【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于网络，尤其是一种基于多控制器sdn的数据中心网络视频流qos保障方法。
技术介绍
1、当前通信技术发展迅速，网络规模越来越大，随之而来的是网络拥塞和延迟等问题愈发显著。而传统网络架构采用控制和转发功能紧密结合的方式，并且针对流量传输采用“尽力而为”的qos服务模式，使得传统网络缺乏灵活性和优化能力，难以满足不同应用场景的业务qos需求。与此同时，sdn(软件定义网络)技术通过分离网络控制平面和数据平面，能够动态调整网络流量，在提升网络性能以及保证网络qos等方面表现出巨大潜能。
2、在数据中心网络引入sdn技术，使用sdn控制平面对数据中心网络进行流量调度，为传统的网络管理问题带来了新的解决方式。但传统sdn网络架构采用的单一核心控制器模式对于大规模网络管理存在性能瓶颈，尤其当数据中心网络同时涌入大量数据流时，容易导致控制器超负荷，从而导致控制平面的运行效率低下。同时，传统单控制器sdn网络架构在交换机的迁移调度方面，只能简单的将网络利用率最低的控制器作为交换机的迁移对象，迁移调度效率低下且过程复杂，导致sdn控制平面消耗大量资源进行通信交互，降低了控制器的流量调度性能。
3、随着互联网技术的飞速发展，网络传输的内容逐渐从文本、图片等静态信息向音频、视频等动态信息转变，多媒体视频流在网络传输流量中的占比越来越高，已经成为网络传输的重要组成部分。然而，传统的网络架构在面对大量多媒体流量传输时，针对多媒体视频流传输qos保障的方案均存在不足。首先，传统的基于tcp/ip协议的网络架构无法满足多媒
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的传统的流量调度算法缺乏对多媒体视频流的特殊需求的考虑问题，无法有效地保证视频流的带宽和延迟要求，并且传统的网络拓扑结构设计难以满足大规模多媒体视频流的传输需求的问题，提出一种基于多控制器sdn的数据中心网络视频流qos保障方法，该方法引入排队理论及ddpg算法，能够有效解决网络拥塞和qos保障问题，提高多媒体视频流传输的质量和用户体验。
2、为解决以上技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于多控制器sdn的数据中心网络视频流qos保障方法，包括如下步骤：
3、s1、由主控制器根据各子控制器采集的子网络信息获得全局网络视图，然后生成有向图g及网络可达路径矩阵ar；
4、s2、主控制器根据有向图g及网络可达路径矩阵ar判断待传输视频流的源主机与目的主机是否直连，是则直接转发；否则基于m/m/n+1排队模型根据视频流的优先级，结合可达路径矩阵ar将待传输视频流转发至网络可达且负载值最低的子控制器；
5、s3、针对被分配至子控制器的待转发视频流，构建视频流qos保障多约束条件，得到路径的最小传输总成本；
6、s4、利用rnn改进的深度强化学习算法ddpg，通过不断迭代训练当前网络和目标网络，获得待转发视频流最优路径规划，包括以下子步骤：
7、s401、进行ddpn算法映射，构建基于actxr-critic架构的当前网络和目标网络；
8、s402、采用经验回放机制在每个时间步将当前状态、智能体执行的动作、奖励、下一个状态信息存储到经验缓冲区中，再从经验缓冲区中随机采样一批经验样本训练当前网络和目标网络；
9、s403、返回执行步骤s402，直到待转发视频流转发源节点和目的节点之间任意条路径的权重值全部生成，获得最优路径；
10、s5、利用节点最小权重值函数，确定各个路径上经过的节点，然后结合最优路径，生成路由表下发至交换机，完成待转发视频流的转发。
11、进一步地，前述的步骤s1中网络状态信息、以及流量信息包括：各节点间链路连接状态、链路可用带宽b、传输丢包率lo、端到端时延td；
12、链路可用带宽b按如下公式计算：
13、
14、其中，dr为当前时间间隔t内端口的接收数据量，d′t为上一时间间隔内t内端口已发送的数据量，bc为基于香农理论定义的信道带宽；
15、传输丢包率lo按如下公式计算：
16、
17、其中，t1、t2表示数据包从sdn控制器到交换机s1与s2的时间；
18、端到端时延td按如下公式计算：
19、
20、其中，dt_all为当前时间间隔t内端口的发送数据总量；dr为当前时间间隔t内端口的接收数据量，二者差值即为丢包量；
21、子网络负载值按如下公式计算：
22、bu＝∑(buno+bulink)
23、其中bunode表示网络中节点负载值，bunode＝∑(bulink_in+bulink_in)，bulink_in是输入链路负载，bulink_in是输出链路负载，bulink为网络中各链路负载值，
24、可达路径矩阵ar用mn×mn的矩阵表示如下：
25、
26、两节点间若权重wt为0，则无可达路径；若权重wt为r+，即正实数，则数据包传输有可达路径。
27、进一步地，前述的步骤s2包括以下子步骤：
28、s201、m/m/n+1模型参数映射：基于传统m/m/c排队理论进行改进，将数据中心网络建模成m/m/n+1模型，第一个m代表顾客到达的过程是泊松过程；第二个m代表服务时间也是泊松过程；n+1指服务台数量，即处理待转发视频流转发任务的n个子控制器和1个主控制器，表示同时服务的顾客数量；
29、s202、收集网络信息：监测主控制器接口的数据包出入情况获得任务到达率γ、任务服务率μ，任务到达率/是t时间内视频流转发任务到达主控制器的数量，即待处理的任务；任务服务率μ是t时间内主控制器将视频流转发任务下发子控制器并通过子控制器完成视频流转发的任务数量，即已处理的任务；
30、s203、计算流量强度ρ，如下式：
31、
32、若ρ＜1，则系统稳定；如果ρ≥1，则系统不稳定；
33、s204、计算系统平均排队长度，如下式：
34、
35、计算系统平均等待时间，如下式：
36、
37、其中，n+1表示服务台即1个主控制器及n个子控制器，λ表示视频流转发任务到达率；
38、s205、定义待转发视频流转发任务优先级函数pri，并计算待转发视频流li的转发优先级值，t时间内待转发视频流li优先级函数，如下式：
39、
40、其中，g1和g2是权重系数且g1+g2＝1，b_bps表示带宽需求；
41、s206、基于堆结构设置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多控制器SDN的数据中心网络视频流QoS保障方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于多控制器SDN的数据中心网络视频流QoS保障方法，其特征在于，步骤S1中网络状态信息、以及流量信息包括：各节点间链路连接状态、链路可用带宽B、传输丢包率Lo、端到端时延Td；
3.根据权利要求1所述的一种基于多控制器SDN的数据中心网络视频流QoS保障方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于多控制器SDN的数据中心网络视频流QoS保障方法，其特征在于，步骤S3中，构建视频流QoS保障多约束条件包括以下子步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于多控制器SDN的数据中心网络视频流QoS保障方法，其特征在于，步骤S401，进行DDPG算法映射具体是：
6.根据权利要求5所述的一种基于多控制器SDN的数据中心网络视频流QoS保障方法，其特征在于，步骤S402包括以下子步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于多控制器SDN的数据中心网络视频流QoS保障方法，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种基于多控制器sdn的数据中心网络视频流qos保障方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于多控制器sdn的数据中心网络视频流qos保障方法，其特征在于，步骤s1中网络状态信息、以及流量信息包括：各节点间链路连接状态、链路可用带宽b、传输丢包率lo、端到端时延td；
3.根据权利要求1所述的一种基于多控制器sdn的数据中心网络视频流qos保障方法，其特征在于，步骤s2包括以下子步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于多控制器sdn的数据中心网络视频流...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭永安，李金城，王宇，佘昊，王宇翱，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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