一种基于贪心算法的全局优化SDN测量方法技术

本发明专利技术提出一种基于贪心算法的全局优化SDN测量方法，属于软件定义网络技术领域，本发明专利技术考虑通过以测量最少交换机数目为目标函数来建立数学模型；然后，进一步扩展到以测量最少流的数目为目标函数来求解如何选择合适的交换机而且保证测量流的数目尽可能少；所提出的测量方法先选择流数目最多的交换机，依次递减，直到完成所有流的测量；本发明专利技术能够高效地选择合适的交换机进行测量而且能保证测量到所有的流，有效地提高了测量的精准度和效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于软件定义网络
，具体涉及一种基于贪心算法的全局优化SDN测量方法。
技术介绍
由于信息产业的快速发展，产生了海量的数据信息，而人们对信息质量的要求越来越高，因此网络的处理能力需要得到极大的提高；由于传统网络都是建立在TCP/IP架构之上的，主要是通过端到端的路由转发来处理数据；但是，随着网络信息量的增加和网络架构的复杂性的提高，现有的网络架构很难满足数据信息质量的大幅度提升，也很难满足人们对高质量数据信息的需求；因此，提出一种新的网络架构来提高网络灵活性和资源的动态处理能力，解决现有网络的瓶颈问题成为现在网络界一个重要的研究课题。软件定义网络(Software Defined Network，SDN)作为下一代网络的核心技术已经得到越来越多的关注和研究。首先SDN是一种新型网络架构，它是一种网络的设计理念，而不是一种具体的技术。最初它是用来解决无法利用现有网络中的大规模真实流量和丰富应用进行实验，进而研究网络的速度、可靠性、能效和安全性等问题。SDN的核心思想是控制层面和数据层面分离，控制器通过开放的软件编程接口来全局控制数据层面的转发和管理，控制器的集中和全局控制实现网络流量的可视化，对解决网络拥塞和提高链路利用率具有十分重要的作用。SDN结构主要分为3层：应用层、控制层、数据层，控制层是SDN网络架构的核心层，当控制层面来全局控制数据层面的数据转发时，需要如何实现它和数据层之间的通信，南向接口应运而生，其中，最流行的南向接口是OpenFlow协议；虽然OpenFlow不是唯一的南向接口，但是作为SDN的核心技术，它实现了控制层面与数据层面的通信，并解决当前网络面对新业务产生的种种瓶颈问题。它的核心思想是实现OpenFlow交换机(OpenFlow Switch)和控制服务器(Controller)的解隅，而传统网络中控制层和数据层是紧隅的，数据包的转发是人为控制的，没有流和流表等概念。OpenFlow则引入了流表的概念，通过对流表的查询实现网络流量的可视化，解决现有网络的拥塞问题。在现有的网络测量方法中，OpenTM对流速率进行统计来评估流量矩阵，这种方法通过定期轮询交换机来存储统计的数据来评估流量；然而这种方法只对流量进行估计而且不能捕捉到数据包丢失和延时；FlowSense提出了一种被动监测的测量方法，FlowRemove信息被用来测量每个流的链路利用率，虽然FlowSense方法的通信开销比较低，但是误差比较大，而且不能有效地处理流量突变问题。现有的SDN测量方法主要是通过控制器全局控制和开源的编
程接口来构建SDN测量平台，与传统网络测量方法相比，这种测量方法通过开源的编程接口部署比较简单、可扩展性强、易于实现。在SDN网络测量方法中，轮询算法需要测量每条路径的所有交换机，这种遍历方法不适应规模较大的网络，因为网络规模较大时，这种测量方法会大幅度增加网络开销，造成网络资源的浪费。在测量网络中全部的流时，如果简单地使用所有交换机测量流量，这种低效率的方法虽然精确性高，但是会造成巨大的测量开销。另一方面，如果只测量每个流的源和目的交换机这样也会增加网络开销。而现有的网络测量方法主要从局部考虑，很少从全局的角度考虑流量的测量；因此，全网络测量的情况下，如何选择合适的交换机进行测量而且能保证测量到所有的流是十分重要的。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于贪心算法的全局优化SDN测量方法，高效地选择合适的交换机进行测量而且能保证测量到所有的流。一种基于贪心算法的全局优化SDN测量方法，包括以下步骤：步骤1、在网络拓扑中，根据测量流通过构建目标函数及其约束条件的方式，描述以测量交换机数目最少为目的的交换机选择过程；步骤2、通过扩展步骤1中目标函数的方式，描述以测量流数目最少为目的的交换机选择过程；步骤3、通过贪心算法获得以测量交换机数目最少为目的的被测交换机；步骤4、通过贪心算法获得以测量流数目最少为目的的被测交换机；步骤5、根据实际需求，选择步骤3或步骤4所获得的被测交换机。步骤1所述的在网络拓扑中，根据测量流通过构建目标函数及其约束条件的方式，描述以测量交换机数目最少为目的的交换机选择过程；具体如下：步骤1-1、以测量交换机数目最少为目的构建目标函数；步骤1-2、确定目标函数的约束条件，具体如下：约束1：保证测量交换机的数目在[1，网络拓扑中交换机总数]之间；约束2：保证实际需要测量流的数目要大于等于目标测量流集合中的流数目；约束3：保证每个交换机测量流的数目在[0，网络拓扑中流的数目]之间；约束4：保证所有交换机所测量流的集合包含需要测量流集合；约束5：目标流中的所有流构成需要测量流集合；约束6：约束某台交换机是否被采样。步骤3所述的通过贪心算法获得以测量交换机数目最少为目的的被测交换机，具体如下：步骤3-1、初始化；确定网络拓扑中交换机集合、需要测量流集合、测量流的数目和交换机数目；步骤3-2、查找通过每台交换机流的数目，根据以测量交换机数目最少为目的的目标函数，在满足约束条件的前提下从交换机集合中选择通过流数目最多的交换机；步骤3-3、将选取出的交换机从交换机集合中删除；步骤3-4、更新网络拓扑中交换机集合和交换机数目；步骤3-5、从更新后的交换机集合中选择通过流数目最多的交换机；步骤3-6、判断测量到所有流的集合是否包含需要测量流集合，若是，则测量结束，否则执行步骤3-2。步骤4所述的通过贪心算法获得以测量流数目最少为目的的被测交换机，具体如下：步骤4-1、初始化；确定网络拓扑中交换机集合，需要测量流集合，测量流的数目和交换机数目；步骤4-2、根据以测量流数目最少为目的的目标函数，将每台交换机经过的流与需要测量流集合进行对比，在满足约束条件的前提下提取其公共部分；步骤4-3、在需要测量流集合中删除所提取的公共部分，在删除后的需要测量流集合中选择数目值小的交换机；步骤4-4、将所选择的交换机从交换机集合中删除；步骤4-5、将所选择的交换机里的流从需要测量流集合中删除；步骤4-6、更新网络拓扑中交换机集合和需要测量流集合；步骤4-7、判断更新后的需要测量流集合是否为空集，若是，则测量结束，否则执行步骤4-2。本专利技术优点：SDN网络测量处于初级阶段，现在的研究着眼于建立有效的网络测量平台架构，并能够准确地测量吞吐量、延时、丢包率、链路利用等。这些架构设计原则是能够保证测量的准确性，但是并没有考虑对网络测量方法的全局优化问题，现有的测量方法主要是采用轮询方法，精确度高，但是这样效率低，本专利技术提出一种基于贪心算法的全局优化SDN测量方法，能够高效地选择合适的交换机进行测量而且能保证测量到所有的流；本专利技术考虑通过以测量最少交换机数目为目标函数来建立数学模型；然后，进一步扩展到以测量最少流的数目为目标函数来求解如何选择合适的交换机而且保证测量流的数目尽可能少。所提出的测量方法先选择
流数目最多的交换机，依次递减，直到完成所有流的测量。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的基于贪心算法的全局优化SDN测量方法流程图；图2为本专利技术一种实施方式的网络流测量图；图3为本专利技术一种实施方式的通过贪心算法获得以测量交换机数目最少为目的的被测交换机过程流程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于贪心算法的全局优化SDN测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在网络拓扑中，根据测量流通过构建目标函数及其约束条件的方式，描述以测量交换机数目最少为目的的交换机选择过程；步骤2、通过扩展步骤1中目标函数的方式，描述以测量流数目最少为目的的交换机选择过程；步骤3、通过贪心算法获得以测量交换机数目最少为目的的被测交换机；步骤4、通过贪心算法获得以测量流数目最少为目的的被测交换机；步骤5、根据实际需求，选择步骤3或步骤4所获得的被测交换机。

【技术特征摘要】
1.一种基于贪心算法的全局优化SDN测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在网络拓扑中，根据测量流通过构建目标函数及其约束条件的方式，描述以测量交换机数目最少为目的的交换机选择过程；步骤2、通过扩展步骤1中目标函数的方式，描述以测量流数目最少为目的的交换机选择过程；步骤3、通过贪心算法获得以测量交换机数目最少为目的的被测交换机；步骤4、通过贪心算法获得以测量流数目最少为目的的被测交换机；步骤5、根据实际需求，选择步骤3或步骤4所获得的被测交换机。2.根据权利要求1所述的基于贪心算法的全局优化SDN测量方法，其特征在于，步骤1所述的在网络拓扑中，根据测量流通过构建目标函数及其约束条件的方式，描述以测量交换机数目最少为目的的交换机选择过程；具体如下：步骤1-1、以测量交换机数目最少为目的构建目标函数；步骤1-2、确定目标函数的约束条件，具体如下：约束1：保证测量交换机的数目在[1，网络拓扑中交换机总数]之间；约束2：保证实际需要测量流的数目要大于等于目标测量流集合中的流数目；约束3：保证每个交换机测量流的数目在[0，网络拓扑中流的数目]之间；约束4：保证所有交换机所测量流的集合包含需要测量流集合；约束5：目标流中的所有流构成需要测量流集合；约束6：约束某台交换机是否被采样。3.根据权利要求1所述的基于贪心算法的全局优化SDN测量方法，其特征在于，步骤3所述的通过贪心算法获得以测量交换机数目最少为目的的被测交换机...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋定德，高天，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21