一种面向应用QoS保障的OpenFlow网络流量控制方法技术

本发明专利技术给出了一种面向应用QoS保障的OpenFlow网络流量控制方法，包括如下步骤：用户向服务器请求服务，服务器向SDN控制器发送QoS请求消息，控制器收到消息后，根据网络资源使用情况为其计算出传输的最佳路径并预留资源，同时在服务器传输QoS数据流的过程中，监测其传输状态及网络链路情况，以保证QoS流的可靠，稳定的传输。该系统针对严格保障应用服务的QoS传输，并利用服务对网络资源要求的差异性，为应用服务提供需求的网络资源，不仅有效地保证了应用的QoS，同时达到了网络资源的高效利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及网络保障应用QoS(QualityofService，服务质量）的方法，特别是 OpenFlow网络中为应用QoS提供保障的流量控制方法。
技术介绍
多媒体，在线交互等新型业务对于传输有着较高的QoS要求，通常要求足够的传 输带宽，尽可能低的时延等，不同于"尽力而为"类型的服务。目前提供QoS保障的方法集 中在资源预留，队列优先级调度等方面，但都建立在传统的网络体系上，存在许多不足，如 资源预留要求路由器具有高性能，导致了开销大，扩展性差等缺点，队列管理与调度针对的 是汇聚流，存在控制粒度粗等缺点，并且由于大多方法都是采用逐跳转发的机制，难以达到 对全局资源的有效利用。SDN网络体系的数据层和控制层分离思想提供了全新的解决方案， 控制器提供逻辑控制功能，数据层只需执行对应的操作的这种方式大大提高了网络的扩展 性和流量控制的灵活性。OpenFlow协议是本专利技术中至关重要的协议。OpenFlow是一种新型网络协议，起源 于斯坦福大学的CleanSlate项目组，用于进行网络创新性实验。其主要思想是将网络设备 的控制层和数据层进行分离，控制功能全部集中在控制层，从而可以简化底层设备的功能， 增强了网络的可扩展性。自2009年底发布第一个正式版本vl. 0以来，OpenFlow协议已经 经历了 1. 1、1. 2、1. 3以及最新发布的1. 4等版本的演进过程。OpenFlow协议中定义了控制 器和交换机之间通信的方式，包括控制器如何获得底层网络信息，控制交换机的数据转发 等一系列相关操作。因此建立在控制器上的应用层可以间接与控制器进行通信来获取底层 网络信息，并利用这些信息来提高应用的服务质量。
技术实现思路
本文所要解决的技术问题是在SDN网络中提供一种按需分配资源，为应用提供高 质量QoS传输策略，使网络可以根据应用流的QoS传输要求，为其分配网络资源，同时合理 规划传输路径，达到网络资源利用的最大化。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种应用服务与控制器之间的通信模式，其基 本技术构思是：当用户请求应用服务时，应用服务器首先与控制器进行通信，将服务的传输 要求发给控制器。控制器收到服务器消息后，为该QoS流收集目前网络链路信息，计算出最 佳路由，预留带宽资源，同时通知服务器开始流传输，之后对传输的QoS流和链路状态进行 监测，根据网络资源情况及时调整策略保证QoS流的可靠、稳定传输。 基于上述构思，本专利技术的特征采用的技术方案如下： -种面向应用QoS保障的OpenFlow网络流量控制方法，其特征在于，包括以下步 骤： (1)服务器收到用户服务请求后，向SDN控制器发送QoS传输请求消息，传递服务 传输QoS要求参数，SDN控制器对QoS传输请求消息进行解析，并为其分配QoSID;其中QoS 要求参数包括带宽需求、服务传输允许最大时延、端到端允许最大时延抖动、允许的最大丢 包率； (2)SDN控制器向交换机发送消息，查询当前网络流量信息，得到SDN控制器所在 网络内交换机节点和链路的流量信息，包括每条链路的剩余带宽、每条数据流的传输速率、 交换机端口转发速率、平均时延； (3)计算数据流路由，判别数据流是否为为非QoS流数据，是则采用最短路径算法 计算路由，转步骤（4);否则按以下步骤进行QoS流的路由计算：SDN控制器将步骤（1)中的QoS要求参数和步骤（2)中获得的交换机节点和链路 流量信息作为路由计算的参数，采用基于时延约束的最小代价路由算法，判断是否能计算 出满足时延要求的路径，是则SDN控制器初始化流表，设定流的QoSID号、具体路径和保 证带宽的队列优先级信息，下发至交换机，并向服务器回复消息，通知服务器开始传输数据 流，转步骤（4);否则回复延迟传输数据流消息，控制器重新等待服务器的QoS传输请求消 息，转步骤（1); (4)控制器对传输的QoS流及链路状况进行监测，当链路出现拥塞并且拥塞链路 中存在QoS流或QoS流传输的速率与步骤（1)中带宽需求不一致时，执行预设的调节策略， 以保证QoS流的正常传输和网络资源的有效利用； (5)QoS流传输完毕后，服务器向SDN控制器发送资源释放消息，结束。 所述的网络流量控制方法中，所述服务器是为用户提供应用服务的设备，所述SDN 控制器在软件定义网络（SDN)中负责流量控制；所述交换机是指能支持OpenFlow协议的 交换机；所述流表是OpenFLow网络中控制器生成的一组规则，下发至交换机执行，用于流 量控制；将服务器已发送Q〇S-Request消息的数据流，称作QoS流，未发送QoS-Request的 数据流为非QoS流。服务器和控制器通信消息均为http消息，其中QoS要求参数以XML或 JS0N的格式封装在消息中。 进一步的，所述的网络流量控制方法中，SDN控制器向交换机发送的消息具体 是OpenFLow协议中定义的0FPT_STATS_REQUEST消息，其包括单流请求消息、单流请求消 息、流表请求消息、端口请求消息、队列请求消息等多种类型，此步骤中涉及的是单流请求 OFPFlowStatsRequest和端口请求OFPPortStatsRequest，其中主要参数包括流表号、输出 端口号、流匹配域。交换机回复的〇FPT_STATS_REPLY消息主要包括OFPFlowStatsR印ly和 OFPPortStatsReply消息，与请求消息一致。OFPFlowStatsReply消息主要参数包括流优先 级，数据流已传输数据包数量packet_count和数据流已传输字节数byte_count，数据流已 传输时间duration_sec。流速率可表示为单位时间内传输的字节数 。OFPPortStatsReply消息主要参 数包括端口传输时间duration_sec，端口已收到数据包数量rx_packets，端口发送的数据 包数量tx_packets，端口已收到字节数rx_bytes，端口已发送字节数tx_bytes，则端口上 进一步的，所述的网络流量控制方法中，对非QoS流的路由计算，将链路带宽作为>将该链路权值代入Dijkstra算法计算出最短传输路径； 其中（；表示链路e的带宽容量，比表示链路e已使用的带宽，e表示其中一条链路。其中Dijkstra算法是典型的最短路径路由算法，用于计算一个节点到其他节点的最短路径。主 要特点是以起始点为中心向外层层扩展。计算时需要为每条链路设置参数，参数可以是链 路的带宽，时延，丢包率或其他组合值。这里选取链路的容量和剩余带宽的比值作为链路的 参数，主要是为了达到网络流量的负载均衡， 进一步的，所述的网络流量控制方法中，计算路由的DCLC算法也可以针对具体情 况选取其他QoS路由算法，其能够在多项式时间内计算出满足时延约束，且时延抖动和丢 包率代价最小的路径，其中代价参数设置可变参数，能够根据应用的具体类型取不同的值 来处理不同要求的QoS流，并且算法的时间复杂度降为0 (2)，其中η代表节点数， m代表链路数，与其他QoS路由算法相比时间复杂度低，其具体过程如下： (3. 1)构造链路代价参数： Cij=(l-β)gij+βPij,0 <β< 1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向应用QoS保障的OpenFlow网络流量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)服务器收到用户服务请求后，向SDN控制器发送QoS传输请求消息，传递服务传输QoS要求参数，SDN控制器对QoS传输请求消息进行解析，并为其分配QoS ID；其中QoS要求参数包括带宽需求、服务传输允许最大时延、端到端允许最大时延抖动、允许的最大丢包率；(2)SDN控制器向交换机发送消息，查询当前网络流量信息，得到SDN控制器所在网络内交换机节点和链路的流量信息，包括每条链路的剩余带宽、每条数据流的传输速率、交换机端口转发速率、平均时延；(3)计算数据流路由，判别数据流是否为为非QoS流数据，是则采用最短路径算法计算路由，转步骤(4)；否则按以下步骤进行QoS流的路由计算：SDN控制器将步骤(1)中的QoS要求参数和步骤(2)中获得的交换机节点和链路流量信息作为路由计算的参数，采用基于时延约束的最小代价路由算法，判断是否能计算出满足时延要求的路径，是则SDN控制器初始化流表，设定流的QoS ID号、具体路径和保证带宽的队列优先级信息，下发至交换机，并向服务器回复消息，通知服务器开始传输数据流，转步骤(4)；否则回复延迟传输数据流消息，控制器重新等待服务器的QoS传输请求消息，转步骤(1)；(4)控制器对传输的QoS流及链路状况进行监测，当链路出现拥塞并且拥塞链路中存在QoS流或QoS流传输的速率与步骤(1)中带宽需求不一致时，执行预设的调节策略，以保证QoS流的正常传输和网络资源的有效利用；(5)QoS流传输完毕后，服务器向SDN控制器发送资源释放消息，结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴彬，郑俊，杨军，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42