软件定义网络中的节能方法和节能控制设备技术
【技术实现步骤摘要】
软件定义网络中的节能方法和节能控制设备
本专利技术实施例涉及通讯技术，尤其涉及一种软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，简称SDN)中的节能方法和节能控制设备。
技术介绍
软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，简称SDN)是由美国斯坦福大学研究组提出的一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制。而且，SDN中引入了控制器(Controller)，通过控制器集中管理一定范围内的网络设备(也称SDN域)，使得网络的设计、部署、运维、管理集中在一个控制点完成。SDN中存在大量的路由器，路由器的能耗越来越受到互联网服务提供商的关注。如何为路由器设计有效的能源管理方案有着重要的意义，现有的能源管理方案主要集中在两个层面的优化：局部优化和全局优化。局部优化又称部件层面的优化，即将每个路由器看作独立的设备，关注于减少硬件部件层面的能耗。如在链路没有流量时，将路由器上的相应单板进入睡眠模式或将路由器进入低能耗模式来实现节能。局部优化方案由于受数据包到达时间的限制，即数据包到达时间是不可控的，因此，优化空间相对较少。全局优化又称网络层面的优化，它通过对全网重路由，使得调整后全网流量相对集中，然后，将空闲的单板睡眠来达到节能，全局优化方案虽然计算复杂，但是优化空间较大，得到了广泛的应用。现有技术中，一种常用的全局优化技术是GreenTE，GreenTE通过对SDN中已经建立的请求进行调整，将没有流量通过的链路和单板睡眠来最大化链路和单板的节省能耗。GreenT...
【技术保护点】
一种软件定义网络中的节能方法，其特征在于，包括：节能控制设备获取软件定义网络SDN的物理网络信息，所述SDN包括多个路由器，所述每个路由器包括多个单板，所述每个单板有多个接口，所述每个路由器上的接口分别与其他路由器上的任意接口连接形成一条链路；所述节能控制设备根据所述物理网络信息建立以所述各路由器为节点，以所述各链路为边，以所述各链路的费用、实际时延、容量为权值的原始网络图G（N，A），所述原始网络图G为赋权有向图，其中，N为所述原始网络图G的各节点的集合，A为所述原始网络图G的各边的集合，其中，所述各链路分别对应两条有向边；所述节能控制设备根据所述各路由器、所述各路由器上的单板以及所述各链路的接口的连接关系，将所述原始网络图G中的每个节点拓展成以所述节点对应的路由器为中心，以所述节点对应的路由器上的各单板为叶节点的星型图，按照所述各链路的连接情况将所述各星型图连接得到拓展网络图G“=(N“,A“)，所述各路由器和所述各路由器上的各单板均为所述拓展网络图G“的节点，所述拓展网络图G“为赋权有向图，N“为所述拓展网络图G“的各节点的集合，A“为所述拓展网络图的各边的集合，所述星型图的各边...
【技术特征摘要】
1.一种软件定义网络中的节能方法，其特征在于，包括：节能控制设备获取软件定义网络SDN的物理网络信息，所述SDN包括多个路由器，每个路由器包括多个单板，每个单板有多个接口，每个路由器上的接口分别与其他路由器上的任意接口连接形成一条链路；所述节能控制设备根据所述物理网络信息建立以所述各路由器为节点，以所述各链路为边，以所述各链路的费用、实际时延、容量为权值的原始网络图G(N，A)，所述原始网络图G为赋权有向图，其中，N为所述原始网络图G的各节点的集合，A为所述原始网络图G的各边的集合，其中，所述各链路分别对应两条有向边；所述节能控制设备根据所述各路由器、所述各路由器上的单板以及所述各链路的接口的连接关系，将所述原始网络图G中的每个节点拓展成以所述节点对应的路由器为中心，以所述节点对应的路由器上的各单板为叶节点的星型图，按照所述各链路的连接情况将各星型图连接得到拓展网络图G'＝(N',A')，所述各路由器和所述各路由器上的各单板均为所述拓展网络图G'的节点，所述拓展网络图G'为赋权有向图，N'为所述拓展网络图G'的各节点的集合，A'为所述拓展网络图G'的各边的集合，所述星型图的各边容量为∞，费用为0，实际时延为0；所述节能控制设备根据所述拓展网络图G'和所述物理网络信息，构建满足请求约束条件和容量约束条件的整数规划模型，所述整数规划模型的目标优化函数为所述SDN中已建立的请求使用的单板总数；所述节能控制设备采用启发式算法求解所述整数规划模型，获得所述SDN中各单板的使用状态，所述启发式算法使得所述SDN中使用的单板总数减少；所述节能控制设备根据所述SDN中各单板的使用状态，控制所述SDN中没有被使用的单板进入睡眠模式。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物理网络信息包括：所述SDN中的所有路由器的总数、所述各链路的费用、所述各链路的实际时延、所述各链路的容量、所述各链路的连接情况、所述各链路的接口所属的路由器的信息、各请求的起点、所述各请求的终点、所述各请求的申请带宽、所述各请求的时延阈值、已分配路径信息。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述请求约束条件包括：带宽约束、时延约束、不可分流约束，其中，所述带宽约束是指分配给各请求的实际带宽不能小于所述各请求的申请带宽，所述时延约束是指分配给所述各请求的实际时延不能大于所述各请求的时延阈值，所述不可分流约束是指所述各请求只能分配一条传输路径；所述容量约束条件是指每条边经过的流量之和不能大于所述每条边的容量。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述目标优化函数为：其中，N1表示所述SDN中所有单板构成的集合，xv表示第v个单板是否为使用，若xv的取值为1，则表示所述第v个单板被使用，若xv的取值为0，则表示所述第v个单板没有被使用；所述目标优化函数需要满足以下6个约束条件：1其中，D表示所述已建立的请求的总数，N1表示所述SDN中所有单板构成的集合，xv表示是否使用了所述第v个单板，表示所述第v个单板是否被第i个请求使用，表示边(u，v)是否被所述第i个请求使用，约束条件(1)中，若的取值为0，则表示所述第v个单板没有被所述第i个请求使用，若的取值为1，则表示所述第v个单板被所述第i个请求使用；约束条件(2)和约束条件(3)中，si表示所述第i个请求的起点，ti表示所述第i个请求的终点，表示边(u，v)是否被所述第i个请求使用，若的取值为1，则表示边(u，v)被所述第i个请求使用，若的取值为0，则表示边(u，v)没有被所述第i个请求使用，表示边(v，u)是否被所述第i个请求使用，若的取值为1，则表示边(v，u)被所述第i个请求使用，若的取值为0，则表示边(v，u)没有被所述第i个请求使用；约束条件(4)中，A1表示所述各链路的集合，表示所述第v个单板是否被所述第i个请求使用，若的取值为1，则表示所述第v个单板被所述第i个请求使用，若的取值为0，则表示所述第v个单板没有被所述第i个请求使用，表示第u个单板是否被所述第i个请求使用，若的取值为1，则表示所述第u个单板被所述第i个请求使用，若的取值为0，则表示所述第u个单板没有被所述第i个请求使用；约束条件(5)中，di表示所述第i个请求的申请带宽，Cuv表示边(u,v)的容量；约束条件(6)中，deluv表示边(u,v)的实际时延，delayi表示所述第i个请求的时延阈值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述节能控制设备采用启发式算法求解所述整数规划模型，获得所述SDN网络中各单板的使用状态，包括：第一步、将所述D个请求按照优先级从高到低的顺序排序，得到新请求序列，所述新请求序列的顺序依次为1…D，假设没有为所述D个请求分配初始路径，则令所述D个请求使用的单板总数fbest的初始值为0，所述D个请求对应的路径集合Paths＝φ，i表示所述新请求序列的顺序，i的初始值为1；第二步、判断i是否小于等于D；若是，执行第四步，若否，执行第三步；第三步、输出所述单板总数fbest和所述路径集合Paths，根据所述单板总数fbest和所述路径集合Paths确定所述SDN中各单板的使用状态；第四步、根据所述拓展网络图G'构造所述第i个请求对应的第一剩余网络图G'f，其中，所述根据所述拓展网络图G'构造所述第i个请求对应的第一剩余网络图G'f包括：计算所述拓展网络图G'中每条边的第一剩余容量，所述每条边的第一剩余容量等于所述每条边的50％容量减去前i-1个请求占用的容量；判断所述每条边的第一剩余容量是否小于所述第i个申请的申请带宽，将第一剩余容量小于所述第i个请求的申请带宽的边删除，将所述拓展网络图G'中被所述前i-1个请求使用的单板的入边权值赋为0，其余没有被使用的单板的入边权值赋为1，得到所述第i个请求对应的第一剩余网络图G'f；第五步、在所述第一剩余网络图G'f中为所述第i个请求分配第一最短路径Pi，所述第一最短路径Pi满足以下条件：其中，P表示在所述第一剩余网络图G'f中满足所述第i个请求的带宽约束条件和时延约束条件的路径集合，f(P)表示所述路径集合P使用的单板总数；第六步、更新所述单板总数fbest为fbest＝f(Paths∪{Pi})，并更新所述路径集合Paths为Paths＝Paths∪{Pi}，其中，∪表示并集运算，Pi为所述第i个请求的所述第一最短路径；第七步、i＝i+1，返回执行第二步。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述节能控制设备采用启发式算法求解所述整数规划模型，获得所述SDN网络中各单板的使用状态，包括：第一步、根据所述D个请求的初始路径，确定所述D个请求使用的第一单板总数fbest，其中，fbest＝f(Paths)，Paths表示所述D个请求的所述初始路径的集合，S＝{1,…,D}表示所述D个请求的集合，令第二单板总数gbest＝fbest，迭代次数num的初始值为1；第二步、判断迭代次数num是否小于等于预设迭代次数M；若是，执行第三步，若否，执行第十二步；第三步、判断S是否为空集；若是，执行第四步，若否，执行第五步；第四步、num＝num+1，执行第十步；第五步、计算S＝S-{i*}，其中，Pi表示第i个请求对应的路径；第六步、根据所述拓展网络图G'构造所述第i*个请求对应的第二剩余网络图G″f；其中，所述根据所述拓展网络图G'构造所述第i*个请求对应的第二剩余网络图G″f包括：释放所述第i*个请求占用的容量，计算所述拓展网络图G'中每条边的第二剩余容量，所述第二剩余容量等于所述每条边的50％容量减去路径集合使用的每条边的容量，为所述第i*个请求的初始路径；判断所述每条边的第二剩余容量是否小于所述第i*个请求的申请带宽将第二剩余容量小于所述第i*个请求的申请带宽的边删除，将所述拓展网络图G'中已经被使用的单板的入边权值赋为0，其余没有被使用的单板的入边权值赋为1，得到所述第i*个请求对应的第二剩余网络图G″f；第七步、在所述第二剩余网络图G″f中为所述第i*个请求分配第二最短路径所述第二最短路径满足以下条件：其中，∪表示并集运算，为所述第i*个请求的初始路径，P为在所述第二剩余网络图G″f中满足所述第i*个请求的带宽约束条件和时延约束条件的路径集合，计算第三单板总数fnew，第八步、判断所述第三单板总数fnew是否小于所述第二单板总数gbest；若是，执行第九步，若否，执行第三步；第九步、令gbest＝fnew，返回执行第三步；第十步、判断所述第二单板总数gbest是否大于等于第一单板总数fbest；若是，执行第十二步，若否，执行第十一步；第十一步、令fbest＝gbest,S＝{1,…,D}，返回执行第二步；第十二步、结束。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节能控制设备根据所述SDN中各单板的使用状态，控制所述SDN中没有被使用的单板进入睡眠模式之后，还包括：所述节能控制设备对所述SDN进行拓扑修补，得到修补后的SDN，所述节能控制设备对所述SDN进行拓扑修补包括：为所述SDN中的每个请求分配一条新路径，使所述每个请求均有两条可用路径，将所述SDN中新路径对应的新增单板打开，且所述新路径应该满足使所述修补后的SDN使用的单板总数最少。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述节能控制设备为所述SDN中的每个请求分配一条新路径，包括：第一步、假设共有D个请求，对所述D个请求按照使用单板总数f(Pi)从小到大排序，得到排序后的新请求序列为1…D，排序后的所述D个请求的路径集合Paths＝{P1,…,PD}，其中，f(Pi)表示第i个请求使用的单板总数，所述D个请求使用的单板总数为fbest，其中，fbest＝f(Paths)，Paths表示所述D个请求对应的路径集合；第二步、判断i是否小于等于D，i表示请求的顺序，若是，执行第三步，若否，执行第四步；第三步、根据所述拓展网络图G'构造所述第i个请求的第三剩余网络图G″′f，执行第五步；所述根据所述拓展网络图G'构造所述第i个请求的第三剩余网络图G″′f包括：删除所述第i个请求的初始路径Pi；计算所述拓展网络图G'中每条边的第三剩余容量，所述第三剩余容量等于所述每条边的50％容量减去所述路径集合Paths使用的每条边的容量；判断所述每条边的第三剩余容量是否小于所述第i个请求的申请带宽di，将第三剩余容量小于所述第i个请求的申请带宽di的边删除，将所述拓展网络图G'中已经被使用的单板对应的节点的入边权值赋为0，其余没有被使用的单板对应的节点的入边权值赋为1，得到所述第i个请求对应的第三剩余网络图G″′f；第四步、输出所述单板总数fbest和所述路径集合Paths；第五步、在所述第三剩余网络图G″′f中为所述第i个请求分配第三最短路径Pi'，所述第三最短路径Pi'满足以下条件：其中，P表示在所述第三剩余网络图G″′f中满足所述第i个请求的带宽约束条件和时延约束条件的路径集合，f(P)表示所述路径集合P使用的单板总数；第六步、更新所述D个请求对应的路径集合Paths为Paths＝Paths∪{Pi'}，并根据所述更新后的路径集合Paths更新所述D个请求使用的单板总数f...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱明明，夏寅贲，王蕊，杨文国，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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