基于软件定义网络之数据传输方法与系统与流程

本发明涉及一种基于软件定义网络(Software-Defined Networking，SDN)之数据传输方法与系统。

背景技术：

近年来，手机与网络技术迅速发展，许多人都是网络重度用户，使得多项一对多的服务，例如，实时通讯、广告或服务推播、视频会议、文件传输与软韧体更新，都很频繁的发生。如何有效的利用网络环境与增进网络效能，已是当前重要的研究课题。

当使用者在执行多点群播(Multicast)的传输服务时，例如，欲将单一相同之数据传送至多方用户时，因为效能问题、带宽管理不易、兼容性问题、维护困难…等问题，通常会采取单播(Unicast)的传输方式来执行该1对多传输服务。如此，不但效能不佳，同时也会影响到整个网络效能。

因此，需要一种改良的数据传输方法，规划优化传输路径，以减少重复的数据流并增进网络效能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明目的是提供一种基于软件定义网络(SDN)之数据传输方法与系统，利用单播(Unicast)之方式来优化多点群播(Multicast)的传输服务，具有节省带宽、提高效能与容易维护之优点。

本发明实施例提供一种基于软件定义网络之数据传输方法，其特征在于，该方法包括：将复数个SDN转发装置注册到SDN控制器，以及将复数个客户端注册到中央管理器；该些客户端中之第一客户端发送群组转送服务之传送请求给该中央管理器，并且该中央管理器将该传送请求发送至该SDN控制器；当收到该传送请求，该SDN控制器利用优化路径可用带宽算法计算该第一客户端到每一个其他客户端之至少一个最佳传输路径及至少一个备用传输路径；该SDN控制器利用优化转送路径算法整合该第一客户端到其他客户端之该些最佳传输路径与该些备用传输路径而产生复数树状传输路径，并从中取得佳树状传输路径；根据该最佳树状传输路径，该SDN控制器将该第一客户端的入口信息传送给该中央管理器，并设定每一该些SDN转发装置的路由信息；以及该中央管理器将该些入口信息传给该第一客户端，该第一客户端开始将串流数据经由该些SDN转发装置传送给其他客户端。

优选地，在本发明实施例之网络检测方法中，该优化转送路径算法還包括：根据该优化路径可用带宽算法计算该第一客户端之来源SDN转发装置到其他客户端之复数目的SDN转发装置之复数传输路径，以产生距离表与路径可用成本表；根据该距离表与该路径可用成本表取得该来源SDN转发装置到每一该些目的SDN转发装置之至少一个最佳传输路径与复数个备援传输路径；自该些最佳传输路径与该些复数备援传输路径中，分别取得该来源SDN转发装置到该些目的SDN转发装置之复数树状传输路径，从而得到树状传输路径集合；以及从该树状传输路径集合中，根据该些树状传输路径的传输成本值选出最佳树状传输路径。

优选地，本发明实施例之网络检测方法還包括：当该些传输路径中之第一传输路径与第二传输路径具有相同的起始与结束节点时，比对该第一传输路径之第一传输成本值与该第二传输路径之第二传输成本值；以及若该第一传输成本值大于该第二传输成本值，则舍弃该第一传输路径并保留该第二传输路径。

优选地，本发明实施例之网络检测方法還包括：当该些传输路径中之第一传输路径与第二传输路径具有相同的起始与结束节点时，比对该第一传输路径之第一带宽与该第二传输路径之第二带宽；以及若该第一带宽大于该第二带宽，则保留该第一传输路径并舍弃该第二传输路径。

优选地，本发明实施例之网络检测方法還包括：当该些传输路径中之第一传输路径与第二传输路径具有相同的起始与结束节点时，比对该第一传输路径之第一传输成本值与该第二传输路径之第二传输成本值；若该第一传输成本值大于该第二传输成本值，比对该第一传输路径之第一带宽与该第二传输路径之第二带宽；以及若该第一带宽大于该第二带宽，则保留该第一传输路径并舍弃该第二传输路径。

本发明又一实施例提供一种基于软件定义网络之数据传输系统，其特征在于，该系统包括：复数个客户端、复数个SDN转发装置、用于注册该些SDN转发装置之SDN控制器以及用于注册该些客户端之中央管理器。

该些客户端中之第一客户端发送群组转送服务之传送请求给该中央管理器，该中央管理器将该传送请求发送至该SDN控制器，该SDN控制器在收到该传送请求时利用优化路径可用带宽算法计算该第一客户端到每一其他客户端之至少一个最佳传输路径及至少一个备用传输路径，该SDN控制器利用优化转送路径算法整合该第一客户端到其他客户端之该些最佳传输路径与该些备用传输路径而产生复数树状传输路径，并从中取得最佳树状传输路径，该SDN控制器根据该最佳树状传输路径将该第一客户端的入口信息传送给该中央管理器，并设定每一该些SDN转发装置的路由信息，该中央管理器将该些入口信息传给该第一客户端，以及该第一客户端开始将串流数据经由该些SDN转发装置传送给其他客户端。

优选地，在本发明例方式之控制器中，该SDN控制器根据该优化路径可用带宽算法计算该第一客户端之来源SDN转发装置到其他客户端之复数个目的SDN转发装置之复数个传输路径，以产生距离表与一\路径可用成本表，根据该距离表与该路径可用成本表取得该来源SDN转发装置到每一该些目的SDN转发装置之至少一个最佳传输路径与复数个备援传输路径，自该些最佳传输路径与该些复数个备援传输路径中，分别取得该来源SDN转发装置到该些目的SDN转发装置之复数个树状传输路径，从而得到树状传输路径集合，以及从该树状传输路径集合中，根据该些树状传输路径的传输成本值选出最佳树状传输路径。

优选地，在本发明例方式之控制器中，当该些传输路径中之第一传输路径与第二传输路径具有相同的起始与结束节点时，该SDN控制器比对该第一传输路径之第一传输成本值与该第二传输路径之第二传输成本值，以及若该第一传输成本值大于该第二传输成本值，则舍弃该第一传输路径并保留该第二传输路径。

优选地，在本发明例方式之控制器中，当该些传输路径中之第一传输路径与第二传输路径具有相同的起始与结束节点时，该SDN控制器比对该第一传输路径之第一带宽与该第二传输路径之第二带宽，以及若该第一带宽大于该第二带宽，则保留该第一传输路径并舍弃该第二传输路径。

优选地，在本发明例方式之控制器中，当该些传输路径中之第一传输路径与第二传输路径具有相同的起始与结束节点时，该SDN控制器比对该第一传输路径之第一传输成本值与该第二传输路径之第二传输成本值，若该第一传输成本值大于该第二传输成本值，比对该第一传输路径之第一带宽与该第二传输路径之第二带宽；以及若该第一带宽大于该第二带宽，则保留该第一传输路径并舍弃该第二传输路径。

本发明之基于软件定义网络(SDN)之数据传输方法与系统利用单播(Unicast)之方式来优化多点群播(Multicast)的传输服务，具有节省带宽、提高效能与容易维护之优点。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是本发明实施例之基于软件定义网络(SDN)之数据传输系统的架构图。

图2是本发明实施例之基于软件定义网络(SDN)之数据传输方法的步骤流程图。

图3是本发明实施例之优化转送路径(Optimized Forwarding Path，OFP)算法的示意图，其利用OPAB算法计算来源端到各目的端之最佳传输路径及备用传输路径。

图4是本发明实施例之OFP算法的步骤流程图。

图5是本发明实施例利用OFP算法产生之距离表，其纪录各SDN转发装置间具有最短距离(最小成本)之至少一优化传输路径与至少一备援传输路径。

图6是本发明实施例利用OFP算法产生之路径可用成本表，其纪录各SDN转发装置间具有最大带宽之至少一优化传输路径与至少一备援传输路径。

图7是本发明实施例利用OFP算法计算取得之树状传输路径集合的示意图。

图8-1A～8-1I与8-2A～8-2I是本发明实施例利用OFP算法产生传输路径的示意图。

主要元件符号说明

数据传输系统 10

SDN控制器 100

中央管理器 200

SDN转发装置 302..312、N1..N8

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

本发明实施例之SDN数据传输方法与系统利用改良之优化转送路径(Optimized Forwarding Path，OFP)算法-又称OFP算法，针对Multicast的传输服务，在相同的传送传输路径中减少传送重复的数据流。同时，将单一数据流传送至该优化传输路径上之一转发装置，再将该数据流转发或复制到其他转发装置或目的客户端。因此，本发明实施例之数据传输方法与系统具有节省带宽、提高效能与容易维护的优点。

图1系显示本发明实施例之基于软件定义网络(SDN)之数据传输系统的架构图。

本发明实施例之数据传输系统10包括一SDN控制器100、一中央管理器(Central Manager)200、SDN转发装置(SDN Appliances)302..312与客户端A、B、C与D。SDN控制器100提供群组转送服务。中央管理器200负责与各转发装置进行沟通协调，并安排客户端A、B、C与D的入口转送信息。

图2系显示本发明实施例之基于软件定义网络(SDN)之数据传输方法的步骤流程图。

在步骤S202中，将SDN转发装置302..312注册到SDN控制器100，以及将客户端A、B、C与D注册到中央管理器200。

在步骤S204中，来源端(例如，客户端A)发送一群组转送服务(Group Forwarding Service)之一传送请求给中央管理器200，中央管理器200将该传送请求发送至SDN控制器100。

在步骤S206中，当收到该传送请求，SDN控制器100利用一优化路径可用带宽(Optimized Path Available Bandwidth，以下称OPAB)算法计算客户端A到客户端B、C与D的最佳传输路径及备用传输路径。

在步骤S208中，SDN控制器100利用OFP算法整合该些最佳传输路径及与该些备用传输路径而产生复数树状传输路径，并从中取得一最佳树状传输路径。

在步骤S210中，根据该最佳树状传输路径，SDN控制器100将客户端A的入口信息传送给中央管理器200，并设定各个SDN转发装置302..312的路由信息。

在步骤S212中，中央管理器200将该入口信息传送给客户端A，客户端A开始将串流数据经由SDN转发装置302..312传送给客户端B、C与D。

在本发明实施例中，OPAB算法更包括执行下列操作：

(1)计算单一节点到所有节点之最大带宽传输路径，或根据成本矩阵(Cost Matrix)的定义取得最小延迟(Latency)传输路径或符合其他条件之传输路径；

(2)将非优化传输路径记录为备援(Backup)传输路径；

(3)计算过程中可取得单一节点到所有节点之传输路径数≥1；

(4)经由SDN同时利用多条传输路径进行数据传输，以提高效能及网络使用率；

(5)排除来回传输路径及具有重复节点之传输路径，例如，A→B、B→A、A→B→C→A→D等传输路径都会被排除；

(6)计算过程中可取得一距离表(Distance Table)及一路径可用成本表(Path Available Cost(PAC)Table)，其中，距离表用以纪录各点间具有最短距离(最小成本)之至少一优化传输路径与备援传输路径，路径可用成本表用以纪录各点间具有最大带宽之至少一优化传输路径及其备援传输路径；

(7)根据该可用成本表取得传输路径；以及

(8)若网络拓朴(Topology)过大，可切割成多个群组以增进指令周期。

图3系显示本发明实施例之OFP算法的示意图，其利用OPAB算法计算来源端到各目的端之最佳传输路径及备用传输路径。图4系显示本发明实施例之OFP算法的步骤流程图。

图3显示的网络架构包括客户端A、B、C与D以及SDN转发装置N1..N8，其中，每个转发装置间所需的距离(成本)与对应之带宽(位/秒(bit per second，bps))如传输路径上的数字所示。每一条传输路径的带宽系根据表1所示之成本(MaxSpeed/Speedi)矩阵计算得知，但其仅是范例，不以此为限。

表1

在步骤S401中，根据OPAB算法计算每一起始SDN转发装置(例如，N1、N3、N5、N8)到网络中其他SDN转发装置的传输路径。

举例来说，以与客户端A连接的SDN转发装置N5为起始顶点，经由OPAB算法计算过后，可得到图5所示的距离表，其纪录各SDN转发装置间具有最短距离(最小成本)之至少一优化传输路径与至少一备援传输路径，以及图6所示的PAC表，其纪录各SDN转发装置间具有最大带宽之至少一优化传输路径与至少一备援传输路径。

在步骤S402中，根据该距离表与该PAC表取得从客户端A之SDN转发装置N5到客户端B、C与D之SDN转发装置N1、N3与N8之至少一最佳传输路径与复数备援传输路径。

根据图5之距离表与图6之PAC表可得以下传输路径：

SDN设备5至SDN设备1的传输路径(Path1)至少包括：

Path₁₁：1→3→4→6→5(传输成本：1200，速度：83.3M)；

Path₁₂：1→2→3→4→6→5(传输成本：1200，速度：83.3M)；

Path₁₃：1→8→7→6→5(传输成本：1700，速度：58.8M)；

Path₁₄：1→3→4→5(传输成本：1500，速度：66.7M)；

Path₁₅：1→2→3→4→5(传输成本：1200，速度：66.7M)；以及

Path₁₆：1→2→3→4→6→5(传输成本：1200，速度：58.8M)。

SDN设备5至SDN设备3的传输路径(Path3)包括：

Path₃₁：3→4→6→5(传输成本：1200)；以及

Path₃₂：3→4→5(传输成本：1500)。

SDN设备5至SDN设备8的传输路径(Path8)包括：

Path₈₁：8→7→6→5(传输成本：1000)；以及

Path₈₂：8→6→5(传输成本：1400)。

在步骤S403中，自该些传输路径中，分别取得客户端A之SDN转发装置N5到客户端B、C与D之SDN转发装置N1、N3与N8之复数树状传输路径，从而得到一树状传输路径集合。

将传输路径Path₁、Path₃与Path₈进行排列组合，可得到树状传输路径TPath_ijk，如图7所示，其中，i表示Path₁的第i条传输路径，j表示Path₃的第j条传输路径，k表示Path₈的第k条传输路径。

在步骤S404中，从该树状传输路径集合中，根据传输成本值，选出一条最佳树状传输路径。

图8-1A～8-1I与8-2A～8-2I系显示本发明实施例利用OFP算法产生SDN转发装置N5到SDN转发装置N1之传输路径的示意图。图8-1A显示每个转发装置间的带宽。图8-2A显示每个转发装置间的距离(成本)。

参考图8-1B与8-2B，SDN转发装置N5到SDN转发装置N4之传输路径的带宽为66.4M，距离(成本)为1500。SDN转发装置N5到SDN转发装置N6之传输路径的带宽为400M，距离(成本)为250。此时，取得的传输路径包括：

N5→N4(带宽：66.4M，成本：1500)；以及

N5→N6(带宽：400M，成本：250)。

参考图8-1C与8-2C，SDN转发装置N5经由SDN转发装置N6到SDN转发装置N4之传输路径的最适带宽为100M，距离(成本)为1250(250+1000)。SDN转发装置N5经由SDN转发装置N6到SDN转发装置N7之传输路径的最适带宽为111.1M，距离(成本)为1150(250+900)。SDN转发装置N5经由SDN转发装置N6到SDN转发装置N8之传输路径的最适带宽为71.4M，距离(成本)为1650(250+1400)。此时，取得的传输路径包括：

(带宽：66.4M，成本：1500)；

N5→N6(带宽：400M，成本：250)；

(带宽：100M，成本：1250)；

N5→N6→N7(带宽：111.1M，成本：1150)；以及

N5→N6→N8(带宽：71.4M，成本：1650)。

在上述传输路径中，起始和终点SDN转发装置相同之传输路径包括N5→N4与N5→N6→N4。经比对带宽与距离(成本)后，传输路径N5→N6→N4为较佳传输路径。此时，取得的传输路径包括：

N5→N6(带宽：400M，成本：250)；

N5→N6→N4(带宽：100M，成本：1250)；

N5→N6→N7(带宽：111.1M，成本：1150)；以及

N5→N6→N8(带宽：71.4M，成本：1650)。

参考图8-1D与8-2D，SDN转发装置N5经由SDN转发装置N6与N7到SDN转发装置N8之传输路径的最适带宽为100M，距离(成本)为2150(250+900+1000)。此时，取得的传输路径包括：

N5→N6(带宽：400M，成本：250)；

N5→N6→N4(带宽：100M，成本：1250)；

N5→N6→N7(带宽：111.1M，成本：1150)；以及

(带宽：71.4M，成本：1650)。

(带宽：100M，成本：2150)

在上述传输路径中，起始和终点SDN转发装置相同之传输路径包括N5→N6→N8与N5→N6→N7→N8。经比对带宽与距离(成本)后，虽然传输路径N5→N6→N8具有较低本，但传输路径N5→N6→N7→N8具有较大带宽。因此，传输路径N5→N6→N7→N8为较佳传输路径。此时，取得的传输路径包括：

N5→N6(带宽：400M，成本：250)；

N5→N6→N4(带宽：100M，成本：1250)；

N5→N6→N7(带宽：111.1M，成本：1150)；以及

N5→N6→N7→N8(带宽：100M，成本：2150)。

参考图8-1E与8-2E，SDN转发装置N5经由SDN转发装置N6与N4到SDN转发装置N3之传输路径的最适带宽为83.3M，距离(成本)为2450(250+1000+1200)。此时，取得的传输路径包括：

N5→N6(带宽：400M，成本：250)；

N5→N6→N4(带宽：100M，成本：1250)；

N5→N6→N7(带宽：111.1M，成本：1150)；

N5→N6→N7→N8(带宽：100M，成本：2150)；以及

N5→N6→N4→N3(带宽：83.3M，成本：2450)。

参考图8-1F与8-2F，SDN转发装置N5经由SDN转发装置N6、N7与N8到SDN转发装置N1之传输路径的最适带宽为58.8M，距离(成本)为3850(250+900+1000+1700)。此时，取得的传输路径包括：

N5→N6(带宽：400M，成本：250)；

N5→N6→N4(带宽：100M，成本：1250)；

N5→N6→N4→N3(带宽：83.3M，成本：2450)；

N5→N6→N7(带宽：111.1M，成本：1150)；

N5→N6→N7→N8(带宽：100M，成本：2150)；以及

N5→N6→N7→N8→N1(带宽：58.8M，成本：3850)。

参考图8-1G与8-2G，SDN转发装置N5经由SDN转发装置N4与N3到SDN转发装置N1之传输路径的最适带宽为83.3M，距离(成本)为3450(250+1000+1200+1000)。SDN转发装置N5经由SDN转发装置N4与N3到SDN转发装置N2之传输路径的最适带宽为83.3M，距离(成本)为3250(250+1000+1200+800)。此时，取得的传输路径包括：

N5→N6(带宽：400M，成本：250)；

N5→N6→N4(带宽：100M，成本：1250)；

N5→N6→N4→N3(带宽：83.3M，成本：2450)；

N5→N6→N7(带宽：111.1M，成本：1150)；

N5→N6→N7→N8(带宽：100M，成本：2150)；

(带宽：58.8M，成本：3850)；

(带宽：83.8M，成本：3450)；以及

N5→N6→N4→N3→N2(带宽：83.8M，成本：3250)。

在上述传输路径中，起始和终点SDN转发装置相同之传输路径包括N5→N6→N7→N8→N1与N5→N6→N4→N3→N1。经比对带宽与距离(成本)后，传输路径N5→N6→N4→N3→N1为较佳传输路径。此时，取得的传输路径包括：

N5→N6(带宽：400M，成本：250)；

N5→N6→N4(带宽：100M，成本：1250)；

N5→N6→N4→N3(带宽：83.3M，成本：2450)；

N5→N6→N7(带宽：111.1M，成本：1150)；

N5→N6→N7→N8(带宽：100M，成本：2150)；

N5→N6→N4→N3→N1(带宽：83.8M，成本：3450)；以及

N5→N6→N4→N3→N2(带宽：83.8M，成本：3250)。

参考图8-1H与8-2H，SDN转发装置N5经由SDN转发装置N6、N4、N3与N2到SDN转发装置N1之传输路径的最适带宽为83.3M，距离(成本)为3550(250+1000+1200+800+300)。此时，取得的传输路径包括：

N5→N6(带宽：400M，成本：250)；

N5→N6→N4(带宽：100M，成本：1250)；

N5→N6→N4→N3(带宽：83.3M，成本：2450)；

N5→N6→N7(带宽：111.1M，成本：1150)；

N5→N6→N7→N8(带宽：100M，成本：2150)；

(带宽：83.8M，成本：3450)；

N5→N6→N4→N3→N2(带宽：83.8M，成本：3250)；以及

(带宽：83.8M，成本：3550)。

在上述传输路径中，起始和终点SDN转发装置相同之传输路径包括N5→N6→N4→N3→N1与N5→N6→N4→N3→N2→N1。经比对带宽与距离(成本)后，传输路径N5→N6→N4→N3→N1为较佳传输路径。此时，取得的传输路径如图8-1I与8-2I所示，包括：

N5→N6(带宽：400M，成本：250)；

N5→N6→N4(带宽：100M，成本：1250)；

N5→N6→N4→N3(带宽：83.3M，成本：2450)；

N5→N6→N7(带宽：111.1M，成本：1150)；

N5→N6→N7→N8(带宽：100M，成本：2150)；

N5→N6→N4→N3→N1(带宽：83.8M，成本：3450)；以及

N5→N6→N4→N3→N2(带宽：83.8M，成本：3250)。

本发明实施例之数据传输方法基于SDN建构一个网络优化的传输服务。该方法根据客户端装置的要求计算出一条优化的树状传输路径，找出来源客户端与目的客户端间之最佳传输路径，并利用Unicast来优化Multicast的传输服务。

需要说明的是，上文所述实施方式，并不构成对发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则内所作的修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。