本发明专利技术请求保护一种基于路径开销和流调度代价最小化的SDN网络拥塞控制路由算法，包括：控制器对所控交换机连接的各链路的利用率：进行周期性监测，当大于等于某一固定值ηth时，判定链路发生拥塞，启用拥塞控制路由算法；算法首先根据拥塞链路上的流速率判定出链路上的所有大流以备调度；随后对链路上所有大流进行重路由计算，同时计算出每条路径的开销选择多条等价路径中开销最小的路径作为调度路径；最后，计算出每条流的调度代价，选择代价最小的流进行调度。本发明专利技术不仅能够有效的对拥塞链路进行调度，而且使得网络链路资源得到更好的利用，在链路利用率和流传输时间方面有所提升。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及SDN网络的路由算法领域。特别地，该算法基于SDN网络控制器的全 网网络状态信息视图，主要针对SDN网络中数据量较大、流量具有高动态性、易引发网络拥 塞的应用场景（如数据中心网络）所设计优化的路由算法，目的是快速缓解网络拥塞，同时 增加网络资源利用率。
技术介绍
近年来，随着社会信息化发展，人们对互联网的需求呈现爆炸式增长，互联网除了 规模和发展速度远超之前所有曾出现的数据网络，业务的创新速度也是空前加快，各种实 时业务如视频语音、云数据中心和移动业务得到了快速发展。然而，由于互联网在可扩展 性、安全性、移动性和服务质量（QoS)等方面存在的先天性缺陷，使得传统互联网在面对这 些业务时显得力不从心，难以满足创新业务的承载要求，整个互联面临着巨大的挑战，在此 背景下，软件定义网络（Software Defined Network，SDN)作为一种新型的网络架构得到了 广泛的关注。 网络拥塞问题一直是阻碍网络发展的重要因素，网络中一旦发生拥塞，网络的吞 吐量、时延和丢包率等性能将会衰减，严重时会造成网络"死锁"。传统网络架构由于算法分 布式及网络结构复杂等原因，造成拥塞控制算法的设计非常困难，然而在SDN网络中控制 器对网络的集中控制、全网网络状态视图给算法设计带来了巨大优势，同时，SDN数据转发 颗粒度为流，可以通过路由对流进行调度，从而解决网络拥塞问题。因此，越来越多的人开 始研究如何在SDN网络当中通过路由算法的设计来进行拥塞控制。 在使用路由应对SDN网络拥塞的方法中，基本思路是在网络拥塞发生时通过对流 重新选路来达到将流从拥塞链路调度到轻负载链路以缓解网络拥塞的效果，即拥塞控制路 由。拥塞控制路由主要有两种机制：第一种，主备路径路由机制，即在流进入网络后为流安 装两条路径，在没有拥塞的情况下使用主路径，发生拥塞后将流调度到备用路径，这种方式 使得发生拥塞时能够使流的路径快速切换，但是冗余路径会消耗流表的存储资源，同时路 径具有时效性，备用路径很可能已经过时，达不到解决拥塞的目的；第二种，动态重路由机 制，即在网络拥塞发生后，控制器通过实时的全网网络状态信息对拥塞链路上的流进行重 路由计算，将拥塞链路上的部分流量调度轻负载链路上，这种方式能够有效地平衡网络负 载，解决网络拥塞，但是会牺牲路径重新安装的时间。 动态重路由机制能更好的利用SDN控制器具有全网网络状态信息视图的优势，在 拥塞控制上具有更好的效果，因此，现行国内外拥塞控制路由方案的设计主要集中在通过 动态重路由进行流调度来解决网络拥塞，典型的拥塞控制路由算法研究的难点主要集中在 以下几点： 1.判断链路发生拥塞。在拥塞判断中，传统的网络拥塞判断参数值有分组丢失率、 平均队列长度、超时重传的分组数目、平均分组延迟及分组延迟变化，在SDN网络中可以检 测链路使用情况，在链路的利用率达到一定值时，网络性能衰减，因此本方案考虑使用链路 利用率作为门限值进行拥塞判断。 2.选择进行调度的流。拥塞控制路由算法的原理是通过调度部分流来达到缓解链 路拥塞的目的，通常情况下，拥塞链路上具有多条数据流，因此可以根据流的特征对其进行 调度。根据流的基本特征，流分为大流和小流，KanagaveluR等人在文章 《OpenFlow based control for re-routing with differentiated flows in Data Center Networks》所提 出的方案在调度流的选择过程中，针对数据中心网络流量具有大小流的特征进行了流量大 小分类，并且仅对大流量进行调度，提高了重路由的有效性，但同时它没有对所调度大流的 选择进行进一步的研究，仅选择最大流进行调度，考虑到流的特征及整个网络的资源有效 利用，最大流并不一定是最佳的调度流，这就使得所选流量并不是最优。因此，本方案考虑 通过引入调度代价来对调度流进行更加合理的选择。 3.计算流的重路由路径。重路由路径的计算可分为全网路由和局部路由，全网路 由是从源地址到目的地址进行全网络路径计算，局部路由考虑的是在拥塞链路附近进行重 新选路，虽然局部路由可以减少控制器安装流表项的数量，但是全网路由能够更加地充分 使用整个网络的资源。重路由时，路径开销的计算是要重点解决的问题，需要在路径可以满 足流服务质量要求的基础上，新路径上所有的链路具有充分的容量。因此，本文考虑在路径 计算中采用全网路由的方式，并通过路径开销计算来对调度路径进行更加合理的选择。
技术实现思路
针对现有技术的不足，提出了一种有效的对拥塞链路进行调度以缓解拥塞情况， 而且在链路利用率和传输时间方面有所提升，使得网络链路资源得到更好的利用的基于路 径开销和流调度代价最小化的SDN拥塞控制路由方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于 路径开销和流调度代价最小化的SDN拥塞控制路由方法，其包括以下步骤： 101、获取软件定义网络SDN中链路的利用率，链路上包括若干数据流，并对软件 定义网络SDN的链路发生拥塞与否进行判别； 102、当SDN中链路发生拥塞时，对步骤101中链路上所有数据流的大小进行计算， 判断得出大数据流和小数据流，删除小数据流，跳转至步骤103 ; 103、对发生拥塞的链路和链路可用带宽小于流速率的链路从路由拓扑中删除，然 后对步骤102中的大数据流中进行重路由及其开销的计算，选择多条等价路径中路径开销 最小的路径作为该大数据流的调度路径； 104、从步骤103中可调度的大数据流当中，计算每条大数据流的调度代价，选择 调度代价最小的大数据流流进行调度，完成软件定义网络SDN的拥塞控制路由方法。 进一步的，步骤101具体为：通过SDN控制器对所控交换机连接的各链路进行周期 性监测，采用链路利用率作为拥塞门限值，设链路容量为C，链路上负载为V，则链路利用率 为" = fxin〇%，当链路利用率η大于等于某一固定值时，认为链路发生拥塞，跳转至 步骤102。 进一步的，对步骤101中链路上所有数据流的大小进行计算，判断得出大数据流 和小数据流的步骤具体为： 设定固定值Φ1，采用式1= (bt_btp)/p对数据流的大小分类进行判定，其中 bt为时刻t流进入网络的字节数，b t p为时刻t-p流进入网络的字节数，P为时间间隔，当 Φ t> Φ 1时，判定该数据流为大数据流，否则为小数据流。 进一步的，步骤102中的大数据流中进行重路由及其开销的计算，选择多条等价 路径中路径开销最小的路径作为该大数据流的调度路径的步骤具体为； 计算大数据流的重路由路径及其开销：在进行重路由计算之前，首先将发生拥塞 的链路和链路可用带宽小于流速率的链路从路由拓扑中删除，然后进行重路由及其开销的 计算，选择多条等价路径中路径开销最小的路径作为该流的调度路径，所述重路由路径开 销c(r)包含固定开销和可变开销两部分，设R为流的可用路径集合，r e R，c(r)定义如下 式： c (r) = w (r) +v (r) 其中： 式中，w(r)为路径固定开销，u(r)为路径可变开销，％为路径上的链路k的固定 开销；Bav为链路可用带宽，B av定义如下式： Bav(k) = Bth(k)-loadk；B av本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于路径开销和流调度代价最小化的SDN拥塞控制路由方法，其特征在于，包括以下步骤：101、获取软件定义网络SDN中各链路的利用率，链路上包括若干数据流，并对软件定义网络SDN中链路发生拥塞与否进行判别；102、当SDN中链路发生拥塞时，对步骤101中链路上所有数据流的大小进行计算，判断得出大数据流和小数据流并跳转至步骤103；103、对发生拥塞的链路和链路可用带宽小于流速率的链路从路由拓扑中删除，然后对步骤102中的大数据流中进行重路由及其开销的计算，选择多条等价路径中路径开销最小的路径作为该大数据流的调度路径；104、从步骤103中可调度的大数据流当中，计算每条大数据流的调度代价，选择调度代价最小的大数据流流进行调度，完成软件定义网络SDN的拥塞控制路由方法。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：樊自甫，汪帅，王正强，伍春玲，万晓榆，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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