基于SDN实现异构覆盖网路由优化的两种方法技术

基于SDN实现异构覆盖网路由优化的两种方法，一种是集中式方法，另一种是分布式方法，实现了覆盖网络之间的相互合作；主要思想是：为每一个覆盖网络设置一个SDN控制器，为所有覆盖网络设置一个数据服务器，并让覆盖网络的SDN控制器都与数据服务器相连接，从而使异构覆盖网络之间相互感知，并且理解彼此的表现目标，在这个基础上对覆盖网络的路由进行集中式或分布式指导，改善了覆盖网络之间的路由冲突，使覆盖网络通过合作来优化各自的流量安排，友好地共享底层资源，最后保证覆盖网络之间的公平性的同时提升它们的表现。

Two methods for routing optimization of heterogeneous overlay network based on SDN

The two methods of SDN heterogeneous overlay network routing optimization based on a centralized method, the other is a distributed method, realizes the mutual cooperation between the overlay network; the main idea is: to set up a SDN controller for each overlay network for all overlay network is provided with a data server, and let SDN overlay network controller are connected to the data server, so that the mutual perception between heterogeneous overlay network, and understand each other's performance goals are centralized or distributed to guide the overlay network routing on the basis of improved routing conflict between the overlay network, through cooperation to optimize traffic arrangements for their network coverage. Kindly share the underlying resource, finally to ensure their performance while improving the fairness between the overlay network.

【技术实现步骤摘要】
基于SDN实现异构覆盖网路由优化的两种方法
本专利技术涉及基于SDN实现异构覆盖网路由优化的方法问题，属于计算机网络
，特别是属于覆盖网络路由领域。
技术介绍
覆盖网络是一种虚拟网络，它可以在不改变现有基础网络的前提下提供新的网络功能，例如基于不同服务质量(QoS)需求的路由等。因此，覆盖网络广泛地被服务提供商应用在构造虚拟网络来提供各种新型的网络服务，例如对等网服务，流媒体传输，内容分发网络等。因此覆盖网络的性能直接影响着服务提供商的服务质量，并间接影响着服务提供商的经济收益。随着现在互联网的飞速发展，覆盖网络也随着服务提供商的扩张越来越多地被部署在现有的基础网络上。那么在同一个基础网络上，很有可能部署着多个覆盖网络。尽管这些共存的覆盖网络是被各个服务提供商独立部署的，但是他们共享着下层的网络资源。例如他们的覆盖网节点可能部署在同一台主机或服务器上，传输数据时这些数据流也可能经过同一条物理链路。通过这些共享的网络资源，他们可能会相互影响。例如当一个覆盖网络进行大流量数据传输时，会造成用于传输的下层链路的拥塞。而这个链路的拥塞会导致使用该链路的另一覆盖网络的数据流的传输效率降低。这种相互影响使得共存覆盖网络会不断进行重路由对下层网络资源进行竞争，从而造成整个路由的不断振荡。不仅如此，这种覆盖网络间的冲突还会使每个覆盖网络的性能降低。我们希望可以让覆盖网络进行合作来改善它们的表现。然而目前的覆盖网络合作方案具有很大的缺陷。首先，因为覆盖网络是被服务提供商独立部署的，它们之间无法相互感知。因此它们只能盲目地相互竞争。现有的解决方案是强制全部共存覆盖网络路由进行全局最优化的处理。这种全局最优化的解决方案需要全部共存覆盖网络的支持。但是该方案会牺牲部分覆盖网络的性能来对网络整体性能进行提升。显然，这些被牺牲的覆盖网络是不愿意参与到这个方案中来的。这使得这种全局最优化的解决方案变得不可行。我们需要提供一种可以使全部覆盖网络收益的解决方案。其次，一般的合作方案只能用于相同类型的覆盖网络，并不适用于异构覆盖网络。为了使异构覆盖网络可以相互进行合作，有几个问题需要得到解决。不同于同构覆盖网络，异构覆盖网络的表现目标不一样。一个覆盖网络是无法理解一个不同的覆盖网络的表现目标的。如果覆盖网络相互误解了彼此的表现目标，它们的合作结果也会与我们的期望相违。例如，一个时延敏感的覆盖网络无法处理带宽敏感覆盖网络的路由问题。如果这两个覆盖网络相互进行合作，那么时延敏感的覆盖网络可能会试图减少带宽敏感流的时延，而带宽敏感的覆盖网络可能会试图增加时延敏感流的带宽。因此，如何让异构覆盖网络相互了解各自的表现(performance)目标，以及如何让异构覆盖网络进行双赢的合作，是目前计算机网络工程领域一个亟待解决的技术难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是专利技术实现覆盖网络之间相互合作的方法，能够使异构覆盖网络之间相互感知，并且理解彼此的表现目标，在这个基础上对覆盖网络的路由进行指导，使覆盖网络能够恰当地安排它们的流量，友好地共享底层资源，最后保证覆盖网络之间的公平性的同时提升它们的表现。为了达到上述目的，本专利技术提出了基于SDN实现异构覆盖网路由优化的集中式方法，所述方法包括下列操作步骤：(11)为每一个覆盖网络设置一个SDN控制器，为所有覆盖网络设置一个数据服务器，所述的覆盖网络的SDN控制器都与所述的数据服务器相连接；(12)每个覆盖网络根据经验或者历史表现来设定自己的基准表现参考值(13)覆盖网络节点对底层网络进行探测，获取到当前的网络状态，然后覆盖网络将探测到的网络状态信息经过所述的SDN控制器的汇总，上传给所述的数据服务器；(14)当覆盖网络中产生服务请求的时候，该覆盖网络的请求节点会向SDN控制器汇报并请求路由策略；SDN控制器汇总覆盖网络中的服务请求后，计算出覆盖网络的表现函数并上传给数据服务器；(15)所述的数据服务器将所收到的覆盖网络的表现函数进行汇总后，计算出最优全局路由策略；然后数据服务器将计算出的最优全局路由策略进行切分并发送给对应的覆盖网络的SDN控制器；所述的切分是指把全局路由策略根据覆盖网络的对应关系把对应部分分割出来；(16)所述的SDN控制器从数据服务器接收到路由策略后，将其部署到覆盖网络中，然后由覆盖网络节点根据该路由策略将流量部署到底层网络中；(17)重复步骤(13)～(16)，直至覆盖网络的路由策略数个周期没有变化。步骤(14)的具体内容包括如下操作子步骤：(1401)每个覆盖网络统计其可用虚拟路径，得到该覆盖网络可用的虚拟路径集合R(s)R(s)＝{r1,r2,…,ri,…,rn}这里ri代表着该覆盖网络的第i条虚拟路径，n是该覆盖网络的虚拟路径的总数；(1402)每个覆盖网络根据自己的虚拟路径，统计这些虚拟路径所对应的底层链路，得到所述的覆盖网络虚拟路径集合R(s)和底层链路之间的对应关系矩阵A(s)：这里，l,r分别是底层物理链路和该覆盖网络虚拟路径的编号，L是所有物理链路的总集合。L＝{link1,link2,…,linkl,…}，这里linkl代表第l条物理链路。当arl＝1时，表示底层物理链路l是虚拟路径r的一部分，当arl＝0时，表示底层物理链路l与虚拟路径r无关；(1403)覆盖网络探测并收集虚拟路径上的底层流量分布信息，得到与其虚拟路径集合R(s)相对应的底层流量分布向量U(-s)，也就是虚拟路径上的背景流量：这里是覆盖网络s探测到的底层物理链路l上承载的背景流量，而l是底层物理链路的编号；(1404)每个覆盖网络统计自己的服务请求得到覆盖网络流集合F(s)：F(s)＝{f1,f2,…,fk}该集合中，每一个元素表示：对应于一个服务请求，覆盖网络需要提供的一条覆盖网络流；所述的覆盖网络流包含起始节点、目的节点以及基本的带宽、时延等需求信息；(1405)每个覆盖网络根据所述的覆盖网络流的起始节点和目的节点统计其可用的虚拟路径，并得到覆盖网络流集合F(s)与虚拟路径集合R(s)的对应关系矩阵B(s):这里，f,r分别是覆盖网络流和覆盖网络虚拟路径的编号，当bfr＝1时，表示覆盖网络流f可以通过虚拟路径r传输数据，当bfr＝0时，表示虚拟路径r对于覆盖网络流f不可用；(1406)每个覆盖网络根据各自的QoS表现需求来定义自己的虚拟路径表现函数，该函数是与底层网络流量部署情况相关的函数，表示覆盖网络表现与底层网络中具体流量分布的关系；虚拟路径表现函数的定义根据覆盖网络的种类和QoS表现需求而有所不同，对于时延敏感的覆盖网络，虚拟路径表现函数是一条覆盖网络虚拟路径的时延函数，该函数定义如下：这里r代表着一条虚拟路径，而l代表着这条虚拟路径上的一条物理链路。delayl(ul)是物理链路的时延函数，代表物理链路l的时延与它所实际承载的流量ul的关系。U＝(u1,u2,…,u|L|)T则为底层链路负载向量，代表着底层链路实际负载的总体情况。(1407)每个覆盖网络根据下式计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于SDN实现异构覆盖网路由优化的集中式方法，其特征在于：所述方法包括下列操作步骤：(11)为每一个覆盖网络设置一个SDN控制器，为所有覆盖网络设置一个数据服务器，所述的覆盖网络的SDN控制器都与所述的数据服务器相连接；(12)每个覆盖网络根据经验或者历史表现来设定自己的基准表现参考值

【技术特征摘要】
1.基于SDN实现异构覆盖网路由优化的集中式方法，其特征在于：所述方法包括下列操作步骤：(11)为每一个覆盖网络设置一个SDN控制器，为所有覆盖网络设置一个数据服务器，所述的覆盖网络的SDN控制器都与所述的数据服务器相连接；(12)每个覆盖网络根据经验或者历史表现来设定自己的基准表现参考值(13)覆盖网络节点对底层网络进行探测，获取到当前的网络状态，然后覆盖网络将探测到的网络状态信息经过所述的SDN控制器的汇总，上传给所述的数据服务器；(14)当覆盖网络中产生服务请求的时候，该覆盖网络的请求节点会向SDN控制器汇报并请求路由策略；SDN控制器汇总覆盖网络中的服务请求后，计算出覆盖网络的表现函数并上传给数据服务器；(15)所述的数据服务器将所收到的覆盖网络的表现函数进行汇总后，计算出最优全局路由策略；然后数据服务器将计算出的最优全局路由策略进行切分并发送给对应的覆盖网络的SDN控制器；所述的切分是指把全局路由策略根据覆盖网络的对应关系把对应部分分割出来；(16)所述的SDN控制器从数据服务器接收到路由策略后，将其部署到覆盖网络中，然后由覆盖网络节点根据该路由策略将流量部署到底层网络中；(17)重复步骤(13)～(16)，直至覆盖网络的路由策略数个周期没有变化。2.根据权利要求1所述的基于SDN实现异构覆盖网路由优化的集中式方法，其特征在于：步骤(14)的具体内容包括如下操作子步骤：(1401)每个覆盖网络统计其可用虚拟路径，得到该覆盖网络可用的虚拟路径集合R(s)R(s)＝{r1，r2，...，ri，...，rn}这里ri代表着该覆盖网络的第i条虚拟路径，n是该覆盖网络的虚拟路径的总数；(1402)每个覆盖网络根据自己的虚拟路径，统计这些虚拟路径所对应的底层链路，得到所述的覆盖网络虚拟路径集合R(s)和底层链路之间的对应关系矩阵A(s)：这里，l，r分别是底层物理链路和该覆盖网络虚拟路径的编号，L是所有物理链路的总集合；L＝{link1，link2，...，linkl，...}，这里linkl代表第l条物理链路；当arl＝1时，表示底层物理链路l是虚拟路径r的一部分，当arl＝0时，表示底层物理链路l与虚拟路径r无关；(1403)覆盖网络探测并收集虚拟路径上的底层流量分布信息，得到与其虚拟路径集合R(s)相对应的底层流量分布向量U(-s)，也就是虚拟路径上的背景流量：这里是覆盖网络s探测到的底层物理链路l上承载的背景流量，而l是底层物理链路的编号；(1404)每个覆盖网络统计自己的服务请求得到覆盖网络流集合F(s)：F(s)＝{f1，f2，...，fk}该集合中，每一个元素表示：对应于一个服务请求，覆盖网络需要提供的一条覆盖网络流；所述的覆盖网络流包含起始节点、目的节点以及基本的带宽、时延等需求信息；(1405)每个覆盖网络根据所述的覆盖网络流的起始节点和目的节点统计其可用的虚拟路径，并得到覆盖网络流集合F(s)与虚拟路径集合R(s)的对应关系矩阵B(s)：这里，f，r分别是覆盖网络流和覆盖网络虚拟路径的编号，当bfr＝1时，表示覆盖网络流f可以通过虚拟路径r传输数据，当bfr＝0时，表示虚拟路径r对于覆盖网络流f不可用；(1406)每个覆盖网络根据各自的QoS表现需求来定义自己的虚拟路径表现函数，该函数是与底层网络流量部署情况相关的函数，表示覆盖网络表现与底层网络中具体流量分布的关系；虚拟路径表现函数的定义根据覆盖网络的种类和QoS表现需求而有所不同，对于时延敏感的覆盖网络，虚拟路径表现函数是一条覆盖网络虚拟路径的时延函数，该函数定义如下：这里r代表着一条虚拟路径，而l代表着这条虚拟路径上的一条物理链路；delayl(ul)是物理链路的时延函数，代表物理链路l的时延与它所实际承载的流量ul的关系；U＝(u1，u2，...，u|L|)T则为底层链路负载向量，代表着底层链路实际负载的总体情况；(1407)每个覆盖网络根据下式计算得到各自的覆盖网络表现函数：pref(s)(v(s))＝(v(s)E(s))T[θ(A(s)(v(s)E(s))+U(-s))]上式中的v(s)为覆盖网络s的路由策略矩阵，其定义如下：这里vfr代表覆盖网络流f分配到虚拟路径r上的流量；并且当且仅当bfr＝1时，vfr≥0，即该虚拟路径r可为覆盖网络流f所用时，覆盖网络流f才可对其分配流量；E(s)则是一个辅助矩阵，其定义为一个1×|F(s)|的全一矩阵，即[1，1，...，1]T，用于对每列元素的求和；v(s)E(s)的意义是计算覆盖网络s分配到每条虚拟路径上的向量。3.根据权利要求1或2所述的基于SDN实现异构覆盖网路由优化的集中式方法，其特征在于：步骤(15)中所述的数据服务器计算出最优全局路由策略是指：按照下式计算出全局路由策略矩阵v的最优值V：在该公式中，是覆盖网络s的基准表现值；pref(s)(v(s))则是所述步骤(1407)中定义的覆盖网络表现函数；v＝(v(1)，v(2)，...，v(s)，...)T是全局路由策略矩阵，表示把所有覆盖网络的路由策略矩阵进行汇总；是覆盖网络s的权值。4.基于SDN实现异构覆盖网路由优化的分布式方法，其特征在于：所述方法包括下列操作步骤：(21)为每一个覆盖网络设置一个SDN控制器，为所有覆盖网络设置一个数据服务器，所述的覆盖网络的SDN控制器都与所述的数据服务器相连接；(22)每个覆盖网络根据经验或者历史表现来设定自己的基准...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖建新，戚琦，崔子腾，王敬宇，王晶，朱晓民，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11