本发明专利技术涉及一种软件定义网络负载均衡装置与方法，属于移动通信技术领域。在该方法中，根据业务支持能力将核心网交换机虚拟化为虚拟交换机，进而基于虚拟交换机构建网络切片；SDN控制平面的负载均衡装置收集用户业务特性信息及网络切片状态信息，评估数据流路由负载状态及切片内虚拟交换机负载状态，确定网络切片数据流路由切换策略，以实现网络切片之间及切片内部的负载均衡。本发明专利技术可有效实现网络切片之间及切片内部的负载均衡，从而可有效提升网络设备利用率以及用户QoS。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于移动通信
，涉及一种软件定义网络负载均衡装置与方法。
技术介绍
软件定义网络(SoftwareDefinedNetworking，SDN)是由美国斯坦福大学提出的以OpenFlow为基础的新型网络架构。SDN的典型架构共分三层，最上层为应用层，包括各种不同的业务和应用；中间层为控制层，主要负责处理数据转发设备资源的编排，维护网络拓扑和状态信息等；最底层为数据层，主要负责基于流表的数据处理、转发和状态收集。SDN主要特性为控制平面与数据平面分离、集中式网络控制、在控制层与数据层设备之间开放网络接口、网络可由外部程序编程等。在SDN架构中，基于网络虚拟化技术的网络切片能够有效隔离用户数据流量、区分服务链，从而可解决传统移动网络成本高、不够灵活、QoS难以有效管理等问题。SDN系统架构中，如何实现用户数据流在网络切片中，以及网络切片的各交换机之间有效传输，以实现数据传输性能优化是亟待解决的问题。文献[YangF,GondiV,HallstromJO,etal.OpenFlow-basedloadbalancingforwirelessmeshinfrastructure[C]//2014IEEE11thConsumerCommunicationsandNetworkingConference(CCNC),2014:444-449]针对无线Mesh网络架构，提出一种基于链路质量信息的路由选择方法，即选择具有最佳链路质量的传输路径以实现数据传输吞吐量最优；文献[WangP,LanJ,ChenS.OpenFlowbasedflowsliceloadbalancing[J].Communications,China,2014,11(12):72-82]提出了一种基于OpenFlow的流切片负载均衡算法，通过引入差异化服务理论将数据流进行划分，进而针对不同数据流，应用不同切割粒度进行切片，各切片根据链路负载情况进行多路并行传输，从而实现各路的负载均衡；文献[杨琪，一种跨集群负载均衡的方法及装置，CN104243337A，2013]提出了一种跨集群负载均衡的方法，当网络中用户对某集群应用服务的访问流量过大时，通过SDN控制平面将用户对该集群的访问流量负载迁移至其他集群，以实现集群之间的负载均衡。以上文献已考虑基于SDN的系统架构的负载均衡及路由选择，但现有研究未综合考虑网络切片及交换机负载状态以及用户QoS需求，本专利技术针对SDN系统架构，提出基于网络虚拟化的网络切片方法，进而设计高效的负载均衡策略，以实现网络切片之间、切片内部的负载均衡以及用户QoS性能提升。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种软件定义网络负载均衡装置与方法，该方法和装置利用网络切片的思想，在切片内和切片之间实现基于负载均衡的数据流切换方法，解决网络中各交换机负载不均衡问题，实现在SDN架构中，对网络中交换机负载情况的集中感知及控制，从而有效提高用户的QoS满意度、降低时延、提升网络稳定性。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种软件定义网络负载均衡方法，包括以下步骤：步骤一：根据业务支持能力将核心网交换机虚拟化为虚拟交换机；步骤二：基于虚拟交换机构建网络切片；步骤三：收集用户业务特性信息及网络切片状态信息，评估数据流路由负载状态及切片内虚拟交换机负载状态；步骤四：确定网络切片数据流路由切换策略，实现网络切片之间及切片内部的负载均衡。进一步，在步骤三中，根据各网络切片中虚拟交换机的负载信息，评估虚拟交换机及数据流路由负载状态；若存在虚拟交换机或数据流路由负载过重，则根据用户QoS需求信息及网络切片传输信息，确定候选虚拟交换机及数据流路由，进而根据负载均衡准则确定数据流切换目标虚拟交换机及虚拟路由。进一步，所述的评估虚拟交换机及数据流路由负载状态，采用以下方法：将周期T划分为长度为T/M的M个时间间隔，第i个虚拟交换机在第m个时间间隔的负载率定义为1≤i≤N,1≤m≤M，其中，表示第i个虚拟交换机在第m个时间间隔已使用的缓存容量，表示第i个虚拟交换机缓存的总容量，N为所述切片中虚拟交换机的数量；周期T内虚拟交换机i的平均负载率定义为令δ1为虚拟交换机负载率门限值，若则说明虚拟交换机i负载过重；周期T内某虚拟路由平均负载定义为其中，n为所述路由上虚拟交换机数量；令δ2为网络切片中数据流路由平均负载率门限值，若则说明这个周期该数据流路由负载过重；反之说明该周期内数据流路由负载合理。进一步，所述的确定候选虚拟交换机的方法为：用户业务需求信息包括传输速率、时延及丢包率，根据虚拟交换机是否满足用户QoS需求，确定候选切换虚拟交换机：1)若用户业务具有最小传输速率要求，则需比较虚拟交换机传输速率与用户最低速率需求，记Ri为虚拟交换机Si的传输速率，Rmin为用户的最小速率需求，若Ri≥Rmin，则虚拟交换机Si可作为候选虚拟交换机；2)若用户业务具有最大时延需求，则需比较虚拟交换机的处理时延是否满足用户的最大时延需求，记Di为虚拟交换机Si的处理数据包时延，Dmax为用户的最大时延需求，若Di≤Dmax，则虚拟交换机Si可作为候选虚拟交换机；3)若用户业务具有最大丢包率需求，则需比较虚拟交换机丢包率是否满足用户的最大丢包率需求，记PLi为虚拟交换机Si的丢包率，PLmax为用户的最大可容忍丢包率，若PLi≤PLmax，则虚拟交换机Si可作为候选虚拟交换机。进一步，所述的确定目标虚拟交换机及虚拟路由的方法具体包括：若当前网络切片中数据流的虚拟路由平均负载率超过门限值，则在所述切片内寻找可用虚拟路由；若存在满足用户QoS需求的多条虚拟路由，则执行切片内数据流切换，选择当前切片平均负载最低的虚拟路由为数据流切换目标路由；若不存在，则在其他切片中寻找是否存在满足用户QoS需求的路由；若存在，则执行切片间数据流切换，选择目标切片中平均负载最低的虚拟路由为数据流切换目标路由，若不存在，则此次数据流切换失败；若当前网络切片中数据流路由平均负载率低于门限值，但存在某虚拟交换机平均负载率高于门限值，则在虚拟路由上该虚拟交换机相邻两跳邻居节点的一跳邻居虚拟交换机中查询是否存在满足用户QoS需求的虚拟交换机；若存在，则选择负载率最低的虚拟交换机为切换虚拟交换机，替代虚拟路由中原虚拟交换机；若不存在，则执行切片间数据流切换。本专利技术还提供了一种软件定义网络负载均衡装置，包括：1)信息收集平台：收集来自用户终端的QoS需求信息及来自网络切片中虚拟交换机的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种软件定义网络负载均衡方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：根据业务支持能力将核心网交换机虚拟化为虚拟交换机；步骤二：基于虚拟交换机构建网络切片；步骤三：收集用户业务特性信息及网络切片状态信息，评估数据流路由负载状态及切片内虚拟交换机负载状态；步骤四：确定网络切片数据流路由切换策略，实现网络切片之间及切片内部的负载均衡。
【技术特征摘要】
1.一种软件定义网络负载均衡方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：根据业务支持能力将核心网交换机虚拟化为虚拟交换机；
步骤二：基于虚拟交换机构建网络切片；
步骤三：收集用户业务特性信息及网络切片状态信息，评估数据流路由负载状态及切片
内虚拟交换机负载状态；
步骤四：确定网络切片数据流路由切换策略，实现网络切片之间及切片内部的负载均衡。
2.根据权利要求1所述的一种软件定义网络负载均衡方法，其特征在于：在步骤三中，
根据各网络切片中虚拟交换机的负载信息，评估虚拟交换机及数据流路由负载状态；若存在
虚拟交换机或数据流路由负载过重，则根据用户QoS需求信息及网络切片传输信息，确定候
选虚拟交换机及数据流路由，进而根据负载均衡准则确定数据流切换目标虚拟交换机及虚拟
路由。
3.根据权利要求2所述的一种软件定义网络负载均衡方法，其特征在于：所述的评估
虚拟交换机及数据流路由负载状态，采用以下方法：将周期T划分为长度为T/M的M个时间
间隔，第i个虚拟交换机在第m个时间间隔的负载率定义为1≤i≤N,1≤m≤
M，其中，表示第i个虚拟交换机在第m个时间间隔已使用的缓存容量，表示第i个
虚拟交换机缓存的总容量，N为所述切片中虚拟交换机的数量；周期T内虚拟交换机i的平
均负载率定义为令δ1为虚拟交换机负载率门限值，若则说明虚拟交
换机i负载过重；周期T内某虚拟路由平均负载定义为其中，n为所述路由上
虚拟交换机数量；令δ2为网络切片中数据流路由平均负载率门限值，若则说明这个
周期该数据流路由负载过重；反之说明该周期内数据流路由负载合理。
4.根据权利要求2所述的一种软件定义网络负载均衡方法，其特征在于：所述的确定
候选虚拟交换机的方法为：用户业务需求信息包括传输速率、时延及丢包率，根据虚拟交换
机是否满足用户QoS需求，确定候选切换虚拟交换机：
1)若用户业务具有最小传输速率要求，则需比较虚拟交换机传输速率与用户最低速率
需求，记Ri为虚拟交换机Si的传输速率，Rmin为用户的最小速率需求，若Ri≥Rmin，则虚拟
交换机Si可作为候选虚拟交换机；
2)若用户业务具有最大时延需求，则需比较虚拟交换机的处理时延是否满足用户的最
\t大时延需求，记Di为虚拟交换机Si的处理数据包时延，Dmax为用户的最大时延需求，若Di≤
【专利技术属性】
技术研发人员：柴蓉，李海鹏，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50
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