一种基于SDN架构的资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于SDN架构的资源分配方法，目的是解决现有资源分配方法不能高效地利用全网网络资源，难以提供QoS保证的问题。技术方案是先构建基于三层管理节点的QoS管理架构：底层管理节点为路由器；二层管理节点为自治域服务节点S‐QoSN；顶层管理节点为总控服务节点M‐QoSN。其中，每个自治域部署一个S‐QoSN，负责本自治域的资源分配管理；全网部署一个M‐QoSN，负责跨自治域的资源分配管理。接着通过该QoS管理架构，以集中式与分布式相结合的方式对全网的QoS进行资源分配。采用本发明专利技术能根据应用业务系统的QoS和流量需求进行全局传输路径计算，能在源终端和目的终端之间建立一条确保带宽资源的QoS隧道，能高效地利用全网网络资源，提供QoS保证。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SDN架构的资源分配方法
本专利技术涉及计算机网络
，特别涉及一种基于SDN(SoftwareDefineNetwork)架构的资源分配方法。
技术介绍
随着网络技术的快速发展，带宽接入速率的不断提高，多媒体应用在互联网中得到了广泛部署。多媒体应用通常对端到端时延及带宽有着较高的需求，如网络电话、视频会议、视频点播等。因此，为了更好的支持多媒体应用，有效地为网络业务提供服务质量QoS(QualityofService)保证成为了网络技术发展的重要难题。对此，互联网工程任务组在QoS解决方案上提出了集成服务模型IntServ(IntegratedServices)。该模型采用资源预留协议RSVP(ResourceReservationProtocol)，从接受端开始向发送端逐条发送资源预约请求报文，并在路由器等网络元素上建立和维护QoS控制服务用的路径状态和预约状态，从而在发送端至接受端路径中的逐台网络元素中预留资源，来实现端到端的网络服务质量保证。但是，现有的技术通过分布式的方式(如基于约束的标签分发协议CR-LDP)进行网络资源的分配，这种分布式方式难以感知全网链路带宽的使用情况，因而不能合理地规划传输路径并高效地利用网络资源，从而导致在复杂网络条件下端到端的网络服务质量难以保证，以及全网网络资源利用率降低的问题。鉴于此，如何设计一种基于SDN架构的资源分配方法，实现网络资源的统一管控，从而更高效地提供网络服务质量保证成为了本领域研究人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于SDN架构的资源分配方法，用于解决现有技术中不能高效地利用全网网络资源，难以提供QoS保证的问题。为了实现以上目的，本专利技术提供一种基于SDN架构的资源分配方法，通过以下技术方案实现：第一步，构建基于三层管理节点的QoS管理架构。底层管理节点为路由器，负责路由信息的通告与上报，以及QoS隧道(即有资源保证的标签路径)的维护；二层管理节点为N个自治域服务节点S-QoSN(AreaQoSNode)，每个自治域(指一个管理机构管辖下的所有网络和路由器的全体)部署一个S-QoSN，负责本自治域的资源分配管理，N为自治域个数；顶层管理节点为总控服务节点M-QoSN(MasterQoSNode)，全网部署一个M-QoSN，M-QoSN与每个S-QoSN相连，负责跨自治域的资源分配管理，M-QoSN还与映射服务器相连。映射服务器是网络中装有映射数据库的服务器，映射数据库的内容为映射数据表，映射数据表的每个表项为<终端标识，与终端相连的接入路由器的ID号>。M-QoSN节点通过查询映射数据库获得终端与该终端相连的接入路由器之间的映射关系。M-QoSN节点是一台服务器，其上安装有QoS需求输入模块、资源预留管理模块、域间QoS管理模块、流标签管理模块；S-QoSN节点也是一台服务器，其上安装有域内QoS管理模块；路由器上安装有路由管理模块、QoS隧道维护模块。QoS需求输入模块与资源预留管理模块相连，负责接收用户提出的QoS需求(包括源终端标识、目的终端标识、带宽、跳数、协议类型、端口、通信行为的发生时间)，QoS需求使用5W(Who、Where、Which、What、When)描述。Who(何人)定义需要通信的双方终端实体，即源终端标识、目的终端标识，Where(何地)定义本次传输系统需要经过的自治域(没有特殊要求时，自治域可以为空)，Which(何协议)定义本次通信需要使用的协议类型、端口，What(何要求)表示本次通信要求的带宽、跳数，When(何时)定义本次通信行为的发生时间。同时，QoS需求输入模块会将QoS需求通告给资源预留管理模块。资源预留管理模块与QoS需求输入模块、域间QoS管理模块、流标签管理模块相连。该模块接收QoS需求输入模块发送的QoS需求，并将QoS需求保存到QoS需求表中，其中QoS需求表的内容为：<源终端标识、目的终端标识、带宽、协议类型、端口、通信行为的发生时间>。该模块根据QoS需求向域间QoS管理模块发送传输路径计算请求以及资源预留请求，并负责向流标签管理模块发送流标签分配请求及流标签释放请求。资源预留管理模块将从域间QoS管理模块接收的QoS隧道的路径计算结果以及资源预留结果保存到QoS隧道管理表中。QoS隧道管理表有N1个表项，表项的内容为：<隧道ID、传输路径计算状态、资源预留状态、流标签分配状态>，其中，隧道ID是隧道的标识、传输路径计算状态表示该隧道是否完成传输路径的计算、资源预留状态表示该隧道是否完成资源预留、流标签分配状态表示该隧道是否完成流标签分配，N1等于隧道的个数。资源预留管理模块还从域间QoS管理模块接收隧道路径失效信息，若接收到隧道路径失效信息，则资源预留管理模块尝试重新建立QoS隧道，并将QoS隧道建立成功消息发送给域间QoS管理模块。域间QoS管理模块与资源预留管理模块、域内QoS管理模块相连。该模块从资源预留管理模块接收传输路径计算请求，完成域间传输路径的计算，再根据域间传输路径的计算结果，向该域间传输路径所经过自治域的域内QoS管理模块发送域内传输路径计算请求，同时将域间传输路径的计算结果保存至域间传输路径表中。域间传输路径表为链表形式，链表的每个元素即为传输路径中的路由器ID，上游路由器ID与下游路由器ID逐个相连。域间QoS管理模块从资源预留管理模块接收资源预留请求和隧道建立成功消息，向域间传输路径所经过自治域的域内QoS管理模块发送域内资源预留请求、隧道建立成功消息。域间QoS管理模块负责从域内QoS管理模块收集域间链路状态信息、域内路径计算结果、域内资源预留结果和域内隧道路径失效信息。域间QoS管理模块维护域间链路状态数据库InterLSDB，该数据库有N2个表项，表项内容为：<路由器ID1、路由器ID2、最大链路带宽、可用链路带宽、不可用链路带宽>，其中，路由器ID1、路由器ID2表示一个域间链路两端路由器的ID，最大链路带宽表示该链路的最大链路带宽、可用链路带宽表示该链路当前可以预约的链路带宽、不可用链路带宽表示该链路当前不可预约的链路带宽，N2等于域间链路的个数。流标签管理模块与资源预留管理模块相连。该模块对全网的流标签(流标签指用于唯一标识一个转发等价类的固定长度的短标识符)信息进行统一管理，负责接收资源预留管理模块的分配流标签请求及释放流标签请求，对流标签进行分配及释放，并将分配流标签结果及释放流标签结果发送给资源预留管理模块。流标签管理模块维护空闲流标签表和已分配流标签表，其中，空闲流标签表和已分配流标签表均以链表的形式保存数据，空闲流标签表的链表元素为空闲的流标签，初始化为1000个流标签；已分配流标签表的链表元素为已分配的流标签，初始化为空。域内QoS管理模块与域间QoS管理模块、路由管理模块、QoS隧道维护模块相连。该模块从域间QoS管理模块接收域内传输路径计算请求，完成域内传输路径的计算，并将域内路径计算结果返回域间QoS管理模块。域内QoS管理模块从域间QoS管理模块接收域内资源预留请求，根据域内传输路径表(域内传输路径表为链表形式，链表的每个元素即为域内传输路径中的路由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SDN架构的资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，构建基于三层管理节点的QoS管理架构：底层管理节点为路由器，负责路由信息的通告与上报，以及QoS隧道的维护；二层管理节点为N个自治域服务节点S‑QoSN，每个自治域部署一个S‑QoSN，负责本自治域的资源分配管理，N为自治域个数；顶层管理节点为总控服务节点M‑QoSN，全网部署一个M‑QoSN，M‑QoSN与每个S‑QoSN相连，负责跨自治域的资源分配管理，M‑QoSN还与映射服务器相连；映射服务器是网络中装有映射数据库的服务器，映射数据库的内容为映射数据表，映射数据表的每个表项为<终端标识，与终端相连的接入路由器的ID号>。M‑QoSN节点通过查询映射数据库获得终端与该终端相连的接入路由器之间的映射关系；M‑QoSN节点是一台服务器，其上安装有QoS需求输入模块、资源预留管理模块、域间QoS管理模块、流标签管理模块；S‑QoSN节点也是一台服务器，其上安装有域内QoS管理模块；路由器上安装有路由管理模块、QoS隧道维护模块；QoS需求输入模块与资源预留管理模块相连，负责接收用户提出的QoS需求并将QoS需求通告给资源预留管理模块，QoS需求包括源终端标识、目的终端标识、带宽、跳数、协议类型、端口、通信行为的发生时间；资源预留管理模块与QoS需求输入模块、域间QoS管理模块、流标签管理模块相连，该模块接收QoS需求输入模块发送的QoS需求，并将QoS需求保存到QoS需求表中；该模块根据QoS需求向域间QoS管理模块发送传输路径计算请求以及资源预留请求，并负责向流标签管理模块发送流标签分配请求及流标签释放请求；资源预留管理模块将从域间QoS管理模块接收的QoS隧道的路径计算结果以及资源预留结果保存到QoS隧道管理表中；资源预留管理模块还从域间QoS管理模块接收隧道路径失效信息，若接收到隧道路径失效信息，则资源预留管理模块尝试重新建立QoS隧道，并将QoS隧道建立成功消息发送给域间QoS管理模块；域间QoS管理模块与资源预留管理模块、域内QoS管理模块相连，该模块从资源预留管理模块接收传输路径计算请求，完成域间传输路径的计算，再根据域间传输路径的计算结果，向该域间传输路径所经过自治域的域内QoS管理模块发送域内传输路径计算请求，同时将域间传输路径的计算结果保存至域间传输路径表中；域间QoS管理模块从资源预留管理模块接收资源预留请求和隧道建立成功消息，向域间传输路径所经过自治域的域内QoS管理模块发送域内资源预留请求、隧道建立成功消息；域间QoS管理模块负责从域内QoS管理模块收集域间链路状态信息、域内路径计算结果、域内资源预留结果和域内隧道路径失效信息；域间QoS管理模块维护域间链路状态数据库InterLSDB；流标签管理模块与资源预留管理模块相连，该模块对全网的流标签信息进行统一管理，负责接收资源预留管理模块的分配流标签请求及释放流标签请求，对流标签进行分配及释放，并将分配流标签结果及释放流标签结果发送给资源预留管理模块；流标签管理模块维护空闲流标签表和已分配流标签表，空闲流标签表的元素为空闲的流标签，已分配流标签表的元素为已分配的流标签；域内QoS管理模块与域间QoS管理模块、路由管理模块、QoS隧道维护模块相连，该模块从域间QoS管理模块接收域内传输路径计算请求，完成域内传输路径的计算，并将域内路径计算结果返回域间QoS管理模块；域内QoS管理模块从域间QoS管理模块接收域内资源预留请求，根据域内传输路径表的传输路径信息，向该域内路径所经过的路由器发送流标签添加消息，并将域内资源预留结果反馈到域间QoS管理模块；域内QoS管理模块从域间QoS管理模块接收域内资源释放请求，根据域内路径计算结果，向该域内路径所经过的路由器发送流标签删除消息，并将域内资源释放结果反馈到域间QoS管理模块；同时，域内QoS管理模块定期收集本自治域内路由器中QoS隧道维护模块发送的QoS隧道邻居不可达信息，当收到QoS隧道邻居不可达信息，则向域间QoS管理模块通告域内隧道路径失效信息；域内QoS管理模块维护域内链路状态数据库IntraLSDB；QoS隧道维护模块与域内QoS管理模块相连，该模块从域内QoS管理模块接收流标签添加请求或者流标签删除请求，确定流标签的生存时间，对安装在路由器的流标签表进行管理；该模块还将流标签添加请求或者流标签删除请求操作结果反馈给域内QoS管理模块；同时，QoS隧道维护模块维护标签转发表；QoS隧道维护模块对域间及域内传输路径上的邻居定期发送隧道维护报文，当QoS隧道维护模块检测到隧道邻居不可达时，将QoS隧道邻居不可达信息发送给域内QoS管理模块；路由管理模块与域内QoS管理模块相连，该模块定期向域内QoS管理模块发送域内链路状态信息及域间链...

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN架构的资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，构建基于三层管理节点的QoS管理架构：底层管理节点为路由器，负责路由信息的通告与上报，以及QoS隧道的维护；二层管理节点为N个自治域服务节点S-QoSN，每个自治域部署一个S-QoSN，负责本自治域的资源分配管理，N为自治域个数；顶层管理节点为总控服务节点M-QoSN，全网部署一个M-QoSN，M-QoSN与每个S-QoSN相连，负责跨自治域的资源分配管理，M-QoSN还与映射服务器相连；映射服务器是网络中装有映射数据库的服务器，映射数据库的内容为映射数据表，映射数据表的每个表项为<终端标识，与终端相连的接入路由器的ID号>。M-QoSN节点通过查询映射数据库获得终端与该终端相连的接入路由器之间的映射关系；M-QoSN节点是一台服务器，其上安装有QoS需求输入模块、资源预留管理模块、域间QoS管理模块、流标签管理模块；S-QoSN节点也是一台服务器，其上安装有域内QoS管理模块；路由器上安装有路由管理模块、QoS隧道维护模块；QoS需求输入模块与资源预留管理模块相连，负责接收用户提出的QoS需求并将QoS需求通告给资源预留管理模块，QoS需求包括源终端标识、目的终端标识、带宽、跳数、协议类型、端口、通信行为的发生时间；资源预留管理模块与QoS需求输入模块、域间QoS管理模块、流标签管理模块相连，该模块接收QoS需求输入模块发送的QoS需求，并将QoS需求保存到QoS需求表中；该模块根据QoS需求向域间QoS管理模块发送传输路径计算请求以及资源预留请求，并负责向流标签管理模块发送流标签分配请求及流标签释放请求；资源预留管理模块将从域间QoS管理模块接收的QoS隧道的路径计算结果以及资源预留结果保存到QoS隧道管理表中；资源预留管理模块还从域间QoS管理模块接收隧道路径失效信息，若接收到隧道路径失效信息，则资源预留管理模块尝试重新建立QoS隧道，并将QoS隧道建立成功消息发送给域间QoS管理模块；域间QoS管理模块与资源预留管理模块、域内QoS管理模块相连，该模块从资源预留管理模块接收传输路径计算请求，完成域间传输路径的计算，再根据域间传输路径的计算结果，向该域间传输路径所经过自治域的域内QoS管理模块发送域内传输路径计算请求，同时将域间传输路径的计算结果保存至域间传输路径表中；域间QoS管理模块从资源预留管理模块接收资源预留请求和隧道建立成功消息，向域间传输路径所经过自治域的域内QoS管理模块发送域内资源预留请求、隧道建立成功消息；域间QoS管理模块负责从域内QoS管理模块收集域间链路状态信息、域内路径计算结果、域内资源预留结果和域内隧道路径失效信息；域间QoS管理模块维护域间链路状态数据库InterLSDB；流标签管理模块与资源预留管理模块相连，该模块对全网的流标签信息进行统一管理，负责接收资源预留管理模块的分配流标签请求及释放流标签请求，对流标签进行分配及释放，并将分配流标签结果及释放流标签结果发送给资源预留管理模块；流标签管理模块维护空闲流标签表和已分配流标签表，空闲流标签表的元素为空闲的流标签，已分配流标签表的元素为已分配的流标签；域内QoS管理模块与域间QoS管理模块、路由管理模块、QoS隧道维护模块相连，该模块从域间QoS管理模块接收域内传输路径计算请求，完成域内传输路径的计算，并将域内路径计算结果返回域间QoS管理模块；域内QoS管理模块从域间QoS管理模块接收域内资源预留请求，根据域内传输路径表的传输路径信息，向该域内路径所经过的路由器发送流标签添加消息，并将域内资源预留结果反馈到域间QoS管理模块；域内QoS管理模块从域间QoS管理模块接收域内资源释放请求，根据域内路径计算结果，向该域内路径所经过的路由器发送流标签删除消息，并将域内资源释放结果反馈到域间QoS管理模块；同时，域内QoS管理模块定期收集本自治域内路由器中QoS隧道维护模块发送的QoS隧道邻居不可达信息，当收到QoS隧道邻居不可达信息，则向域间QoS管理模块通告域内隧道路径失效信息；域内QoS管理模块维护域内链路状态数据库IntraLSDB；QoS隧道维护模块与域内QoS管理模块相连，该模块从域内QoS管理模块接收流标签添加请求或者流标签删除请求，确定流标签的生存时间，对安装在路由器的流标签表进行管理；该模块还将流标签添加请求或者流标签删除请求操作结果反馈给域内QoS管理模块；同时，QoS隧道维护模块维护标签转发表；QoS隧道维护模块对域间及域内传输路径上的邻居定期发送隧道维护报文，当QoS隧道维护模块检测到隧道邻居不可达时，将QoS隧道邻居不可达信息发送给域内QoS管理模块；路由管理模块与域内QoS管理模块相连，该模块定期向域内QoS管理模块发送域内链路状态信息及域间链路状态信息，内容均为相邻路由器之间的带宽信息；第二步，各自治域S-QoSN上的的域内QoS管理模块并行初始化域内链路状态数据库IntraLSDB，将域内链路状态信息中路由器间的最大链路带宽、可用链路带宽和不可用链路带宽信息及其相应路由器ID号填入IntraLSDB；第三步，M-QoSN上的域间QoS管理模块初始化域间链路状态数据库InterLSDB，将域间链路状态信息中路由器间的最大链路带宽、可用链路带宽和不可用链路带宽信息及其相应路由器ID号填入InterLSDB；第四步，QoS需求输入模块接收网络管理员输入的QoS需求，并将QoS需求发送给资源预留管理模块，资源预留管理模块从QoS需求输入模块接收QoS需求消息，并将QoS需求保存到QoS需求表中；第五步，资源预留管理模块从QoS需求输入模块接收QoS需求，向域间QoS管理模块发送传输路径计算请求；第六步，域间QoS管理模块从资源预留管理模块接收传输路径计算请求，通过查询映射服务器确定源终端和目的终端的接入路由器，若源终端和目的终端分属不同自治域，则执行步骤6.1；若源终端和目的终端属于相同自治域，则执行步骤6.2：6.1域间QoS管理模块进行跨域传输路径计算：6.1.1域间QoS管理模块根据域间链路状态数据库InterLSDB，计算域间传输路径，若具有多条等价路径，转步骤6.1.7；若正好计算结果只有一条域间传输路径，转6.1.2；若不能找到满足条件的路径，域间QoS管理模块将传输路径计算结果置为失败，并发送给资源预留管理模块，转第6.3步；6.1.2域间QoS管理模块根据域间传输路径计算结果向该路径所经过自治域的域内QoS管理模块发送域内传输路径计算请求，并将域间传输路径保存到本地的域间传输路径表中；6.1.3域内QoS管理模块接收域间QoS管理模块发送的域内传输路径计算请求，根据域内链路状态数据库IntraLSDB，计算本自治域的传输路径，若具有多条等价路径，则将多条等价路径发送给域间QoS管理模块，转步骤6.1.7；若正好计算结果只有一条域内传输路径，转6.1.4；若不能找到满足条件的路径，域内QoS管理模块将域内传输路径计算结果置为失败，并发送给域间QoS管理模块，并转第6.1.6步；6.1.4域内QoS管理模块将域内传输路径保存到本地的域内传输路径表中，并将域内传输路径计算结果发送到域间QoS管理模块；6.1.5域间QoS管理模块接收从域内QoS管理模块发送的域内传输路径计算结果，将传输路径计算结果发送给资源预留管理模块；转第6.3步；6.1.6域间QoS管理模块将传输路径计算结果置为失败，并发送给资源预留管理模块，转到第6.3步；6.1.7域间QoS管理模块按多条路径仲裁方法进行对多条等价路径进行仲裁；6.1.8若等价路径为域间传输路径，转到步骤6.1.2；若等价路径为域内传输路径，则转到6.1.4；6.2域间QoS管理模块进行非跨域传输路径计算：6.2.1域间QoS管理模块向源终端和目的终端的接入路由器所在自治域的域内QoS管理模块发送域内传输路径计算请求；6.2.2域内QoS管理模块接收域间QoS管理模块发送的域内传输路径计算请求，根据域内链路状态数据库IntraLSDB，计算本自治域的传输路径，若具有多条等价路径，则将多条等价路径发送给域间QoS管理模块，转步骤6.2.6；若正好计算结果只有一条域内传输路径，转6.2.3；若不能找到满足条件的路径，则转第6.2.5步；6.2.3域内QoS管理模块将域内传输路径计算结果保存到本地的域内传输路径表中，并将计算结果发送到域间QoS管理模块；6.2.4域间QoS管理模块接收从域内QoS管理模块发送的域内传输路径计算结果，将传输路径计算结果发生给资源预留管理模块；转第6.3步；6.2.5域间QoS管理模块将传输路径计算结果置为失败，并发送给资源预留管理模块；转到第6.3步；6.2.6域间QoS管理模块按多条路径仲裁方法对多条等价路径进行仲裁，仲裁得到的路径为域内传输路径计算结果，转到6.2.3；6.3资源预留管理模块从域间QoS管理模块接收传输路径计算结果，如果传输路径计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓文平，王宝生，刘志宏，苏金树，陈曙晖，胡宁，郦苏丹，彭伟，王宏，唐竹，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43