基于SDN保障业务QoS的路由方法技术

本发明专利技术提出了一种基于SDN保障业务QoS路由方法，用于解决现有技术中网络资源利用率不高和路由方法容错性差的技术问题，实现步骤为：包括SDN控制器获取网络的拓扑信息、链路带宽信息和链路时延信息；SDN控制器通过计算得到备选路径集；SDN控制器获取网络QoS评价参数和权值参数；SDN控制器计算备选路径集中每条路径的权值因子，并对备选路径集中路径进行升序排序，得到目标路径集；SDN控制器从目标路径集中获取最优路径，并获取备份路径集；SDN控制器判断最优路径是否故障，若是，则从备份路径集中选取次优路径作为最优路径，否则将选取的最优路径封装流表下发给OpenFlow交换机，以进行数据转发。

SDN based routing method for business QoS protection

The invention proposes a QoS routing method based on SDN guarantee service, which is used to solve the technical problems of low utilization ratio of network resources and poor fault tolerance of routing method in the prior art. The implementation steps are as follows: the SDN controller obtains network topology information, link bandwidth information and link delay information; To the alternative path set; SDN controller obtains network QoS evaluation parameters and weight parameters; SDN controller calculates the weight factor of each path in the alternative path set, and ascends the order of the paths in the alternative path set to get the target path set; SDN controller obtains the optimal path from the target path set, and obtains the backup path set. The SDN controller determines whether the optimal path is faulty. If so, the sub-optimal path is selected from the backup path set as the optimal path. Otherwise, the selected optimal path encapsulation flow table is sent to the OpenFlow switch for data forwarding.

【技术实现步骤摘要】
基于SDN保障业务QoS的路由方法
本专利技术属于计算机网络
，涉及一种软件定义网络平台中的路由算法，具体涉及一种基于SDN保障业务QoS的路由方法，可用于对服务质量有较高要求的网络通信系统。
技术介绍
近年来，电子商务、移动网络和大数据等各种新型网络的兴起，为用户带来极大的便利的同时，用户对网络服务质量(QualityofService,QoS)也有了更高的要求。比较重要的QoS参数有带宽、时延等，并且不同类型的业务对QoS参数的要求不尽相同。传统的网络架构的可扩展性较差，并且设备性能固定单一，很难满足当前新型业务对QoS的要求，多点之间频繁通信使得网络流量大幅增长，传统的最短路径路由算法只考虑跳数，无法充分利用网络资源，进而可能导致网络整体性能下降，终端用户体验变差。为了提高数据转发效率，实现对网络资源更充分的利用，可以将SDN(SoftwareDefinedNetwork,SDN)技术应用于网络中，利用SDN控制器的全局视图，实现对网络中的资源进行更灵活的调度，也可以通过SDN控制器获得网络状态信息，制定更加合理的数据转发策略，从而提高网络的资源利用率，以满足不同业务的QoS需求。基于上述原因，基于SDN保障业务QoS的路由算法的研究受到越来越多的关注，对现有文献检索发现，申请公告号为CN106341346A，名称为“基于SDN的数据中心网络中一种保障QoS的路由算法”的专利申请，公开了一种基于SDN的数据中心网络中保障QoS的路由算法，该算法通过SDN控制器获取数据中心网络中的带宽与时延两种网络状态信息，并对业务类型进行判断，使得对时延敏感的业务采用时延保障算法，对带宽敏感的业务则采用带宽保障算法，从而一定程度上保障了用户的QoS，提高了数据中心网络中的资源利用率。但仍存在以下不足：(1)该算法仅仅考虑了对时延和带宽其中之一有要求的业务类型，但真实网络中的很多业务并不只是对一种QoS参数有要求，对于对链路带宽和时延都有要求的业务，该算法不能很好的保障其QoS，资源利用率低；(2)该算法的结果只是选出一条最优路径即结束，没有考虑选出的最优路径故障的情况，在最优路径故障的情况下，该算法不能成功为业务选路，算法的容错性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于SDN保障业务QoS的路由方法，提高了网络的资源利用率和算法的容错性。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：(1)SDN控制器获取网络的拓扑信息、链路带宽信息和链路时延信息：(1a)SDN控制器上层应用模块向网络中的每个OpenFlow交换机发送Packet_out消息，收到消息的OpenFlow交换机向其相邻的OpenFlow交换机发送LLDP数据包，每个OpenFlow交换机再将LLDP数据包返回至SDN控制器，SDN控制器对LLDP数据包进行解析，得到网络的拓扑信息；(1b)SDN控制器上层应用模块向网络中的每个OpenFlow交换机发送statistics_request查询消息，收到statistics_request消息的OpenFlow交换机应答statistics_reply消息，SDN控制器收到交换机的statistics_reply应答消息后对statistics_reply消息进行解析，得到链路带宽信息；(1c)SDN控制器上层应用模块计算链路时延信息；(2)SDN控制器计算网络前k条最短路径：SDN控制器上层应用模块利用网络的拓扑信息，计算网络前k条最短路径，得到备选路径集，k≥1；(3)SDN控制器获取网络QoS的评价参数和权值参数：(3a)SDN控制器上层应用模块获取备选路径集中每条路径的链路带宽归一化评价参数Bi和链路时延归一化评价参数Di，i表示第i条路径，1≤i≤k：SDN控制器上层应用模块对备选路径集中每条路径的链路带宽信息和链路时延信息分别进行归一化计算，得到每条路径的链路带宽归一化评价参数Bi和链路时延归一化评价参数Di；(3b)SDN控制器上层应用模块根据不同业务类型数据对链路带宽和链路时延的要求，确定当前网络不同业务类型数据对应的链路带宽对应的权值参数α和链路时延对应的权值参数β，0＜α＜1，0＜β＜1，α+β＝1；(4)SDN控制器计算备选路径集中每条路径的权值因子，并对备选路径集中的路径进行升序排序：(4a)SDN控制器上层应用模块计算备选路径集中每条路径的权值因子wi，得到k个权值因子，计算公式为：wi＝αBi+βDi其中，Bi表示第i条路径的链路带宽归一化评价参数，Di表示第i条路径的链路时延归一化评价参数；(4b)SDN控制器上层应用模块按照wi对备选路径集中的k条路径进行升序排序，得到目标路径集；(5)SDN控制器获取最优路径和备份路径集：SDN控制器上层应用模块将目标路径集中的第一条路径作为最优路径，交给SDN控制器流表下发模块，并从目标路径集中删除该条最优路径，得到备份路径集；(6)SDN控制器判断最优路径是否故障：(6a)SDN控制器流表下发模块将最优路径封装成流表，并将流表下发至最优路径上的所有OpenFlow交换机；(6b)SDN控制器流表下发模块根据OpenFlow交换机的应答消息是否超过典型超时时间，判断最优路径是否出现故障，若是，执行步骤(7)，否则，最优路径即为路由方法的选路结果；(7)SDN控制器选择次优路径：SDN控制器上层应用模块判断备份路径集为空，若是，则路由方法失败，否则，将备份路径集中的第一条路径作为最优路径，交给SDN控制器流表下发模块，并从备份路径集中删除该条最优路径，执行步骤(6)。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：第一、本专利技术在为不同类型的业务进行路由时，通过SDN控制器获取网络状态信息，综合考虑链路带宽和链路时延两种QoS参数，得出满足业务需求的最优路劲，保障了对链路带宽和链路时延均有要求的业务的QoS，与现有技术相比，更好的保障了业务的QoS，提高了网络资源利用率。第二、本专利技术中路由方法在得到最优路径的同时，还得到了包含多条路径的备份路径集，当最优路径发生故障时，可以从备份路径集中选择次优路径作为最优路径，解决了最优路径突然故障的问题，与现有技术相比，提高了路由方法的容错性。附图说明图1为本专利技术适用的SDN网络架构图；图2为本专利技术的实现流程框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步的详细描述：参照图1，本专利技术适用的SDN网络架构，包括一个SDN控制器、多个OpenFlow交换机和多个主机终端。其中，主机终端是用户业务的承载点，用于产生各种类型的业务数据，例如语音业务、视频业务和短消息业务；OpenFlow交换机是整个架构中的数据转发设备，用于为SDN控制器提供网络状态信息，如链路带宽信息和链路时延信息，此外，位于最优路径上的多个OpenFlow交换机还负责接收SDN控制器下发的流表，依据流表对业务数据进行转发；SDN控制器是该架构的核心，也是本专利技术提出的路由方法主要功能实现的承载点，SDN控制器控制整个网络的运行，在SDN控制器的上层应用模块，定义了四个功能模块：拓扑管理模块、流量监测模块、时延监测模块和路径选择模块，其中，拓扑管理模块通过南向接口与OpenFlow交换机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SDN保障业务QoS的路由方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)SDN控制器获取网络的拓扑信息、链路带宽信息和链路时延信息：(1a)SDN控制器上层应用模块向网络中的每个OpenFlow交换机发送Packet_out消息，收到消息的OpenFlow交换机向其相邻的OpenFlow交换机发送LLDP数据包，每个OpenFlow交换机再将LLDP数据包返回至SDN控制器，SDN控制器对LLDP数据包进行解析，得到网络的拓扑信息；(1b)SDN控制器上层应用模块向网络中的每个OpenFlow交换机发送statistics_request查询消息，收到statistics_request消息的OpenFlow交换机应答statistics_reply消息，SDN控制器收到交换机的statistics_reply应答消息后对statistics_reply消息进行解析，得到链路带宽信息；(1c)SDN控制器上层应用模块计算链路时延信息；(2)SDN控制器计算网络前k条最短路径：SDN控制器上层应用模块利用网络的拓扑信息，计算网络前k条最短路径，得到备选路径集，k≥1；(3)SDN控制器获取网络QoS的评价参数和权值参数：(3a)SDN控制器上层应用模块获取备选路径集中每条路径的链路带宽归一化评价参数Bi和链路时延归一化评价参数Di，i表示第i条路径，1≤i≤k：SDN控制器上层应用模块对备选路径集中每条路径的链路带宽信息和链路时延信息分别进行归一化计算，得到每条路径的链路带宽归一化评价参数Bi和链路时延归一化评价参数Di；(3b)SDN控制器上层应用模块根据不同业务类型数据对链路带宽和链路时延的要求，确定当前网络不同业务类型数据对应的链路带宽对应的权值参数α和链路时延对应的权值参数β，0＜α＜1，0＜β＜1，α+β＝1；(4)SDN控制器计算备选路径集中每条路径的权值因子，并对备选路径集中的路径进行升序排序：(4a)SDN控制器上层应用模块计算备选路径集中每条路径的权值因子wi，得到k个权值因子，计算公式为：wi＝αBi+βDi其中，Bi表示第i条路径的链路带宽归一化评价参数，Di表示第i条路径的链路时延归一化评价参数；(4b)SDN控制器上层应用模块按照wi对备选路径集中的k条路径进行升序排序，得到目标路径集；(5)SDN控制器获取最优路径和备份路径集：SDN控制器上层应用模块将目标路径集中的第一条路径作为最优路径，交给SDN控制器流表下发模块，并从目标路径集中删除该条最优路径，得到备份路径集；(6)SDN控制器判断最优路径是否故障：(6a)SDN控制器流表下发模块将最优路径封装成流表，并将流表下发至最优路径上的所有OpenFlow交换机；(6b)SDN控制器流表下发模块根据OpenFlow交换机的应答消息是否超过典型超时时间，判断最优路径是否出现故障，若是，执行步骤(7)，否则，最优路径即为路由方法的选路结果；(7)SDN控制器选择次优路径：SDN控制器上层应用模块判断备份路径集为空，若是，则路由方法失败，否则，将备份路径集中的第一条路径作为最优路径，交给SDN控制器流表下发模块，并从备份路径集中删除该条最优路径，执行步骤(6)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN保障业务QoS的路由方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)SDN控制器获取网络的拓扑信息、链路带宽信息和链路时延信息：(1a)SDN控制器上层应用模块向网络中的每个OpenFlow交换机发送Packet_out消息，收到消息的OpenFlow交换机向其相邻的OpenFlow交换机发送LLDP数据包，每个OpenFlow交换机再将LLDP数据包返回至SDN控制器，SDN控制器对LLDP数据包进行解析，得到网络的拓扑信息；(1b)SDN控制器上层应用模块向网络中的每个OpenFlow交换机发送statistics_request查询消息，收到statistics_request消息的OpenFlow交换机应答statistics_reply消息，SDN控制器收到交换机的statistics_reply应答消息后对statistics_reply消息进行解析，得到链路带宽信息；(1c)SDN控制器上层应用模块计算链路时延信息；(2)SDN控制器计算网络前k条最短路径：SDN控制器上层应用模块利用网络的拓扑信息，计算网络前k条最短路径，得到备选路径集，k≥1；(3)SDN控制器获取网络QoS的评价参数和权值参数：(3a)SDN控制器上层应用模块获取备选路径集中每条路径的链路带宽归一化评价参数Bi和链路时延归一化评价参数Di，i表示第i条路径，1≤i≤k：SDN控制器上层应用模块对备选路径集中每条路径的链路带宽信息和链路时延信息分别进行归一化计算，得到每条路径的链路带宽归一化评价参数Bi和链路时延归一化评价参数Di；(3b)SDN控制器上层应用模块根据不同业务类型数据对链路带宽和链路时延的要求，确定当前网络不同业务类型数据对应的链路带宽对应的权值参数α和链路时延对应的权值参数β，0＜α＜1，0＜β＜1，α+β＝1；(4)SDN控制器计算备选路径集中每条路径的权值因子，并对备选路径集中的路径进行升序排序：(4a)SDN控制器上层应用模块计算备选路径集中每条路径的权值因子wi，得到k个权值因子，计算公式为：wi＝αBi+βDi其中，Bi表示第i条路径的链路带宽归一化评价参数，Di表示第i条路径的链路时延归一化评价参数；(4b)SDN控制器上层应用模块按照wi对备选路径集中的k条路径进行升序排序，得到目标路径集；(5)SDN控制器获取最优路径和备份路径集：SDN控制器上层应用模块将目标路径集中的第一条路径作为最优路径，交给SDN控制器流表下发模块，并从目标路径集中删除该条最优路径，得到备份路径集；(6)SDN控制器判断最优路径是否故障：(6a)SDN控制器流表下发模块将最优路径封装成流表，并将流表下发至最优路径上的所有OpenFlow交换机；(6b)SDN控制器流表下发模块根据OpenFlow交换机的应答消息是否超过典型超时时间，判断最优路径是否出现故障，若是，执行步骤(7)，否则，最优路径即为路由方法的选路结果；(7)SDN控制器选择次优路径：SDN控制器上层应用模块判断备份路径集为空，若是，则路由方法失败，否则，将备份路径集中的第一条路径作为最优路径，交给SDN控制器流表下发模块，并从备份路径集中删除该条最优路径，执行步骤(6)。2.根据权利要求1所述的基于SDN保障业务Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：张岗山，朱成成，赵林靖，刘炯，吴炜，冯磊，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61