基于服务质量的数据中心流量调度方法技术

本发明专利技术涉及网络技术领域，特别涉及一种基于服务质量的数据中心流量调度方法，包括：接入层的交换机接收到主机发送的数据流，根据其目的地址判断是否与目的主机直连，如果是则将数据流转发到目的主机完成调度；判断数据流的传输速率是否小于预设的阈值，若是则交换机采用等价多路径的调度机制完成调度；控制器为数据流使用最短路径算法找到数据源和目的主机之间的最短路径集；使用优化的蚁群算法从最短路径集中获得最优路径，通过最优路径完成数据流的调度；本发明专利技术针对数据中心不同类型业务对网络性能的要求不同，采用不同的调度方法可以有效地保证服务质量，同时保证了方法的低计算复杂度。

Data center traffic scheduling method based on QoS

The invention relates to the field of network technology, in particular to a quality of service-based data center traffic scheduling method, including: the switch of access layer receives the data stream sent by the host, determines whether it is directly connected with the destination host according to its destination address, and if so, forwards the data stream to the destination host to complete the scheduling; If the transmission rate of the data stream is less than the preset threshold, the switch uses the equivalent multipath scheduling mechanism to complete the scheduling; the controller uses the shortest path algorithm to find the shortest path set between the data source and the destination host for the data stream; and uses the optimized ant colony algorithm to obtain the optimal path from the shortest path set. The method can effectively guarantee the quality of service and the low computational complexity of the method.

【技术实现步骤摘要】
基于服务质量的数据中心流量调度方法
本专利技术涉及网络
，特别涉及一种基于服务质量的数据中心流量调度方法。
技术介绍
数据中心是数据传输、计算和存储的中心，集中了各种软硬件资源和关键业务系统，如Web服务、网页搜索、在线购物、网络游戏及MapReduce大规模集群计算等，近年来，随着虚拟化技术的广泛运用和云计算等新兴应用模式的发展，数据中心网络正在逐渐朝规模化、智能化、虚拟化等方向发展，而在运作过程中不可避免地会出现拥塞问题，造成这个问题的主要原因是网络中分配不均的网络资源，从而使各个链路的流量负载不均衡，因此对网络进行流量优化就显得十分必要，网络流量合理的调度可以提高链路带宽的利用率，缓解网络拥塞，为应用提供有效的带宽支持进而可以保证服务质量，满足用户的需求。不断增长的数据中心网络规模和业务需求对数据中心网络流量调度策略研究提出了严峻的挑战，而基于SDN新型网络架构的出现给流量调度研究带来新的思路和机遇。利用分层的思想将数据与控制相分离。控制层可掌握全局网络的拓扑、节点、链路以及流信息，进而可以对网络流进行集中控制和调度。数据层仅提供简单的数据转发功能，可以快速处理匹配的数据包；两层之间采用开放的统一接口进行交互，控制器通过标准接口向交换机下发统一标准规则，交换机仅需按照这些规则执行相应的动作即可。这种控制与转发相分离的特性，使其在解决流量调度问题上具有更多的优势。现有的基于服务质量的数据中心流量调度方案，主要是通过提高负载均衡度，从而避免网络拥塞，间接保证服务质量，无法针对性的根据不同业务流对网络性能的不同要求进行调度，因此无法保证不同业务的服务质量从而提升用户体验。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种基于服务质量的数据中心流量调度方法，如图1，包括：S1：接入层的交换机接收到主机发送的数据流，根据其目的地址判断是否与目的主机直连，如果是则将数据流转发到目的主机完成调度，否则进行步骤S2；S2：判断数据流的传输速率是否小于预设的阈值，若是则交换机采用等价多路径的调度机制完成调度，否则进行步骤S3；S3：控制器为数据流使用最短路径算法找到数据源和目的主机之间的最短路径集；S4：使用优化的蚁群算法从最短路径集中获得最优路径，通过最优路径完成数据流的调度。优选的，交换机采用等价多路径的调度机制完成调度包括：当接入层的交换机收到数据包时，利用基于散列的随机负载均衡方法等价多路径的快速处理能力处理交互式业务流，对数据包首部进行散列运算，根据运算结果从可选的转发路径中随机选择一条进行转发。优选的，所述优化的蚁群算法，如图2，包括：401、初始化整个网络拓扑为一个无向图G＝(V,E)，其中V表示网络中交换机的集合，E代表网络的链路集合，令m＝0；402、将所有业务蚂蚁置于接入层的交换机，每个业务蚂蚁以信息素转移概率访问下一个交换机，直到所有业务蚂蚁到达目的主机，所述业务蚂蚁包括弹性业务蚂蚁和后台式业务蚂蚁；403根据信息素更新公式，更新最优路径上的信息素值；404、判断迭代次数m是否等于迭代数M，如果等于则输出最优解，否则m＝m+1，返回402。优选的，信息素转移概率表示为：其中，表示t时刻处于交换机i的蚂蚁k选择交换机j的概率，allowedk表示处于交换机i的业务蚂蚁的下一跳交换机的可选集，τij(t)表示t时刻交换机i与交换机j之间的信息素浓度，ηij(t)表示t时刻处于交换机i的业务蚂蚁选择交换机j的启发函数，α为信息素的权值，β为启发函数的权值。优选的，启发函数ηij(t)为：其中，为链路ij上的弹性业务流和后台业务流的总数目，为链路ij上的交互式业务流数目，ω为交互式流数目的权重值。优选的，当数据流为弹性业务流时，接入层的交换机释放弹性业务蚂蚁，弹性业务蚂蚁释放的信息素表示为：j∈allowedkDij＝δ×throughputij-γ×delayij；其中，Q为常数，throughputij是链路ij的吞吐量，delayij为链路ij上的时延，δ表示吞吐量的权重，γ表示时延的权重。优选的，当数据流为后台式业务流时，接入层的交换机释放后台式业务蚂蚁，后台式业务蚂蚁释放的信息素表示为：j∈{1,2,...,allowedk}其中，lossij为链路ij上的丢包率，表示丢包率的权重。优选的，根据信息素更新公式，更新最优路径上的信息素值包括：其中，τij(t+n)表示时刻t的信息素浓度经过n个时刻之后信息素的浓度值，ρ表示信息素的挥发效率，tmax表示信息素的最大值，tmin表示信息素的最小值。本专利技术针对数据中心不同类型业务对网络性能的要求不同，采用不同的调度方法可以有效地保证服务质量，提升用户体验；另外，本专利技术利用优化的蚁群算法具有算法普适性、高效性及算法易移植性的优点，在此基础上进行算法改进，在保证多目标优化效果的同时保证了方法的低计算复杂度。附图说明图1为本专利技术使用的FatTree拓扑结构图；图2为本专利技术基于服务质量的数据中心流量调度方法流程图；图3为本专利技术中优化的蚁群算法流程图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提出一种基于服务质量的数据中心流量调度方法，如图2，包括：S1：接入层的交换机接收到主机发送的数据流，根据其目的地址判断是否与目的主机直连，如果是则将数据流转发到目的主机完成调度，否则进行步骤S2；S2：判断数据流的传输速率是否小于预设的阈值，若是则交换机采用等价多路径的调度机制完成调度，否则进行步骤S3；S3：控制器为数据流使用最短路径算法找到数据源和目的主机之间的最短路径集；S4：使用优化的蚁群算法从最短路径集中获得最优路径，通过最优路径完成数据流的调度。本专利技术考虑将数据中心业务分为三大类：交互型业务、弹性业务和后台业务，具体表示为：交互型业务包括会话型业务，消息型业务和检索型业务等，例如实时会话、网页搜索等与最终用户体验密切相关的服务，表现为实时需求，交互型业务流普遍较小，因此对带宽需求不高，但是对时延高度敏感，对丢包率和时延抖动也有一定要求；弹性业务包括对最终用户体验不太关键但仍然需要及时交付的服务，例如某些分布式计算作业(如MapReduce)和视频流服务等，相比交互型业务，弹性业务流对带宽需求较高，对延迟的敏感度较低，但也应在几秒到几分钟内交付。后台业务包括数据中心的各种日常维护任务，如数据中心之间大规模的数据同步，通常后台业务流需要很大的带宽，而且对丢包率要求严格，但对时延没有要求，数据传输预计将在几分钟到几个小时内完成。本专利技术考虑使用FatTree数据中心网络架构，图1为FatTree拓扑结构，其架构包括三种交换机：核心层的交换机、汇聚层的交换机和接入层的交换机。当交换机接收到主机发送的数据包，根据其目的地址判断是否是直连，如果是则直接向下转发，否则需要判别该数据包是否属于交互式流量，若数据包属于交互式流量，则交换机采用等价多路径的调度机制对其进行调度，否则交换机将数据包信息发送至控制器。因为交互型业务的流量普遍是生命周期短的小流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于服务质量的数据中心流量调度方法，其特征在于，包括：S1：接入层的交换机接收到主机发送的数据流，根据其目的地址判断是否与目的主机直连，如果是则将数据流转发到目的主机完成调度，否则进行步骤S2；S2：判断数据流的传输速率是否小于预设的阈值，若是则交换机采用等价多路径的调度机制完成调度，否则进行步骤S3；S3：控制器为数据流使用最短路径算法找到数据源和目的主机之间的最短路径集；S4：使用优化的蚁群算法从最短路径集中获得最优路径，数据流通过最优路径转发至目的主机，完成数据流的调度。

【技术特征摘要】
1.基于服务质量的数据中心流量调度方法，其特征在于，包括：S1：接入层的交换机接收到主机发送的数据流，根据其目的地址判断是否与目的主机直连，如果是则将数据流转发到目的主机完成调度，否则进行步骤S2；S2：判断数据流的传输速率是否小于预设的阈值，若是则交换机采用等价多路径的调度机制完成调度，否则进行步骤S3；S3：控制器为数据流使用最短路径算法找到数据源和目的主机之间的最短路径集；S4：使用优化的蚁群算法从最短路径集中获得最优路径，数据流通过最优路径转发至目的主机，完成数据流的调度。2.根据权利要求1所述的基于服务质量的数据中心流量调度方法，其特征在于，所述交换机采用等价多路径的调度机制完成调度包括：采用等价多路径的调度机制的过程中，当交换机收到数据流时，交换机利用基于散列的随机负载均衡方法等价多路径的快速处理能力处理数据流，对数据流首部进行散列运算，根据运算结果从可选的转发路径中随机选择一条进行转发，直到将数据流转发到目的主机，完成调度；其中交换机包括接入层的交换机、汇聚层的交换机和核心层的交换机。3.根据权利要求1所述的基于服务质量的数据中心流量调度方法，其特征在于，所述优化的蚁群算法包括：401、初始化整个网络拓扑为一个无向图G＝(V,E)，其中V表示网络中交换机的集合，E代表网络的链路集合，令m＝0；402、将所有业务蚂蚁置于接入层的交换机，每个业务蚂蚁以信息素转移概率访问下一个交换机，直到所有业务蚂蚁到达目的主机，所述业务蚂蚁包括弹性业务蚂蚁和后台式业务蚂蚁；403、根据业务蚂蚁产生的信息素，更新路径上的信息素值；404、判断迭代次数m是否大于等于迭代数M，如果大于等于则输出最优路径，否则m＝m+1，返回402。4.根据权利要求3所述的基于服务质量的数据中心流量调度方法，其特征在于，所述信息素转移概率表示为：其中，表示t时刻处于交换机i的蚂蚁k选择交换机j的概率，allowedk表示处于交换机i的业务蚂蚁的下一跳交换机的可选集，τij(t)表示t...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宏，王欣欣，牟泓彦，雷曼，龚琴，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50