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一种面向软件定义网络的多约束QoS路由策略设计方法技术

技术编号:13506642 阅读:72 留言:0更新日期:2016-08-10 15:10
本发明专利技术公开一种面向软件定义网络的多约束QoS路由策略设计方法,该方法通过三个模块实现,包括流量监控模块、QoS路由计算模块和阻塞流量调度模块。流量监控模块记录链路的带宽信息、端口负载信息以及已下发流的详细信息;QoS路由计算模块根据流量监控模块获取链路带宽及端口负载信息作为路由选择指标,并利用优化算法计算符合多约束条件的最优路径;在端口发生拥塞时,控制器通过阻塞流量调度模块进行精准控制。本发明专利技术实现SDN控制器中基于多路径蚁群算法的路径计算功能;同时,采取路由计算与阻塞调度相组合的路由策略设计方法,有效提高链路的使用率、均衡网络负载。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开,该方法通过三个模块实现,包括流量监控模块、QoS路由计算模块和阻塞流量调度模块。流量监控模块记录链路的带宽信息、端口负载信息以及已下发流的详细信息;QoS路由计算模块根据流量监控模块获取链路带宽及端口负载信息作为路由选择指标,并利用优化算法计算符合多约束条件的最优路径;在端口发生拥塞时,控制器通过阻塞流量调度模块进行精准控制。本专利技术实现SDN控制器中基于多路径蚁群算法的路径计算功能;同时,采取路由计算与阻塞调度相组合的路由策略设计方法,有效提高链路的使用率、均衡网络负载。【专利说明】-种面向软件定义网络的多约束QoS路由策略设计方法
本专利技术属于计算机网络
,具体设及一种面向软件定义网络的多约束QoS 路由策略设计方法。
技术介绍
当前SDN网络环境下,Floodli曲t控制器的路径计算模块采用的是Di Astra算法 计算最短路径,但是运种算法容易使得网络中的所有数据包都走最短路径,导致网络中最 短路径发生拥塞,而其他链路却处于空闲状态,不能得到充分的利用。因此,对于SDN环境下 的多路径路由策略的研究就显得十分重要,多路径路由选择需要考虑到带宽、延时、丢包 率、时延抖动W及成本等因素,运些因素是衡量网络Q〇S(Quality Of Service服务质量)的 基本性能指标,所W,多路径路由选择问题就是在多约束条件下求最优解。 但是由于多约束条件没有统一的度量尺度,因此在传统网络环境下求出多约束条 件下的路由最优解计算量十分巨大,使得目标优化很困难,在SDN环境中,控制器可W获得 全局的网络拓扑视图,便于集中控制整个网络,在路径计算之前将不满足QoS约束的链路排 除在路径选择对象之外,对于充分利用网络状态信息求最优路径的计算代价就会大大降 低,然而,在现有的SDN控制器中所采用的Di Astra算法仅仅适合通信量较小的小规模网络 或实验室网络,对于时延及链路的使用率要求并不高,一般通过在带宽物理上限之内提高 链路带宽即可达到正常通信的要求,而对于通信量大、时延要求高、不具备冗余链路的网络 来说,Di jkstra算法就无法满足要求,当网络中出现较大规模的数据流,数据的发送速率达 到路径的最大带宽时,就会造成数据传输时延迅速增加,甚至数据包的丢失。 此外,不管采取何种路由算法,链路都有发生阻塞的可能,当链路出现阻塞W后, 对于传统网络方式下的阻塞调度方式或者采取对大流进行重路由或者切割流进行分流,无 论采取何种方法,其流调度效率W及实用性都会显著降低,且实现复杂度和代价都会很高, 在SDN环境下,利用控制器对网络的集中控制优势,控制器能够直接监听到拥塞发生的端 口,采用多级反馈队列调度算法实现阻塞端口流量的分级分流,既能避免流量被切割传输 的不实用性缺点也能降低重路由的高计算代价。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足,提供一种面向软件定 义网络的多约束QoS路由策略设计方法,本专利技术通过控制器中的各模块之间相互协作,充分 利用SDN架构转发与控制相分离、集中控制和开放可编程的优势,向免费开源控制器 Floodlight中添加自定义模块,从而达到高效多路径转发数据包的目的。 技术方案:本专利技术所述的, 包括流量监控模块、QoS路由计算模块和阻塞流量调度模块,所述流量监控模块记录链路的 带宽信息、端口负载信息W及已下发流的详细信息;所述QoS路由计算模块根据流量监控模 块获取的链路带宽和端口负载信息作为路由选择指标,并利用优化算法计算满足约束条件 的最优路径;在端口发生拥塞时,控制器通过所述阻塞流量调度模块进行精准控制; 具体依次包括W下步骤: (1)流量监控模块定期统计出各SDN交换机端口的实时流量,计算出流量速率; (2)QoS路由计算模块根据拓扑发现模块所掌握的全局网络拓扑视图和流量监控 模块确定的端口负载信息,采用多约束QoS路由算法计算满足QoS约束条件的最优路径; (3)阻塞流量调度模块根据大流检测算法,将检测到的交换机端口的大流,采用多 级反馈调度算法进行分级调度。 进一步的,所述步骤(1)的具体过程是: SDN控制器通过流量监控模块每隔一定时间向网络内的所有SDN交换机发送flow_ request端口统计请求消息获取端口信息,SDN交换机Wpacket_in格式封装消息,通过安全 信道将端口统计应答消息Stati St ics_reply发送给SDN控制器,控制器通过各交换机端口 的应答消息收集到每个端口的实时流量并计算出每个端口的流速。 进一步的,所述步骤(2)的具体过程是: (2. l)QoS路由计算模块根据SDN控制器所掌握的当前全局网络拓扑视图和流量监 控模块获取的端口网络流量状态,利用多路径蚁群算法计算满足QoS多约束条件的路径, 计算出路径后,按照转发流程进行转发,给路径上的每台交换机下发流表; (2.2)具体的转发流程为:创建flow_mod消息将流表安装在路径上的各台交换机 上,当后续数据包进入网络后就按照流表指定的动作进行转发。 进一步的,所述步骤(3)的具体过程为: (3.1)首先在全网设置一个阔值,当流量超过阔值时,判定网络中链路发生阻塞, 启动多级反馈队列调度算法对新流进行调度,阔值一般取值为链路负载的75%~80%; (3.2)大流检测算法通过流量监控模块周期性的统计交换机的流量信息,控制器 每隔一段时间向交换机采集数据,流的大小通过恥=(Bt-Bt-p)/p进行计算,其中,Bt是交换 机在t时刻采集的字节数,Bt-P是t-p时刻接收的字节数,P是时间间隔,恥是对流量大小的统 计;根据恥值与界定的大流阔值化reshold的比较,对大流进行调度,Threshold的取值为链 路容量的5%~10%; (3.3)当流量达到阻塞条件,应用多级反馈调度算法具体为:为每个交换机端口设 置一个队列,每个队列包括S个子队列,子队列的优先级又不同,一级队列的优先级最高, 二级队列的优先级次之,=级队列的优先级最低,按照先来先服务的原则进行调度,每个队 列的执行时间不同,一级队列的执行时间为T,二级队列的执行时间为2T,S级队列的执行 时间为3T。 进一步的,所述建立QoS多约束条件的基本参数包括:带宽和时延约束条件; 进一步的,所述步骤(3.3)中应用多级反馈队列调度算法调度拥塞流量的具体过 程包括: 采用多级反馈队列调度算法,对拥塞流量进行分流,设置S级队列,当网络中的流 量达到全网设置的阔值后,通过大流检测算法将检测到的大流置于一级队列的末尾,按先 来先调度原则排队等待传输,当轮到该流传输时,若它能在时间T内完成,便撤离系统;如果 它在时间T结束时,尚未完成,调度程序便将该流转入第二级队列末尾,再同样地按先来先 调度原则等待被传输,如果它在第二队列中运行2T后仍未完成,再将它放入第=级队列,若 最终还未完成则将其移除拥塞队列。 有益效果:本专利技术对SDN网络中Floodlight控制器的路由问题进行优化,根据QoS 多约束条件,利用蚁群算法计算满足约束条件的多路径,避免网络中的所有数据包走最短 路径造成最短路径的阻塞,利用多级反馈队列调度算法对拥塞的数据包进行分流,避免长 时间得不到处理的数据包被丢弃本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种面向软件定义网络的多约束QoS路由策略设计方法,其特征在于:包括流量监控模块、QoS路由计算模块和阻塞流量调度模块,所述流量监控模块记录链路的带宽信息、端口负载信息以及已下发流的详细信息;所述QoS路由计算模块根据流量监控模块获取的链路带宽及端口负载信息作为路由选择指标,并利用优化算法计算满足多约束条件的最优路径;在端口发生拥塞时,控制器通过所述阻塞流量调度模块进行精准控制;具体依次包括以下步骤:(1)流量监控模块定期统计出各SDN交换机端口的实时流量,计算出流量速率;(2)QoS路由计算模块根据拓扑发现模块和流量监控模块确定的拓扑结构、链路的带宽和端口负载信息,采用多约束QoS路由算法计算出满足QoS约束条件的最优路径;(3)阻塞流量调度模块根据大流检测算法,将检测到的交换机端口的大流,采用多级反馈调度算法进行分级调度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:詹志宏石润华崔杰仲红许艳
申请(专利权)人:安徽大学
类型:发明
国别省市:安徽;34

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