一種基于sdn的網絡資源分配方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及網絡資源分配技術領域，本發(fā)明公開了一種基于SDN的網絡資源分配方法，其具體包括以下的步驟：首先獲取全網狀態(tài)信息，當新的業(yè)務流到來或者網絡狀態(tài)發(fā)生變化時，提取出業(yè)務流的需求特征并進行多約束路徑計算，得到源節(jié)點與目的節(jié)點之間的最優(yōu)路徑；在當前網絡資源不足時，SDN控制器控制進行網絡資源的重新分配，從而得出適應新的業(yè)務流需求的傳輸路徑，再將傳輸路徑發(fā)送至轉發(fā)面的交換設備；其中控制與轉發(fā)相分離。本發(fā)明提供了一種基于SDN的網絡資源分配方法及系統(tǒng)，通過本方法及系統(tǒng)可以有效地改善后來業(yè)務在網絡中的傳輸質量，提高網絡資源的利用效率，大幅優(yōu)化高優(yōu)先級業(yè)務的服務質量。本發(fā)明還公開了一種基于SDN的網絡資源分配系統(tǒng)。
【專利說明】
一種基于SDN的網絡資源分配方法和系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及網絡資源分配技術領域，尤其涉及一種基于SDN的網絡資源分配方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著互聯(lián)網絡的快速發(fā)展和新型應用的不斷涌現，網絡規(guī)模也隨之不斷擴大，用戶業(yè)務種類也日益豐富，隨之而來的是用戶對新業(yè)務的服務質量的需求提升，如對多媒體資源的帶寬、時延、抖動、丟包率等性能指標的要求越來越高，使得人們不斷將區(qū)分服務、OSPF、BGP、流量工程、MPLS等復雜的功能添加到基層網絡設備中去，造成網絡結構的復雜性和難以維護。
[0003]CN201310363478.6公開了一種公共網絡資源分配方法及系統(tǒng)，所述方法包括:接收用戶業(yè)務需求接入請求消息，獲取用戶業(yè)務需求類型;根據預先設定的業(yè)務類型優(yōu)先級參數，獲取所述用戶業(yè)務需求類型對應的優(yōu)先級;計算當前公共資源負荷;根據所述用戶業(yè)務需求類型對應的優(yōu)先級和當前公共資源負荷之間的對應關系，確定是否為所述用戶分配公共信道資源。與現有技術相比，本發(fā)明在公共資源不足情況下，可滿足不同需求的通信保障類型，有效的解決當通信保障遇上移動互聯(lián)網出現的問題，最終達到資源最大化利用，收益最大化，保障用戶感知，提升客戶滿意度。但該方法未結合到SDN上，也未對業(yè)務流的需求特征進行提取，并根據需求特征以及優(yōu)先級這兩個因子匹配相應傳輸路徑。因此在出現網絡資源不足時，不會主動進行業(yè)務流路徑的重新計算及路徑牽引。
[0004]SDN轉發(fā)與控制相分離的架構使得網絡交換設備的功能變得簡單，只需要負責轉發(fā)數據，網絡交換設備原本的控制功能則都交由上層的控制實體來完成。在這樣的架構下，管理員只需要在控制實體中進行編程就可以對網絡進行管理、配置以及研究。因此，SDN不僅提高了網絡的傳輸性能，同時也使得網絡的管理控制變得靈活、可擴展。

【發(fā)明內容】

[0005]在非SDN架構下，轉發(fā)與控制未分離，因此，所有的控制功能都需要由網絡交換設備來完成。而網絡交換設備的控制能力有限，導致難以實現資源分配，容易出現業(yè)務流堵塞。針對非SDN架構下，業(yè)務流容易堵塞的問題，本發(fā)明公開了一種基于SDN的網絡資源分配方法和系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明公開了一種基于SDN的網絡資源分配方法，其具體包括以下的步驟:首先獲取全網狀態(tài)信息，當新的業(yè)務流到來或者網絡狀態(tài)發(fā)生變化時，提取出業(yè)務流的需求特征并進行多約束路徑計算，得到源節(jié)點與目的節(jié)點之間的最優(yōu)路徑;在當前網絡資源不足時，SDN控制器控制進行網絡資源的重新分配，從而得出適應新的業(yè)務流需求的傳輸路徑，再將傳輸路徑發(fā)送至轉發(fā)面的交換設備;其中控制與轉發(fā)相分離。本發(fā)明提供了一種基于SDN的網絡資源分配方法及系統(tǒng)，通過本方法及系統(tǒng)可以有效地改善后來業(yè)務在網絡中的傳輸質量，提高網絡資源的利用效率，大幅優(yōu)化高優(yōu)先級業(yè)務的服務質量。
[0007]更進一步地，網絡資源的重新分配具體包括以下的步驟:列出比當前業(yè)務流A優(yōu)先級低的所有業(yè)務流，從其中優(yōu)先級最低的業(yè)務流開始，模擬停止其傳輸后的剩余網絡資源，計算此時是否可以給業(yè)務流A提供符合需求的路徑;若可以提供，則停止該業(yè)務流;若不能提供，則進一步模擬同時停止優(yōu)先級次低的業(yè)務流后的剩余網絡資源，并再次計算路徑，直到當前不存在比業(yè)務流A更低優(yōu)先級的業(yè)務流為止。根據業(yè)務流的優(yōu)先級依次模擬優(yōu)先級最低，最低+次低停止是否能足夠傳輸當前業(yè)務流的方式，來給出對某些業(yè)務流增加傳輸路徑，對某些業(yè)務流關閉傳輸路徑的決策，并傳輸給轉發(fā)面的交換設備。該控制過程完全在控制實體上完成，實現簡單，程序修改方便，方便了程序人員的實現。
[0008]更進一步地，業(yè)務流的報文中的相關字段包括業(yè)務優(yōu)先級和業(yè)務需求，從業(yè)務需求中提取該業(yè)務流敏感特征，根據業(yè)務流敏感特征進行多約束路徑計算，得到其源節(jié)點與目的節(jié)點之間的最優(yōu)路徑。其中敏感特征類型包括:時延敏感、帶寬敏感、丟包率敏感、抖動敏感等。
[0009]更進一步地，所述方法還包括在對高優(yōu)先級業(yè)務流傳輸不造成影響的前提下，對較低優(yōu)先級業(yè)務進行最大程度的重建。
[0010]本發(fā)明還公開了一種基于SDN的網絡資源分配系統(tǒng)，其具體包括SDN控制器，所述SDN控制器具體控制網絡感知模塊、網絡資源監(jiān)控模塊、業(yè)務分析模塊、多約束路徑計算模塊、資源分配模塊和路徑下發(fā)模塊;所述網絡感知模塊和網絡資源監(jiān)控模塊用于獲取全網狀態(tài)信息;所述業(yè)務分析模塊用于分析業(yè)務流;所述多約束路徑計算模塊用于得到源節(jié)點與目的節(jié)點之間的最優(yōu)路徑;所述資源分配模塊用于進行網絡資源的重新分配，從而得出適應新的業(yè)務流需求的傳輸路徑;所述路徑下發(fā)模塊用于將傳輸路徑發(fā)送至轉發(fā)面的交換設備;其中控制與轉發(fā)相分離。本發(fā)明提供了一種基于SDN的網絡資源分配方法及系統(tǒng)，通過本方法及系統(tǒng)可以有效地改善后來業(yè)務在網絡中的傳輸質量，提高網絡資源的利用效率，大幅優(yōu)化高優(yōu)先級業(yè)務的服務質量。
[0011]更進一步地，網絡資源分配模塊的分配過程如下:列出比當前業(yè)務流A優(yōu)先級低的所有業(yè)務流，從其中優(yōu)先級最低的業(yè)務流開始，模擬停止其傳輸后的剩余網絡資源，計算此時是否可以給業(yè)務流A提供符合需求的路徑;若可以提供，則停止該業(yè)務流;若不能提供，則進一步模擬同時停止優(yōu)先級次低的業(yè)務流后的剩余網絡資源，并再次計算路徑，直到當前不存在比業(yè)務流A更低優(yōu)先級的業(yè)務流為止。根據業(yè)務流的優(yōu)先級依次模擬優(yōu)先級最低，最低+次低停止是否能足夠傳輸當前業(yè)務流的方式，來給出對某些業(yè)務流增加傳輸路徑，對某些業(yè)務流關閉傳輸路徑的決策，并傳輸給轉發(fā)面的交換設備。該控制過程完全在控制實體上完成，實現簡單，程序修改方便，方便了程序人員的實現。
[0012]更進一步地，業(yè)務流的報文中的相關字段包括業(yè)務優(yōu)先級和業(yè)務需求，從業(yè)務需求中提取該業(yè)務流敏感特征，根據業(yè)務流敏感特征進行多約束路徑計算，得到其源節(jié)點與目的節(jié)點之間的最優(yōu)路徑。其中敏感特征類型包括:時延敏感、帶寬敏感、丟包率敏感、抖動敏感等。
[0013]更進一步地，所述系統(tǒng)還包括業(yè)務流重建模塊，所述業(yè)務流重建模塊用于對資源分配模塊中被關閉的低優(yōu)先級業(yè)務流進行最大程度的恢復，即根據當前網絡資源狀況，對因資源受限而關閉的業(yè)務流進行傳輸路徑的恢復重建。
[0014]通過采用以上的技術方案，本發(fā)明的有益效果為:提供了一種基于SDN的網絡資源分配方法及系統(tǒng)，通過本方法及系統(tǒng)可以有效地改善后來業(yè)務在網絡中的傳輸質量，提高網絡資源的利用效率，大幅優(yōu)化高優(yōu)先級業(yè)務的服務質量。本發(fā)明不僅是將基于優(yōu)先級的分配方式結合到SDN上，同時對業(yè)務流的需求特征進行提取，并根據需求特征以及優(yōu)先級這兩個因子匹配相應傳輸路徑。在出現網絡資源不足時，主動進行業(yè)務流路徑的重新計算及路徑牽引。
【附圖說明】
[0015]圖1為網絡資源分配系統(tǒng)功能關系圖。
[0016]圖2是示例網絡拓撲圖(其中PC表示計算機，S表示路由交換設備)。
[0017]圖3是某業(yè)務流多約束路徑計算流程圖。
[0018]圖4是資源重分配流程圖。
[0019]圖5是業(yè)務流重建流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合說明書附圖，詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0021]圖1是本發(fā)明的網絡資源分配系統(tǒng)功能關系圖。其控制側的SDN控制器具體控制網絡感知模塊、網絡資源監(jiān)控模塊、業(yè)務分析模塊、多約束路徑計算模塊、資源分配模塊、業(yè)務流重建模塊和路徑下發(fā)模塊。
[0022]網絡感知模塊用于進行網絡拓撲發(fā)現，包括節(jié)點、鏈路等，并進行周期性的拓撲更新。網絡資源監(jiān)控模塊用于獲取當前網絡資源，即交換節(jié)點和鏈路的性能及當前狀態(tài)信息。
[0023]業(yè)務分析模塊解析新到來的業(yè)務流的優(yōu)先級及各類需求，對業(yè)務流進行時延敏感、帶寬敏感、丟包率敏感、抖動敏感特征分類，并根據其需求特征進行加權計算，最終實現對業(yè)務流的特征提取及區(qū)分對待，并將需求特征告知多約束路徑計算模塊。例如:某業(yè)務流首先要求時延200ms，其次要求帶寬為1Mbps，在SDN控制器解析后即該業(yè)務流需求特征優(yōu)先級從高到低為時延最大容忍200ms、傳輸路徑上空閑帶寬IMbps以上、丟包率及抖動無要求。根據業(yè)務流各個敏感特征的優(yōu)先級不同，實現區(qū)分對待。
[0024]多約束路徑計算模塊根據業(yè)務流的敏感特征計算相應最優(yōu)路徑(如圖2所示，例如:業(yè)務流I源為計算機A，目的為計算機B，其業(yè)務流需求為時延不大于500ms。當前網絡拓撲中S2-S3之間鏈路時延為600ms，其余鏈路時延均遠小于500ms。根據業(yè)務流需求特征，有效拓撲應不包含S2-S3之間的鏈路，故多約束路徑計算模塊在進行路徑計算時需刪除S2-S3之間的鏈路。具體計算過程為多約束路徑計算模塊將當前有效拓撲抽象為鄰接矩陣或鄰接表數據結構，結合相應路徑算法求出計算機A與計算機B之間的開銷最短路徑)。按照此方法，多約束路徑計算模塊計算出網絡中是否有符合該業(yè)務流特征的最優(yōu)傳輸路徑。在無法為業(yè)務流分配滿足其需求的路徑時(即未能計算出相應路徑時)，資源分配模塊檢查較低優(yōu)先級業(yè)務流所占用的網絡資源(從最低優(yōu)先級開始檢查)，模擬計算停止較低優(yōu)先級業(yè)務流后的剩余網絡資源，并提供剩余網絡資源給多約束路徑計算模塊重新計算是否可以給當前業(yè)務流提供相應傳輸路徑。若依然無法計算出相應傳輸路徑，則資源分配模塊檢查次低優(yōu)先級業(yè)務流所占用的網絡資源，并重復之前的操作，直到計算出相應傳輸路徑或當前已無優(yōu)先級比待分配業(yè)務流優(yōu)先級更低的業(yè)務流。多約束路徑計算模塊的計算過程如圖3所示，首先計算滿足時延需求的路徑集合，在滿足時延需求的路徑集合的基礎上，計算滿足抖動需求的路徑集合，依次，計算滿足帶寬需求和丟包率需求的路徑集合。最后，從滿足條件的路徑集合中選擇出最優(yōu)的路徑并下發(fā)給轉發(fā)側。
[0025]業(yè)務流重建模塊對資源分配模塊中被關閉的低優(yōu)先級業(yè)務流進行最大程度的恢復，即根據當前網絡資源狀況，對因資源受限而關閉的業(yè)務流進行傳輸路徑的恢復重建，原則為從當前因資源受限而關閉的最高優(yōu)先級業(yè)務流開始計算傳輸路徑，直到最低優(yōu)先級業(yè)務流為止。
[0026]網絡資源監(jiān)控模塊發(fā)現當前網絡中出現擁塞或服務質量未能達到業(yè)務流需求時，同樣會觸發(fā)資源分配模塊對業(yè)務流進行重新調度或牽引。
[0027]路徑下發(fā)模塊將計算出的傳輸路徑通過OpenFlow接口發(fā)送至各交換設備，其中可能包括對某些業(yè)務流增加傳輸路徑，對某些業(yè)務流關閉傳輸路徑。
[0028]其中的一個實施例
基于SDN的網絡資源分配方法:
步驟S1:通過鏈路發(fā)現機制，周期性進行網絡拓撲探測，獲得當前網絡各交換節(jié)點及鏈路等拓撲信息。
[0029]步驟S2:在獲取全網拓撲信息基礎上，對網絡資源(各交換節(jié)點、鏈路的性能及當前狀態(tài)信息)進行周期性收集并更新。在網絡拓撲發(fā)生改變后，對網絡資源立即進行更新。網絡資源主要包括:一、全網路由交換設備當前工作信息;二、全網鏈路的通斷、鏈路當前流量等信息。網絡資源更新指對上述網絡資源信息的周期性更新或在發(fā)生如鏈路中斷等事件后的更新，更新的目的是SDN控制器需要掌握當前網絡資源的實時狀況，為路徑計算或路徑調整做數據支撐。當網絡資源信息出現如帶寬占用率達到100%、時延超過某預定閾值等情況時，同樣會觸發(fā)步驟S3的操作，進行網絡資源的重新分配和路徑重新計算。
[0030]步驟S3:當新的業(yè)務流到來時，根據該業(yè)務流報文中的相關字段得到其業(yè)務優(yōu)先級及業(yè)務需求，從業(yè)務需求中提取該業(yè)務流敏感特征。目前分為多種敏感特征類型:時延敏感、帶寬敏感、丟包率敏感、抖動敏感。基于網絡拓撲信息和網絡資源信息及業(yè)務流敏感特征進行多約束路徑計算，得到其源節(jié)點與目的節(jié)點之間的最優(yōu)路徑。
[0031]步驟S4:若由于當前網絡資源不足，不存在符合業(yè)務流需求的路徑，則進行網絡資源重新分配。網絡資源重新分配的原則是:列出比當前業(yè)務流A優(yōu)先級低的所有業(yè)務流，從其中優(yōu)先級最低的業(yè)務流開始，模擬停止其傳輸后的剩余網絡資源，計算此時是否可以給業(yè)務流A提供符合需求的路徑。若可以提供，則停止較低的業(yè)務流，并執(zhí)行步驟S5;若不能提供，則模擬停止優(yōu)先級次低的業(yè)務流后的剩余網絡資源，并再次計算路徑，直到當前不存在比業(yè)務流A更低優(yōu)先級的業(yè)務流為止。
[0032]步驟S5:在對高優(yōu)先級業(yè)務流傳輸不造成影響的前提下，對較低優(yōu)先級業(yè)務進行最大程度的重建，保證網絡資源的有效利用。
[0033]步驟S6:將步驟S3、步驟S4、步驟S5綜合計算出的路徑以流表的方式通過OpenFlow接口下發(fā)至該路徑上所有交換設備。
[0034]上述的實施例中所給出的系數和參數，是提供給本領域的技術人員來實現或使用發(fā)明的，發(fā)明并不限定僅取前述公開的數值，在不脫離發(fā)明的思想的情況下，本領域的技術人員可以對上述實施例作出種種修改或調整，因而發(fā)明的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合權利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
【主權項】
1.一種基于SDN的網絡資源分配方法，其具體包括以下的步驟:首先獲取全網狀態(tài)信息，當新的業(yè)務流到來或者網絡狀態(tài)發(fā)生變化時，提取出業(yè)務流的需求特征并進行多約束路徑計算，得到源節(jié)點與目的節(jié)點之間的最優(yōu)路徑;在當前網絡資源不足時，SDN控制器控制進行網絡資源的重新分配，從而得出適應新的業(yè)務流需求的傳輸路徑，再將傳輸路徑發(fā)送至轉發(fā)面的交換設備;其中控制與轉發(fā)相分離。2.如權利要求1所述的基于SDN的網絡資源分配方法，其特征在于所述網絡資源的重新分配具體包括以下的步驟:列出比當前業(yè)務流A優(yōu)先級低的所有業(yè)務流，從其中優(yōu)先級最低的業(yè)務流開始，模擬停止其傳輸后的剩余網絡資源，計算此時是否可以給業(yè)務流A提供符合需求的路徑;若可以提供，則停止該業(yè)務流;若不能提供，則進一步模擬同時停止優(yōu)先級次低的業(yè)務流后的剩余網絡資源，并再次計算路徑，直到當前不存在比業(yè)務流A更低優(yōu)先級的業(yè)務流為止。3.如權利要求2所述的基于SDN的網絡資源分配方法，其特征在于業(yè)務流的報文中的相關字段包括業(yè)務優(yōu)先級和業(yè)務需求，從業(yè)務需求中提取該業(yè)務流敏感特征，根據業(yè)務流敏感特征進行多約束路徑計算，得到其源節(jié)點與目的節(jié)點之間的最優(yōu)路徑。4.如權利要求3所述的基于SDN的網絡資源分配方法，其特征在于所述敏感特征類型包括:時延敏感、帶寬敏感、丟包率敏感和抖動敏感。5.如權利要求4所述的基于SDN的網絡資源分配方法，其特征在于所述方法還包括在對高優(yōu)先級業(yè)務流傳輸不造成影響的前提下，對較低優(yōu)先級業(yè)務進行最大程度的重建。6.一種基于SDN的網絡資源分配系統(tǒng)，其特征在于具體包括SDN控制器，所述SDN控制器具體控制網絡感知模塊、網絡資源監(jiān)控模塊、業(yè)務分析模塊、多約束路徑計算模塊、資源分配模塊和路徑下發(fā)模塊;所述網絡感知模塊和網絡資源監(jiān)控模塊用于獲取全網狀態(tài)信息；所述業(yè)務分析模塊用于分析業(yè)務流;所述多約束路徑計算模塊用于得到源節(jié)點與目的節(jié)點之間的最優(yōu)路徑;所述資源分配模塊用于進行網絡資源的重新分配，從而得出適應新的業(yè)務流需求的傳輸路徑;所述路徑下發(fā)模塊用于將傳輸路徑發(fā)送至轉發(fā)面的交換設備;其中控制與轉發(fā)相分離。7.如權利要求6所述的網絡資源分配系統(tǒng)，其特征在于所述資源分配模塊的分配過程如下:列出比當前業(yè)務流A優(yōu)先級低的所有業(yè)務流，從其中優(yōu)先級最低的業(yè)務流開始，模擬停止其傳輸后的剩余網絡資源，計算此時是否可以給業(yè)務流A提供符合需求的路徑;若可以提供，則停止該業(yè)務流;若不能提供，則進一步模擬同時停止優(yōu)先級次低的業(yè)務流后的剩余網絡資源，并再次計算路徑，直到當前不存在比業(yè)務流A更低優(yōu)先級的業(yè)務流為止。
【文檔編號】H04L12/721GK105871755SQ201610388675
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】丁銳, 曾浩洋, 田永春, 姜永廣, 鄧偉華, 陳瀟, 李默嘉
【申請人】中國電子科技集團公司第三十研究所