明的标识符/ 定位符分割，并引入一些开放流规则来支持数据包重新定向到移动节点的新位置。这个过程，无需修改传统的IP 路由设置。当移动发生时，一些硬件将参与到网络控制平台的通信中。特别是，FMC 控制器需要协调它们的活动，并且各种开放流交换器也需要升级转发规则。
在本节中，我们的目标是评估FMC 的可伸缩性，并从数量的角度管理开放流规则。我们看到存在的两个主要问题：第1，有多少规则需要安装在特定的开放流交换器中；第2，FMC 控制器必须管理多少规则。我们定义前者为数据平面的可伸缩性问题；定义后者为控制平面的可伸缩性问题。当开放流交换器卷入许多IP 地址的移动时，数据平面的可伸缩性会影响FMC 的能力。例如，大量的规则将被安装。可一个开放流交换器的能力是有限的，它只能够支持一定数量的规则。这也意味着，从FMC 角度来看 ，能够提供网络服务的并发数是受限制的。毫无疑问，这是非常重要的问题，并值得我们去研究。
我们假设，FMC 是可以被用作一个谨慎分区解决的网络，即由某个开关来控制网络的负荷。那么，很显然，凭借这个数据中心的方案，我们可以添加更多的网络设备来解决问题。换言之，我们可以增加控制平台上的工作负载来解决问题。事实上，控制平台的可伸缩性，与由FMC 控制管理的设备数量和开放流规则总数有关。设备的数量严格依赖与网络维度，并由FMC 控制器集中式的管理分区。此外， 我们假设，这个控制器知道，提前建立开放流交换器规则是必须的。这样我们就能够评估那些需要重新定向进行数据包转发的数量，而无须考虑具体实现的相关规则。
2 分布式控制器
控制平台的可伸缩性是FMC 应用在大规模网络上的关键要求。也是本节讨论的重点。我们的目标是构建一个实际的FMC 分布式控制器，以使得FMC 平稳地运行于诸多FMC 控制器中。构建一个分布式控制器既提升平台的可伸缩性，还可提高反应的灵活性，并具有分布式特征， 以使FMC 功能跨越网络边界。
分布式控制器设计遵循原则是，分配内容到真正需要的地方去。在我们的例子中，特定控制器所需的信息是标识符/ 定位符映射为一个给定的网络实体。而控制器需要了解这种映射就是对异地交换机、本地交换机和通信交换机的控制。为了管理这些信息并分发它到控制器中。
关于转移的节点，在FMC 控制器中， 我们需要识别三种不同角色，包括：本地控制器、控制标识符的地址、异地控制器控制网络到定位器所属地址；通信控制器控制一个或多个通信交换机。足够灵活的架构能够使得一个控制器扮演一个、两个或所有同一时间转移节点的角色。如，相同的控制器可以负责管理多个网络。为了解决实际网络负载，也可以使用扩展的方法，增加接入的网络数量，从而减少访问每个网络节点的数量。然后，每个控制器被指定管理更多接入的网络，以达到共同承担负载的目的。
本地控制器负责管理本地位置的映射信息。由于移动节点的标识符地址属于被本地控制器管理着的网络。因此，移动节点的任何转移，都被本地控制器管理控制，并将其映射信息保存在本地控制器的“权威”库中。当移动节点转移到异地控制器，本地控制器会注意到这个转移动作， 并告知异地控制器关于移动节点正在转移到其某个自身管理的网络这个事实。因为异地控制器负责管理定位器所在网络，我们把为移动节点生成定位器地址的责任指定给异地控制器去完成。一旦定位器被定义，它被发送回本地控制器，以便FMC 通信交换机有完整的标识符/ 定位符信息映射执行所需的配置。到目前为止，仅仅本地控制器和异地控制器被指定构造为具有支持转移的功能。因为一些需要连接到数据中心的端点正在努力建议与移动节点通信，最终，通信控制器也将需要标识符/ 定位符的映射信息。
以上我们介绍了，本地控制器和异地控制器的工作过程，同时也是本地交换机和异地交换机的工作过程，因为他们既是转移的来源，也是转移的目标。任何时候， 虽然我们无法预料谁要开启下一个通信， 任意一个实体都可以加入与移动节点的通信过程中。这与我们在第四部分所做的不同。为了应对这个问题，我们构建了反应性方法：一旦与通信节点建立了新的通信，相关的通信控制器将被合理地更新。这里，我们必须区别两种情况：第1，从通信节点开始交流；第2，从转移节点启动通信。
第一种情况，当通信节点向移动节点发送一个数据包，它总是使用标识符地址064
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作为数据包的目的地。因为通信交换机不知道更新的标识符/ 定位符映射信息，它不执行重写数据包。因此，转发沿着路线到移动节点的本地位置后，一旦数据到达本地交换机，将被拦截，并被发送一个消息去更新在通信控制器上的标识符/ 定位符映射。然后转发的数据包被三角路由替换成本地标识符。
图1 显示了本地控制器和通信控制器的交互细节。必须指出，通信控制器更新后的标识符/ 定位符映射信息有必要被存储下来。考虑到随后的转移将触发所有已存储在通信控制器里的映射信息，通信控制器更新后标识符/ 定位符映射信息非常有必要存储下来。否则，通信节点生成的数据包将继续指向旧的移动节点位置。
第二种情况，当移动节点开始与通信节点通信，我们需要考虑异地交换机早已应用了标识符/ 定位符映射信息。因为，从另一方面来看，通信交换机并不知道标识符/ 定位符映射，数据包将使用定位器的源地址送达通信节点，然后，通信节点将使用定位器地址与转移节点通话。如果没有更多的转移发生，则移动节点这种行为没有问题，但是如果新的移动发生，接着定位开始变化，从而与通信节点的通信将会中断。考虑到这个问题，我们应该确保任何实体总是使用标识符作为目的地址。又考虑到上述提到的属性，异地控制器必须拦截任何发自转移节点并指向控制节点的数据包，因此这些数据包的网络FMC 控制器仍未完成移动节点的标识符/ 定位符映射更新。
这样，异地控制器就能发送升级后的标识符/ 定位符映射信息到信控制器。值得注意的是，尽管移动节点仍然位于其管理区域，异地控制器不会告知本地控制器，通信控制器已经升级。相反，当新的移动节点转移发生时，异地控制器会把新的通信控制器更新列表发回给本地控制器。当移动节点转移回到本地节点，或到一个新网络，那么，在不同移动节点控制器的所有标识符/ 定位符分布的映射信息将不再有效。至于其他任何移动节点转移， 当本地控制器被告知移动节点正在转移， 本地控制器会将移动节点的位置变化更新给“旧”的异地控制器。在这种交互过程中，异地控制器发送本地的通信控制器更新列表给本地控制器。然后，本地控制器就会更新之前升级的标识符/ 定位符映射信息。
3 评价
分布式架构使得规则安装的处理过程更好更快了。即使相关FMC 的规则仍然需要面对由于控制器之间的协作所导致的一些网络延迟。主要操作仍然在本地由特意放置在其所控制网络附近的控制器来执行。假设一个场景，在该场景中，被管理的网路是分开的。并且，进一步假设单一的集中式控制器放在异地交换机附近，这样就可以用来交换所需要的大部分规则安装信息。这种布置会使控制器与本地交换器集群/ 异地交换器集群之间的信息交换过程历经较高的延迟。在分布式架构里，相反，只有inter-FMC 控制器的信息会出现高延迟。对于一些有“长途”需求的信息可以在本地节点、异地节点和一些通信节点里增加一些线性节点。
4 结论和展望
FMC 技术支持操作的分布式架构是以早期评估的可伸缩性开放流为原型。目前已经成功的实验将为进一步研究提供坚实的发展基础。特别是，已经实现了用于判定何时何地转移服务以满足需求的判定逻辑。除了支持移动用户的原始案例，事实证明，FMC 技术还在从多领域具有适用性，如解决通信服务转移和核心移动转移网络组件等普遍问题。
【参考文献】
[1]Openflow-http://www.Openflow.org/.
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[3]Manetti,V.,Canonico,R.,Ventre, G.,and Stavrakakis,I.System-level virtualization and mobile ip to support service mobility.In Proceedings of the 2009 International Conference on Parallel Processing Workshops,ICPPW’09 (2009), pp.243–248.
【作者简介】
毛宏云(1978-)，女，江西南昌人，江西应用技术职业学院，讲师，硕士研究生，主要从事计算机科学与技术、教育技术、信息化教育研究。
陈友福（1977-），男，江西赣州人，江西应用技术职业学院从事计算机课程教学，软件工程硕士。
董海燕（1984-），女，江西抚州人，河源职业技术学院，讲师，硕士研究生，主要从事计算机科学与技术、网页设计与开发、新媒体技术应用。
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