基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法技术

本发明专利技术涉及一种基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法，包括以下步骤：步骤S1:采用随机算法产生初始化的部署序列；步骤S2:计算初始化部署序列S对应的部署花费值；步骤S3:将部署花费值从小到大进行排序；步骤S4:将排序好的部署序列按照其部署花费值分成三个集合；步骤S5:选择和middle类中元素个数相同的父母双亲；步骤S6:进行交叉变异，产生新一代的部署序列;步骤S7:更新最初的部署序列;步骤S8:计算新的部署序列种群中，每一个部署序列的部署花费值;步骤S9:记录部署花费值

【技术实现步骤摘要】
基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法
本专利技术涉及互联网
，具体涉及一种基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法。
技术介绍
随着互联网应用的快速发展，InternetServiceProvider(ISP)网络的流量在呈爆炸式增长。传统启发式路由优化方法无法摆脱流量在最短路径上路由的限制，导致网络中的拥塞频繁出现，网络性能和用户体验、满意度不能得到保证。软件定义网络（SoftwareDefinedNetworking，SDN)的出现为路由优化问题的解决带来了新的思路。SDN集中式的控制器能够动态灵活地调整网络中的流量的路由，摆脱了传统网络的权重修改和路由收敛的限制，能够极大提高路由的效率。SDN控制器通过下发流表，能够实现SDN交换机节点的流量的任意分流。然而由于经济、组织和技术上的一些挑战，完全部署SDN交换机节点的ISP网络短期内不太可能实现，混合SDN网络将是一个比较实际的网络场景，也是未来的网络趋势。如何确定混合SDN网络中，SDN交换机节点的位置和数量是一个值得研究的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法，解决传统网络向SDN网络过渡过程中，SDN节点部署位置和数量的问题。实现在过渡过程中，部署的SDN位置和数量能够实现最小化网络最大链路利用率，降低网络拥塞，提高网络性能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法，包括以下步骤：>步骤S1:采用随机算法产生网络拓扑节点的全排列序列，作为初始化的部署序列S；步骤S2:计算初始化部署序列对应的网络最大链路利用率的和，并作为该序列的部署花费值；步骤S3:采用冒泡排序算法对部署序列按照其部署花费值从小到大进行排序；步骤S4:将排序好的部署序列按照其部署花费值分成top、middle、low三个集合；步骤S5:按照从top类中随机选择一个父本，从middle类中随机选择一个母本的方法，选择和middle类中元素个数相同的父母双亲；步骤S6:将选择出的父母双亲,进行交叉变异，产生新一代的部署序列;步骤S7:更新最初的部署序列;步骤S8:计算新的部署序列种群中，每一个部署序列的部署花费值;步骤S9:记录部署花费值值最小的部署序列和其对应的值，并更新最优部署序列和其值;步骤S10:使用新的部署序列种群，重复步骤S2-步骤S7，进行若干次迭代搜索，最终产生的部署序列种群中的部署花费值最小的部署序列,作为控制器最优的部署序列。进一步的，所述步骤S2具体为：步骤S2.1:对当前部署序列中的节点，计算部署节点增加后网络的最大链路利用率的值;步骤S2.2:遍历部署序列中的节点，得到网络最大链路利用率的累加值,即部署序列的部署花费值。进一步的，所述步骤S2.1具体为：步骤S2.1.1:遍历网络中的每一个节点a，使用迪杰斯特拉算法构造从a出发的到各个节点的最短路径树,并将找到的图转置得到以a为目的节点的最短路径树；步骤S2.1.2：在最短路径树上，依次加入各个SDN节点的邻边，使用拓扑排序检查看是否会构成回路，如果加入某条边不会构成回路，那么就将该边加入；否则，移除该边；进一步，得到一个基于该混合网络拓扑的最大DAG图；步骤S2.1.3:对网络所有的网络节点进行拓扑排序；步骤S2.1.4:按照拓扑排序结果依次取出网络中的节点b，如果该节点是传统路由器节点，将b到a的流量根据b在DAG图中的出链路的个数均匀分配到节点b的出链路上，并将对应的流量传递累积到最短路径的下一跳；如果该节点是SDN节点，那么就用未知数表示b在DAG图中出链路上的流量，并根据SDN节点流量守恒的约束：流入节点的流量加上节点产生的流量，等于流出节点的流量，列出等式，同时将对应的流量累加到SDN节点的邻居节点上；步骤S2.1.5:依次传递下去，将拓扑排序中节点到目的节点a的流量需求全部分配完毕，并得到以a为目的节点的DAG图中所有边上的流量和关于SDN节点的流守恒等式；步骤S2.1.6:将遍历每一个网络节点得到的DAG图的相同链路上的流量累加，得到每一条链路上总的链路流量；步骤S2.1.7:根据每条链路的流量不能超过容量列不等式，加入关于SDN节点的流量守恒的等式方程，并采用线性规划求解工具进行线性规划问题求解，得到流量的分流情况和网络的最大链路利用率。进一步的，所述三个集合具体为：部署序列花费值最少的前10%为top类，中间的80%为middle类，最后部署花费值最大的10%为low类。进一步的，所述步骤S6具体为：步骤S6.1:子代部署序列的前一半元素是从父本的序列中的前一半元素遗传过来；子代部署序列的后一半元素是从母本的序列中的前一半元素遗传过来;步骤S6.2:根据一个预设的概率，随机产生两个位置，进行子代部署序列中部署元素的变异操作。进一步的，所述步骤S7具体为：top类中的元素保留到下一代部署序列种群，新产生的部署序列加入到下一代部署序列种群，并且随机产生新的部署序列，加入到下一代部署序列种群。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术提出一种基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法，得到最优的SDN交换机节点部署序列，相比于其他部署方法能够更好地提高网络性能，降低网络的最大链路利用率。附图说明图1是本专利技术一实施例中的方法流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。请参照图1，本专利技术提供一种基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法，包括以下步骤：步骤S1：使用随机算法产生一些网络拓扑节点的全排列序列，作为初始化的部署序列。步骤S2：计算初始化部署序列,对应的网络最大链路利用率的和，作为该序列的部署花费值,具体地:步骤S2.1：对当前部署序列中的节点，计算部署节点增加后，网络的最大链路利用率的值。步骤S2.1.1：遍历网络中的每一个节点a，使用迪杰斯特拉算法构造从a出发的到各个节点的最短路径树。然后将找到的图转置得到以a为目的节点的最短路径树。步骤S2.1.2：在最短路径树上，依次加入各个SDN节点的邻边，使用拓扑排序检查看是否会构成回路。如果加入某条边不会构成回路，那么就将该边加入；否则，移除该边。这样我们就得到了一个基于该混合网络拓扑的最大有向无环图（DirectedAcyclicGraph，DAG）图，也就是流量可以分流的路径图。步骤S2.1.3:接着对网络对所有的网络节点进行拓扑排序。步骤S2.1.4:按照拓扑排序结果依次取出网络中的节点b，如果该节点是传统路由器节点，将b到a的流量根据b在DAG图中的出链路的个数均匀分配到节点b的出链路上，并将对应的流量传递累积到最短路径的下一跳；如果该节点是SDN节点，那么就用未知数表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1:采用随机算法产生网络拓扑节点的全排列序列，作为初始化的部署序列S；/n步骤S2:计算初始化部署序列

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:采用随机算法产生网络拓扑节点的全排列序列，作为初始化的部署序列S；
步骤S2:计算初始化部署序列对应的网络最大链路利用率的和，并作为该序列的部署花费值；
步骤S3:采用冒泡排序算法对部署序列按照其部署花费值从小到大进行排序；
步骤S4:将排序好的部署序列按照其部署花费值分成top、middle、low三个集合；
步骤S5:按照从top类中随机选择一个父本，从middle类中随机选择一个母本的方法，选择和middle类中元素个数相同的父母双亲；
步骤S6:将选择出的父母双亲,进行交叉变异，产生新一代的部署序列;
步骤S7:更新最初的部署序列;
步骤S8:计算新的部署序列种群中，每一个部署序列的部署花费值;
步骤S9:记录部署花费值值最小的部署序列和其对应的值，并更新最优部署序列和其值;
步骤S10:使用新的部署序列种群，重复步骤S2-步骤S7，进行若干次迭代搜索，最终产生的部署序列种群中的部署花费值最小的部署序列,作为控制器最优的部署序列。


2.根据权利要求1所述的基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
步骤S2.1:对当前部署序列中的节点，计算部署节点增加后网络的最大链路利用率的值;
步骤S2.2:遍历部署序列中的节点，得到网络最大链路利用率的累加值,即部署序列的部署花费值。


3.根据权利要求2所述的基于遗传算法的SDN交换机节点增量部署方法，其特征在于，所述步骤S2.1具体为：
步骤S2.1.1:遍历网络中的每一个节点a，使用迪杰斯特拉算法构造从a出发的到各个节点的最短路径树,并将找到的图转置得到以a为目的节点的最短路径树；
步骤S2.1.2：在最短路径树上，依次加入各个SDN节点的邻边，使用拓扑排序检查看是否会构成回路，如果加入某条边不会构成回路，那么就将该边加入；否则，移除该边；进一步，得到一个基于该混合网络拓扑的最大DAG图；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭迎亚，郭文忠，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35