一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Networking，SDN)是由美國(guó)斯坦福大學(xué)提出的 W化enFlow為基礎(chǔ)的新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)。SDN的典型架構(gòu)共分S層，最上層為應(yīng)用層，包括 各種不同的業(yè)務(wù)和應(yīng)用；中間層為控制層，主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備資源的編排，維護(hù)網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)信息等;最底層為數(shù)據(jù)層，主要負(fù)責(zé)基于流表的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)收集。 SDN具有為控制平面與數(shù)據(jù)平面分離、集中式網(wǎng)絡(luò)控制、控制層與數(shù)據(jù)層設(shè)備之間提供開(kāi)放 網(wǎng)絡(luò)接口、網(wǎng)絡(luò)可由外部程序編程等特性，使其可實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，使網(wǎng)絡(luò)作為 管道變得更加智能，從而為核屯、網(wǎng)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供了良好的平臺(tái)。
[0003] 在SDN架構(gòu)中，各類交換機(jī)業(yè)務(wù)傳輸及處理能力的異構(gòu)特性，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化 W及用戶業(yè)務(wù)特性的多樣性均對(duì)SDN的路由選擇算法提出困難及挑戰(zhàn)。目前已有研究針對(duì) SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，研究路由算法及協(xié)議。
[0004] 文南犬[Batalle J,Ferrer J,EscalonaE,et al.On the Implementation ofNFVover an OpenFlow Infrastructure : Routing Function Virtualization[C]// 2013IE邸 SDNfor 化Uire Networks and Services(SDN4FNS)，pp. 1-6.]中提出采用路由 功能虛擬化模塊RFV實(shí)現(xiàn)虛擬路由協(xié)議，W減少控制平面的開(kāi)銷，但未考慮具體的路由方 法；文南犬[ZhaoK,Li Q, Jian邑Y.Flow-LevelConsistent Update in SDN Based on K-prefix Covering[C]//IEEE Global Communications Conference(GLOBECOM),2014, pp. 1884-1889.]針對(duì)SDN復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和不連續(xù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)可能引起的路由沖突和傳輸中斷 問(wèn)題，提出一種K級(jí)前綴覆蓋的機(jī)制W保證數(shù)據(jù)流級(jí)的連續(xù)配置;文獻(xiàn)[Zhang SQ;Zhang Q; Bannazadeh H,et al.Network Function Virtualization EnabledMulticast Routing on SDN[C]//IEEE International Conference on Communic曰tions(ICC),2015,pp.5595-5601]提出為源和目的虛擬化節(jié)點(diǎn)選擇合適的多播拓?fù)渎酚伤惴?，W減小拓?fù)錁?gòu)建開(kāi)銷，但 是該算法未能綜合考慮影響數(shù)據(jù)傳輸QoS的多因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法，該方法通過(guò) 評(píng)估源節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)特性，各條候選路由傳輸特性，W及源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)各候選路由的傳輸性能， 優(yōu)化確定對(duì)應(yīng)最優(yōu)傳輸性能的路由，從而有效保障用戶QoS,并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種軟件定義網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法，具體包括W下步驟：
[0008] 步驟1):用戶發(fā)送數(shù)據(jù)流至核屯、網(wǎng)入口交換機(jī)，入口交換機(jī)接收數(shù)據(jù)流并檢查是 否存在匹配流表項(xiàng)，若存在，則實(shí)施流表對(duì)應(yīng)動(dòng)作，否則，執(zhí)行步驟2);
[0009] 步驟2):入口交換機(jī)將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求發(fā)送至SDN控制器；
[0010] 步驟3):控制器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求消息獲取數(shù)據(jù)流的狀態(tài)信息、QoS需求信 息W及目標(biāo)交換機(jī)的狀態(tài)信息，并調(diào)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模塊獲取網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)信息；
[0011] 步驟4):控制器根據(jù)用戶業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)特性，構(gòu)建虛擬交換機(jī)；
[0012] 步驟5):控制器調(diào)用優(yōu)化路由選擇算法，確定數(shù)據(jù)流最佳路由；
[001引步驟6):控制器將路由選擇策略指令下發(fā)至入口交換機(jī)和鏈路虛擬交換機(jī)；
[0014] 步驟7):入口交換機(jī)及鏈路虛擬交換機(jī)根據(jù)控制器的路由指令更新流表；
[0015] 步驟8):入口交換機(jī)及鏈路虛擬交換機(jī)基于流表路由策略對(duì)此數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)， 直至到達(dá)出口交換機(jī)。
[0016] 進(jìn)一步，在本方法中，所述用戶數(shù)據(jù)流信息具體包括數(shù)據(jù)流到達(dá)特性、業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí) 間;所述用戶的QoS信息具體包括數(shù)據(jù)傳輸速率、接入時(shí)延及丟包率要求。
[0017] 進(jìn)一步，在本方法中，路由選擇方法的建模流程具體包括：
[0018] Sl:建模用戶數(shù)據(jù)流產(chǎn)生曲線:針對(duì)SDN中的業(yè)務(wù)流量特性，采用IETF提出流量特 性規(guī)范1'-5?6(：^?，1>\'^，1；6 ))對(duì)用戶業(yè)務(wù)在入口交換機(jī)處用戶業(yè)務(wù)建模，建模第1個(gè)用 戶產(chǎn)生曲線為巧灼=記11的'"''?+左,<'">，/嚴(yán)《+左,"'>)，其中，6"*為第1個(gè)用戶數(shù)據(jù)流最大到達(dá)速 率，巧為第i個(gè)用戶數(shù)據(jù)流正常傳輸情況下最大數(shù)據(jù)包大小，/f為第i個(gè)用戶數(shù)據(jù)流平均產(chǎn) 生速率，為第i個(gè)用戶數(shù)據(jù)流突發(fā)業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)流大小;假設(shè)第i個(gè)用戶數(shù)據(jù)流到達(dá)率服 從泊松分布，數(shù)據(jù)流中到入口交換機(jī)的最大速率為：=4"乂其中盡為第i個(gè)用戶數(shù) 據(jù)流正常傳輸情況下最大數(shù)據(jù)包大小，為數(shù)據(jù)流到入口交換機(jī)的到達(dá)率；
[0019] S2:構(gòu)建虛擬交換機(jī):利用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)，將物理交換機(jī)傳輸及存儲(chǔ)資源進(jìn) 行劃分，構(gòu)建多個(gè)虛擬交換機(jī)，W實(shí)現(xiàn)面向QoS需求的業(yè)務(wù)支持；
[0020] S3:基于網(wǎng)絡(luò)微分理論建模虛擬交換機(jī)服務(wù)曲線：建模虛擬交換機(jī)服務(wù)特性服從 延遲服務(wù)系統(tǒng)，具體地，令保y為第j條路由的第叫個(gè)虛擬交換機(jī)服務(wù)曲線，可得：
[0021 ] P",;(〇=R,。
[0022] 其中，（xr=max{x，0};第j條路由的等效服務(wù)曲線可建模為：
[0023] 心〇二/^')@...@公,"，('').-.@/以。=巧,.('-6,)' '其中及,二1，''川中.巧',..…R., ,1，
馬，交換機(jī)服務(wù)時(shí)間T服從指數(shù)分布，其概率密度函數(shù)為： ，則第j條路 m=[ 由的第k個(gè)虛擬交換機(jī)的服務(wù)速率為
，S由第j條路由的第k個(gè)虛擬交 換機(jī)性能決定；時(shí)延
為數(shù)據(jù)流的最大分組長(zhǎng)度大小，即是路由交 換機(jī)中所能容納的數(shù)據(jù)流的最大分組長(zhǎng)度，C;.是鏈路的總速率；
[0024] S4:評(píng)估數(shù)據(jù)流傳輸性能：
[0025] 選擇具有到達(dá)曲線的ai(t)的第j條路由數(shù)據(jù)流，可得數(shù)據(jù)有效傳輸帶寬<為： ，其中D i , j為時(shí)延約束， ，數(shù)據(jù)流最大服務(wù)時(shí)延為：
，.積壓上界
[0027 ] S5:實(shí)現(xiàn)面向業(yè)務(wù)特性的最優(yōu)路由選擇：
[0028] 針對(duì)吞吐量敏感性業(yè)務(wù):令為第i個(gè)用戶第j條路由的數(shù)據(jù)包傳輸速率最低闊 值，在滿足業(yè)務(wù)最低速率需求:吝iT"，選擇/= a塔max{ef};針對(duì)時(shí)延敏感性業(yè)務(wù):令 :^?戸為第1個(gè)用戶第^'條路由的數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延的最高闊值，在滿足服務(wù)延時(shí)需求兩"'^^^胃 的所有候選路由中，選擇/ = argmin 針對(duì)誤碼率敏感性業(yè)務(wù):巧to為第i個(gè)用戶第j條 路由的數(shù)據(jù)包傳輸速率的最低闊值，為第i個(gè)用戶第j條路由的數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延的最高 闊值，在滿足：馬玄鮮化，《^^聲"的所有候選路由中；選擇~^* =江巧化虹{礦}。
[0029] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提供的方法利用虛理化技術(shù)(NFV)將物理交換機(jī) 傳輸及存儲(chǔ)資源進(jìn)行劃分，構(gòu)建多個(gè)虛擬交換機(jī)，W實(shí)現(xiàn)面向QoS需求的業(yè)務(wù)支持。通過(guò)評(píng) 估源節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)特性，各條候選路由傳輸特性，W及源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)各候選路由的傳輸性能，優(yōu) 化確定對(duì)應(yīng)最優(yōu)傳輸性能的路由，從而有效保障用戶QoS,并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說(shuō)明：
[0031] 圖1為本發(fā)明路由轉(zhuǎn)發(fā)模型示意圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例建模流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
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