软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)是一种新兴的网络设计与管理范例。通过将控制平面于数据平面分离以及支持网络可编程性,SDN可实现网络管理的简化与集中控制,可大幅降低网络的复杂性,受到了产业界和学术界的广泛关注。SDN网络设备的控制和管理由控制器中的集中式软件实现,有效解决了传统网络中存在的管理困难、配置复杂等问题。随着网络规模的扩大以及网络流量的增长,单个SDN控制器无法满足网络管理所面临的可靠性以及可扩展性问题。因此,基于多域规划和多SDN控制器的弹性控制平面技术应运而生。对于基于多控制器的SDN网络,不合理的控制器部署、交换机与控制器的静态连接关系以及底层流量的动态变化,都将会导致多控制器间所需处理的任务量差异显著,造成部分控制器过载,而多控制器间的负载失衡将严重影响网络的性能。因此,大规模SDN网络中的多控制器负载均衡问题成为了近些年产学界关注的热点。当前的多控制器负载均衡方案主要分为以下两种方式:静态方式通过优化控制器的部署实现控制器的负载均衡,而动态方式则通过交换机迁移实现控制器的负载均衡。但上述解决方案仍存在以下问题有待解决:(1)在控制器部署层面,网络规模的扩大使问题变得更加复杂,需要更长的计算时间才能获得最佳的解决方案。尤其是在虚拟网络切片中,资源需求的的变化以及大量网络设备的加入和离开使问题更加复杂。此外,现有的方案在应对意外和紧急事件(例如地震)的发生后而出现的紧急请求时,无法确定出适当的控制器位置;(2)在交换机迁移层面,迁入和迁出子域的选择未考虑整体性,容易陷入局部最优,过多的控制器部署会增加网络开销,同时交换机迁移机制也未考虑迁移门限的动态变化和过多交换机迁移所带来的二次迁移问题。本文依托于国家自然科学基金项目—“信息通信网络中广义鲁棒控制机理研究”,以多控制器负载均衡技术为研究目标,通过改进和优化当前静态式与动态式负载均衡方案,实现多控制器间负载均衡性能的提升。本文的主要研究工作如下:1.针对控制器部署过程中无法确定适当的控制器部署位置问题,本文提出了一种基于图论的控制器部署方法,主要思想是将控制器部署在具有高显著性链路较多的节点上。实验结果表明,即使在大型网络中,该控制器部署方法也可缩短控制路径的长度并保持较低的控制器负载。2.针对交换机迁移过程中迁入和迁出子域的选择容易陷入局部最优问题,本文综合考虑网络中主要开销,基于生物遗传思想设计了最优迁移域选择算法,以实现最优迁入和迁出域的获取;同时类比种群迁徙现象,引入基于交换机存活期的淘汰机制,并设计相应的交换机竞争迁移算法,以实现各子域交换机数量的均衡。仿真结果表明,所提方法可有效优化迁移域的选取,保证控制器负载的均衡分布。