大规模软件定义网络中满足多约束参数的路由方法技术

本发明专利技术公开了一种大规模软件定义网络中满足多约束参数的路由方法，解决现有技术无法满足大规模软件定义网络中服务质量的路由问题。本发明专利技术的具体实现步骤是，首先依据源主机的路由请求信息，域网络控制器生成探测报文，进行可行性路径探测，然后获取完整路径信息，最后选取最优路径并且预留路径上相应的网络资源。本发明专利技术计算获得路径的网络开销小，在保障业务通过量的同时满足业务对不同服务质量的需求；降低了重复路径探测的可能性，减少了探测过程中探测包对正常数据包传输的影响，网络服务质量得到了保障，网络性能得到提高。

【技术实现步骤摘要】
大规模软件定义网络中满足多约束参数的路由方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及多个软件定义网络(SoftwareDefinedNetworkSDN)互联
中的一种大规模软件定义网络(SoftwareDefinedNetworkSDN)中满足多约束参数的路由方法。本专利技术可以在软件定义网络(SoftwareDefinedNetworkSDN)中获取一条具有服务质量(QualityofServiceQoS)保障的域内和域间路由。
技术介绍
随着互联网的高速发展，出现了各种非传统数据应用。例如IP语音以及视频会议等，这种新的应用对网络的服务质量(QualityofServiceQoS)提出了更高的要求，传统的尽力而为的网络服务已不能满足新型业务的要求。互联网工程任务组(InternetEngineeringTaskForceIETF)为支持服务质量(QualityofServiceQoS)需求，提出了多种服务模型和机制。其中服务质量(QualityofServiceQoS)路由是解决服务质量问题的一项关键技术。现有网络架构的互联网在提供给用户服务质量方面存在着各种重大缺陷。例如，综合业务模型和区分业务模型两种方法。对于前者，每个路由器都要参与决策，导致复杂度过高和路由器负担太重：对于后者，流的控制粒度过于粗放和不精细，导致端到端的控制效果不佳，所以也没用实用的价值。在软件定义网络中，这一情况得到了根本的改变。软件定义网络将控制逻辑集中在了中央控制器，普通的路由器结点只保留转发逻辑。这种集中控制架构正适合实现控制逻辑较为复杂的服务质量控制。软件定义网络中若要解决服务质量问题，其中服务质量(QualityofServiceQoS)路由则是一项关键技术。HilmiEnesEgilmez等人在其论文“AdistributedQoSroutingarchitectureforscalablevideostreamingovermulti-domainOpenFlownetworks”(ImageProcessing,201219thIEEEInternationalConferenceon)中公开了一种网络虚拟化的方法。该方法利用各个域控制器来把本域网络虚拟化，通过和其他域控制器间交互这些信息来获得全网的虚拟拓扑信息。再通过基于拉格朗日松弛的服务质量(LagrangeRelaxationBasedMethodfortheQoSRoutingProblemLARAC)路由算法，获得源端到目的端的满足多约束路由。该方法存在的不足是，每个域网络的控制器都需要收集全网虚拟后的网络拓扑信息，并且需要保证这些信息的实时性和准确性，这样就导致网络的负载过重。西安电子科技大学拥有的专利技术“用于支持端到端时延保证的动态资源分配系统及分配方法”(申请号CN201010013728.X，授权号CN101729430)公开了一种用于支持端到端时延保证的动态资源分配方法。该方法根据边界路由器发送的业务请求信息中的时延上限要求，结合网络负载信息中的链路负载度和各段链路端口处各PHB的时延估计值，计算端到端传输路径各段链路上的时延分配值，在相关的核心路由器上，根据本地的可用资源状态，通过时延分配值和带宽要求的匹配，动态选择最佳PHB进行资源配置和分组转发。该方法存在的不足是，首先，它不能解决多约束条件下的服务质量问题。其次，核心路由器负担重，容易成为整个系统性能的瓶颈。南京邮电大学申请的专利“基于选择探测的多约束QoS路由方法”(公开号CN101969406，申请号CN201010527712.0)公开了一种传统网络中获取满足多约束QoS的路由方法。该方法利用选择性向网络中发送探测包来探测可行性路径，整个路由方法分为路由探测和路由确认两个过程，在探测过程中，每个节点重新计算约束参数，降低参数计算复杂度，然后依据新参数继续探测符合约束参数要求的可行路由；在确认过程选取可行路由并在各个节点上进行资源预留，从而建立符合约束要求的可达路由。该方法存在的不足是，首先，探测过程中有路径重复探测的问题，造成网络中有大量探测包，网络开销大。其次，该方法仅仅考虑了时延和带宽因素，并没有考虑抖动和丢包率对服务质量的影响，所以并不是真正意义上多约束条件下的服务质量问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种大规模软件定义网络中满足多约束参数的路由方法。本专利技术采用了启发式基于多约束的最优路径算法(HeuristicMulti-ConstrainedOptimalPathH_MCOP)和探测法相结合的一种方法，并且也结合了资源预留技术。在域内网络运用启发式基于多约束的最优路径H_MCOP的算法求出最优路径，在域间网络中有选择的发送探测包，最终源主机所在的控制器能够获得到目的网络中满足多约束服务质量参数的可行性路径。由于探测包所走的路径大部分都是转发器和控制器间的控制路径，故不会占用网络中数据链路的带宽资源，同时只在域间网络中有选择发送探测包。这样做能够有效地减少网络中探测包的个数，减低网络中数据链路带宽的消耗，同时可以解决软件定义网络中寻找满足多约束参数路由的问题。本专利技术实现上述目的的具体思路是：源主机所在网络的域网络控制器生成探测包，向其他软件定义网络进行选择性发送探测包。在探测过程中不断判定子路径上累加起来的服务质量参数是否满足约束，若满足，则将探测包继续向下游网络发送，否则，直接丢弃探测包。待目的主机所在网络的控制器收到后，生成确认包，同时沿包中的路径信息反向发送确认包。源主机所在网络的控制器从收集多条路径中选取一条最优路径，并且预留链路的网络资源。能够解决软件定义网络中寻找满足多约束参数路由的问题。本专利技术实现上述目的的步骤包括如下：(1)初始化探测包：(1a)域网络控制器接受源主机发送的路由请求，路由请求信息中包括时延、带宽、丢包率和抖动的服务质量参数值、源主机地址、目的主机地址；(1b)将探测包中路由请求服务质量值字段和域内约束值字段，均标记为服务质量参数值；(1c)将探测包中的类型字段标记为探测包类型；将路由请求标示符字段标记为源主机地址、目的主机地址和控制器生成的随机数；将路径记录字段和子路径服务质量累加值字段标记为零；(1d)域网络控制器启动定时器，将定时器的时间值设为路由请求信息要求时延的2倍；(2)生成探测包：(2a)域网络控制器运行启发式基于多约束的最优路径H_MCOP的算法，将探测包中域内约束值字段内容作为该算法的参数，得到从域网络入口转发器到所有域网络边界出口转发器之间的域内最优路径；(2b)将域内最优路径和与出口转发器相连的域间路径连接成新子路径；(2c)判定新子路径的服务质量参数和探测包中子路径服务质量累加值字段的累加和是否小于探测包要求的服务质量参数值，若是，则执行步骤(2d)；否则，删除该新子路径，执行步骤(2g)；(2d)运用探测包记录方法，在域网络控制器中记录探测包信息；(2e)在域网络控制器中预留域内网络带宽资源，其预留时间设为路由请求信息要求时延的2倍；(2f)域网络控制器生成一个探测包副本，运用探测包修改方法，修改探测包的内容；(2g)判定所有新子路径是否都处理完毕，若是，则执行步本文档来自技高网...

【技术保护点】
大规模软件定义网络中满足多约束参数的路由方法，其步骤包括如下：(1)初始化探测报文：(1a)域网络控制器接受源主机发送的路由请求，路由请求信息中包括源主机地址、目的主机地址、时延、带宽、丢包率和抖动的服务质量参数值；(1b)将探测包中路由请求服务质量值字段和域内约束值字段，均标记为服务质量参数值；(1c)将探测包中的类型字段标记为探测包类型；将路由请求标示符字段标记为源主机地址、目的主机地址和控制器生成的随机数；将路径记录字段和子路径服务质量累加值字段标记为零；(1d)域网络控制器启动定时器，将定时器的时间值设为路由请求信息要求时延的2倍；(2)生成探测报文：(2a)域网络控制器运行启发式基于多约束的最优路径H_MCOP的算法，将探测包中域内约束值字段内容作为该算法的参数，得到从域网络入口转发器到所有域网络边界出口转发器之间的域内最优路径；(2b)将域内最优路径和与出口转发器相连的域间路径连接成新子路径；(2c)判定新子路径的服务质量参数和探测包中子路径服务质量累加值字段的累加和是否小于探测包要求的服务质量参数值，若是，则执行步骤(2d)；否则，删除该新子路径，执行步骤(2g)；(2d)运用探测包记录方法，在域网络控制器中记录探测包信息；(2e)在域网络控制器中预留域内网络带宽资源，其预留时间设为路由请求信息要求时延的2倍；(2f)域网络控制器生成一个探测包副本，运用探测包修改方法，修改探测包的内容；(2g)判定所有新子路径是否都处理完毕，若是，则执行步骤(3)；否则，执行步骤(2c)；(3)探测路径：(3a)计算探测包在域网络控制器上的等待时间Δt；(3b)域网络控制器在等待时间Δt过后，将探测包发送到探测包标记的网络中；(3c)判定域网络入口转发器之前是否收到过同样路由请求标示符的探测包，若是，则执行步骤(3d)；否则，执行步骤(4)；(3d)运用探测包记录方法，将探测包信息记录到域网络控制器中，作为待拼接子路径，丢弃探测包，继续执行步骤(3c)；(4)域网络控制器判断探测包是否到达目的主机所在网络，若是，则执行步骤(5)；否则，转向步骤(2)；(5)生成完整路径：(5a)域网络控制器通过启发式基于多约束的最优路径H_MCOP的算法，得到域网络入口转发器到域网络出口转发器之间的域内最优路径；(5b)判定域内最优路径的服务质量参数和探测包中子路径服务质量累加值字段的累加和是否小于探测包要求的服务质量参数，若是，则执行步骤(5c)；否则，丢弃探测包，继续执行步骤(5a)；(5c)运用探测包记录方法，在域网络控制器中记录探测包信息；(5d)将探测包中子路径服务质量累加值字段标记为域内最优路径的服务质量参数和探测包中子路径服务质量累加值字段的累加和，将域网络控制器在全网中的序号添加到探测包中路径记录字段；(5e)将探测包中的类型字段标记为确认包类型；(6)发送确认包：(6a)域网络控制器判定确认包是否到达源主机所在网络，若是，执行步骤(6h)；否则，执行步骤(6b)；(6b)域网络控制器通过读取确认包中路径记录字段信息，得出确认包在本域网络中的出口转发器信息；(6c)在控制器中对应的出口转发器位置，判定是否有与确认包中路由请求标示符相同的待拼接子路径，若有，则执行步骤(6d)；否则，执行步骤(6g)；(6d)将确认包路径记录字段中控制器序号集合与保存在控制器的路径记录中控制器序号集合做差集运算，得出后续子路径，域网络控制器将后续子路径和待拼接子路径连接成新完整路径；(6e)判定新完整路径的服务质量参数值是否小于或者等于确认包中要求的服务质量参数值，若是，则执行步骤(6f)；否则，删除该新完整路径，继续执行步骤(6e)；(6f)域网络控制器生成新完整路径对应的确认包；(6g)依据确认包中路径记录字段的信息，域网络控制器发送确认包到上游域网络控制器，执行步骤(6a)；(6h)域网络控制器保存确认包中携带的路径信息，丢弃确认包；(6i)当步骤(1d)启动的定时器到时后，执行步骤(7)；(7)选取最优路径：(7a)运用最优路径选择方法，域网络控制器从探测到的多条路径中选取最优路径；(7b)将最优路径对应确认包中的类型字段修改为选路类型，得到选路报文；(7c)域网络控制器启动一个选路定时器，该选路定时器的时间设为路由请求信息要求时延的2倍；(8)判定域间路径是否满足约束：对于域网络控制器和选路包中标记的下游域网络控制器之间的域间路径，判定其服务质量参数值是否小于或者等于记录在域网络入口转发器中保存的域间路径服务质量参数值，若是，则执行步骤(9)；否则，将选路报文中类型字段标记为失败类型，执行步骤(11)；(9)确认最优路径：(9a)域网络控制器下发流表到域内最优路径经过的域网络转发器中，预留域内最优路径和域间路径的带宽资源；(9b)沿选路包...

【技术特征摘要】
1.大规模软件定义网络中满足多约束参数的路由方法，其步骤包括如下：(1)初始化探测包：(1a)域网络控制器接受源主机发送的路由请求，路由请求信息中包括时延、带宽、丢包率和抖动的服务质量参数值、源主机地址、目的主机地址；(1b)将探测包中路由请求服务质量值字段和域内约束值字段，均标记为服务质量参数值；(1c)将探测包中的类型字段标记为探测包类型；将路由请求标示符字段标记为源主机地址、目的主机地址和控制器生成的随机数；将路径记录字段和子路径服务质量累加值字段标记为零；(1d)域网络控制器启动定时器，将定时器的时间值设为路由请求信息要求时延的2倍；(2)生成探测包：(2a)域网络控制器运行启发式基于多约束的最优路径H_MCOP的算法，将探测包中域内约束值字段内容作为该算法的参数，得到从域网络入口转发器到所有域网络边界出口转发器之间的域内最优路径；(2b)将域内最优路径和与出口转发器相连的域间路径连接成新子路径；(2c)判定新子路径的服务质量参数和探测包中子路径服务质量累加值字段的累加和是否小于探测包要求的服务质量参数值，若是，则执行步骤(2d)；否则，删除该新子路径，执行步骤(2g)；(2d)运用探测包记录方法，在域网络控制器中记录探测包信息；(2e)在域网络控制器中预留域内网络带宽资源，其预留时间设为路由请求信息要求时延的2倍；(2f)域网络控制器生成一个探测包副本，运用探测包修改方法，修改探测包的内容；(2g)判定所有新子路径是否都处理完毕，若是，则执行步骤(3)；否则，执行步骤(2c)；(3)探测路径：(3a)计算探测包在域网络控制器上的等待时间Δt；(3b)域网络控制器在等待时间Δt过后，将探测包发送到探测包标记的网络中；(3c)判定域网络入口转发器之前是否收到过同样路由请求标示符的探测包，若是，则执行步骤(3d)；否则，执行步骤(4)；(3d)运用探测包记录方法，将探测包信息记录到域网络控制器中，作为待拼接子路径，丢弃探测包，继续执行步骤(3c)；(4)域网络控制器判断探测包是否到达目的主机所在网络，若是，则执行步骤(5)；否则，转向步骤(2)；(5)生成完整路径：(5a)域网络控制器通过启发式基于多约束的最优路径H_MCOP的算法，得到域网络入口转发器到域网络出口转发器之间的域内最优路径；(5b)判定域内最优路径的服务质量参数和探测包中子路径服务质量累加值字段的累加和是否小于探测包要求的服务质量参数，若是，则执行步骤(5c)；否则，丢弃探测包，继续执行步骤(5a)；(5c)运用探测包记录方法，在域网络控制器中记录探测包信息；(5d)将探测包中子路径服务质量累加值字段标记为域内最优路径的服务质量参数和探测包中子路径服务质量累加值字段的累加和，将域网络控制器在全网中的序号添加到探测包中路径记录字段；(5e)将探测包中的类型字段标记为确认包类型；(6)发送确认包：(6a)域网络控制器判定确认包是否到达源主机所在网络，若是，执行步骤(6h)；否则，执行步骤(6b)；(6b)域网络控制器通过读取确认包中路径记录字段信息，得出确认包在本域网络中的出口转发器信息；(6c)在控制器中对应的出口转发器位置，判定是否有与确认包中路由请求标示符相同的待拼接子路径，若有，则执行步骤(6d)；否则，执行步骤(6g)；(6d)将确认包路径记录字段中控制器序号集合与保存在控制器的路径记录中控制器序号集合做差集运算，得出后续子路径，域网络控制器将后续子路径和待拼接子路径连接成新完整路径；(6e)判定新完整路径的服务质量参数值是否小于或者等于确认包中要求的服务质量参数值，若是，则执行步骤(6f)；否则，删除该新完整路径，继续执行步骤(6e)；(6f)域网络控制器生成新完整路径对应的确认包；(6g)依据确认包中路径记录字段的信息，域网络控制器发送确认包到上游域网络控制器，执行步骤(6a)；(6h)域网络控制器保存确认包中携带的路径信息，丢弃确认包；(6i)当步骤(1d)启动的定时器到时后，执行步骤(7)；(7)选取最优路径：(7a)运用最优路径选择方法，域网络控制器从探测到的多条路径中选取最优路径；(7b)将最优路径对应确认包中的类型字段修改为选路类型，得到选路包；(7c)域网络控制器启动一个选路定时器，该选路定时器的时间设为路由请求信息要求时延的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建华，盛立杰，宋志坤，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61