一种基于段路由的带内遥测路径规划算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于段路由的带内遥测路径规划算法，在确定流的起点和终点后，结合历史遥测数据，如其余流经过的路径、网络拥塞程度等信息，指导流在网络中以更均匀的方式分布。本发明专利技术将网络拓扑建模成无向连通图，根据每条流的活跃度对图进行重新划分，再添加辅助节点消除重复链路，从而完成对网络拓扑结构的自适应路径规划。此外，通过随机生成的特殊拓扑结构和真实数据中心拓扑等案例对该发明专利技术的可行性进行了验证。可行性进行了验证。可行性进行了验证。

【技术实现步骤摘要】
一种基于段路由的带内遥测路径规划算法


[0001]本专利技术属于网络安全与网络测量交叉领域，尤其涉及一种对段路由环境下的带内遥测进行路径规划的算法。

技术介绍

[0002]段路由(Segment Routing，SR)是一种源路由协议，其核心思想是将网络报文转发路径切割为不同的分段，并在路径起始点往报文中插入分段信息指导报文转发。段路由基于SDN理念，构成面向路径连接的网络架构，支撑未来网络多层次的可编程需求，可以满足5G超大连接和切片的应用场景下的连接需求，其目的是简化网络和提高可控性，支持多种转发平面，如MPLS和IPv6，具有流量工程、网络编程、应用驱动等优势。
[0003]带内网络遥测是一种混合测量技术，通过在数据包中嵌入遥测指令和元数据，实现了网络状态的收集、携带、整理和上报。在带内网络遥测架构中，交换设备转发处理携带遥测指令(Telemetry instructions)的数据包。当遥测数据包经过该设备时，这些遥测指令告诉具备网络遥测功能的网络设备应该收集并写入何种网络状态信息。其优点是不需要额外的控制平面干预，可以实时地监测网络拓扑、性能和流量，对网络故障定位、拥塞控制、路径决策等场景有很大的帮助。学术界目前已有各种遥测方案，但作为一个底层基元，INT仅仅定义了如何提取设备的内部状态，如入口速率、出口流量等，本身不能主动决定监测哪条路径。例如，将INT头被嵌入到IP数据包中，遥测路径将由其目的IP地址和每个交换机的路由表被动决定，完全不受INT服务器的控制。规划路径时也没有考虑遥测的覆盖率等因素，导致如果随流进行带内测量，测量的路径区域较集中，并且存在很大程度上的冗余问题。
[0004]综上所述，本专利技术使用了段路由的带内遥测技术，并通过优化欧拉路径规划算法和重叠路径消除算法进行路径规划。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提出了一种基于段路由的带内遥测路径规划算法，该算法能够自适应规划路径，以减少对路径的重复测量。在确定流的起点和终点后，结合历史INT数据，如其余流经过的路径、网络拥塞程度等信息，指导流在网络中以更均匀的方式分布。在随流遥测时，可减少对链路的冗余测量，并且提高遥测的覆盖率。
[0006]为实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于段路由的带内遥测路径规划算法，判断网络中的活跃流，并根据其原路径生成子图G
′
，使用优化欧拉路径算法生成路径规划结果集E
′
，最后使用重叠路径消除算法去除冗余路径。该算法包括以下步骤：
[0007](1)对网络拓扑和网络流进行建模。将网络拓扑建模成无向连通图G，将流建模成六元组；
[0008](2)根据网络中流的已有信息及历史信息，判断该流是否活跃。将所有被判断为活跃流的原路径转化为连通子图G
′
；
[0009](3)确定连通图G
′
中每条流的起点和终点对应关系的条件下，使用优化欧拉路径算法，在连通图G
′
中生成路径结果集E
′
，规划出重叠数较少的网络遥测路径方案；
[0010](4)使用重叠路径消除算法，通过添加辅助点的手段，将重叠的路径进行迁移，引入新节点和新链路，降低冗余度并生成最终路径规划结果。
[0011]作为本专利技术的一种改进，步骤(1)的具体方法如下：
[0012](1.1)将网络拓扑建模为无向连通图G＝(V，E)，网络中各个设备抽象成图中的顶点，各条链路抽象为图中的边；
[0013](1.2)将网络中的流抽象为六元组f＝(tuple,r,flag,t
s
,t
e
,path)，其中tuple为数据包五元组，即指源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口和传输层协议，具有相同五元组的数据包构成了流；
[0014](1.3)flag为该流是否活跃的标识，1表示该流为活跃状态，可以纳入测量范围，0表示该流为不活跃状态，不纳入测量的考虑范围；t
s
为该流的开始时间，t
e
为该流的结束时间，则t
e
‑
t
s
即可计算出流的持续时间；path表示该流所经过的路径，段路由环境下，path可表示为path(f)＝(SID[n],
…
,SID[2],SID[i])＝(v1,v2,
…
,v
n
)，其中v1∈V,(v1,v1)∈E；
[0015](1.4)时间t
e
‑
t
s
内，所有活跃的流构成了集合F＝{f1,f2,
…
,f
n
}，对于其中任意一条流，都有原有的转发路径，即
[0016]通过该步骤，网络拓扑被抽象建模成图，路径规划问题被抽象为图论问题，便于使用算法实现。
[0017]作为本专利技术的一种改进，步骤(2)中活跃流判断与连通子图生成的设计方法如下：
[0018](2.1)设定活跃流阈值；
[0019](2.2)根据历史INT数据，判断流的活跃程度。若为活跃流，则将其flag置1，若为非活跃流，则将其flag置0；
[0020](2.3)以生成有重复的路径为代价，将所有活跃流的原路径转化为图G的连通子图G
′
；
[0021](2.4)确定连通子图G
′
中每一条流的起点与终点间对应关系。
[0022]通过该步骤，根据流活跃程度判断，将已有流的路径转化为连通图G转化为图G的连通子图G
′
，并固定每条流的起点和终点。
[0023]作为本专利技术的一种改进，步骤(3)中路径规划算法的具体方法如下：
[0024](3.1)在图G
′
中奇数点间寻找覆盖率最大的路径；
[0025](3.2)去除路径集中已经规划好的路径；
[0026](3.3)从起点寻找尽可能不重复的路径；
[0027](3.4)生成路径规划结果集E
′
。
[0028]通过该步骤，初步生成存在重复路径的规划结果集，以待后续使用重叠路径消除算法去除冗余路径。
[0029]作为本专利技术的一种改进，步骤(4)重叠路径消除算法的具体方法如下：
[0030](4.1)在路径规划集E
′
中统计重叠路径；
[0031](4.2)在{G
‑
G
′
}中选取相邻的节点，引入G
′
以外的路径，尽可能的消除重叠的路径。在选取节点时，由于受实际问题限制只能选取链路相邻的节点，不能凭空捏造节点；
[0032](4.3)利用辅助节点构造新的路径，降低路径规划冗余度；
[0033](4.4)生成去除冗余后的路径结果集R。
[0034]通过该步骤，生成了基于段路由的路径规划结果集，与传统方法相比，由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于段路由的带内遥测路径规划算法，其特征在于，该算法包括以下步骤：(1)对网络拓扑和网络流进行建模，将网络拓扑建模成无向连通图G，将流建模成六元组；(2)根据网络中流的已有信息及历史信息，判断该流是否活跃，将所有被判断为活跃流的原路径转化为连通子图G
′
；(3)确定连通图G
′
中每条流的起点和终点对应关系的条件下，使用优化欧拉路径算法，在连通图G
′
中生成路径结果集E
′
，规划出重叠数较少的网络遥测路径方案；(4)使用重叠路径消除算法，通过添加辅助点的手段，将重叠的路径进行迁移，引入新节点和新链路，从而降低冗余度并生成最终路径规划结果。2.根据权利要求1所述的一种基于段路由的带内遥测路径规划算法，其特征在于，步骤(1)的具体方法如下：(1.1)将网络拓扑建模为无向连通图G＝(V，E)；(1.2)将网络中的流抽象为六元组f＝(tuple,r,flag,t
s
,t
e
,path)；(1.3)段路由环境下，path可表示为path(f)＝(SID[n],
…
,SID[2],SID[i])＝(v1,v2,
…
,v
n
)，其中v1∈V,(v1,v1)∈E；(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：程光，赵玉宇，陈暄，顾周超，吴桦，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：