一种基于SDN的国产平台节能通信方法与流程

一种基于sdn的国产平台节能通信方法
技术领域
1.本发明属于sdn领域，具体涉及一种基于sdn的国产平台节能通信方法。


背景技术：

2.随着移动互联网、物联网的发展和云计算时代的到来，数据业务需求呈现爆炸式增长，而数据中心作为信息重要载体，由数据中心产生的能耗也在不断上涨。
3.为了解决数据中心采用传统树形体系结构导致的可扩展性差、部署代价高和单点失效等问题，当前数据中心多使用fat
‑
tree新型数据中心网络体系结构，网络设备和链路数量都非常充足，保证数据在传输时的高可靠性和高性能。但“富连接”网络拓扑虽然能保证网络吞吐量，但由于大部分时间数据中心的负载低于峰值负载，使得很多网络设备和链路处于闲置和低利用率状态，但是其能耗却与满负载时的能耗相近，使得网络设备在低负载时展现出十分低下的能量使用效率，导致大量电能被无效浪费。
4.为了解决数据中心的能耗问题，业内主要采用设备级节能和网络级节能两类方法，设备级节能方案采用全光网络或全光交换技术，解决当前用于报文的处理与转发的电交换网络设备产生的大量能耗，全光网络设备在该部分的实现复杂度和能耗均较低，具有更高的能量利用率，相比于传统电交换设备，采用新型光交换设备能够提高网络带宽利用率和网络性能，减少光电转换的开销和延迟，实现网络的高可扩展性和节能。但由于与当前网络设备体系结构差异较大，因此大规模的部署和应用还需要较长的时间。
5.网络级节能方法可分为离线路由和在线路由两类，离线路由方案需要预先获取全网的流量需求矩阵信息来计算最优节能路由；而在线路由方案仅根据当前的拓扑和流量信息为到达的网络流实时计算节能传输路径。对于流量感知的离线路由，在网络流量急剧变化时使用容易产生路由振荡，影响网络的稳定性和路由计算实时性。而对于拓扑感知的在线路由，由于没有考虑网络流量的变化因素，因此在重负载时使用可能会对网络性能造成较大影响。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于sdn的国产平台节能通信方法，以解决现有节能方法不能大规模推广使用、实时性和稳定性不足的缺陷。
8.(二)技术方案
9.为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于sdn的国产平台节能通信方法，该方法包括如下步骤：
10.步骤一、连接控制器
11.服务器后台启动控制器，国产平台位于主机设备，通过虚拟交换机连接控制器，控制器获取网络拓扑信息；
12.步骤二、获取交换机特征信息、链路信息、主机设备信息
13.国产平台与控制器建立连接，进而向控制器发送http请求，请求相应的交换机特征信息、链路信息和主机设备信息，控制器将从网络拓扑信息中获取的交换机特征信息、链路信息和主机设备信息返回国产平台；
14.步骤三、拓扑重构
15.国产平台读取交换机特征信息、链路信息、主机设备信息后，对网络拓扑按照“节点”、“链路”两部分信息进行重构；
16.步骤四、拓扑可视化
17.国产平台在完成拓扑重构后，按照“节点”和“链路”中存储的信息，进行可视化展示；
18.步骤五、网络流传输路径计算
19.控制器在进行网络流传输路径计算时，首先进行初始化，读入重构后的“节点”和“链路”信息，将链路节点的邻接矩阵初始化；然后控制器根据链路节点的邻接矩阵法计算从源主机到目的主机之间的全路径，并根据节能算法进行筛选；
20.步骤六、控制器下发最新路径流表
21.控制器向虚拟交换机下发流表，流量将按照节能算法规划的路径进行转发；
22.步骤七、休眠无关交换机
23.控制器通过设置流量阈值对未使用的虚拟交换机进行休眠。
24.进一步地，所述控制器为floodlight控制器。
25.进一步地，所述步骤二中的国产平台与控制器建立连接，进而向控制器发送http请求，请求相应的交换机特征信息、链路信息和主机设备信息具体包括：国产平台通过connect函数与控制器建立tcp连接，进而通过getinputstream函数向控制器发送http请求，使用三类url分别建立连接并请求相应的交换机特征信息、链路信息和主机设备信息。
26.进一步地，通过“http://控制器ip:8080/wm/core/switch/all/features/json”获取交换机特征信息。
27.进一步地，通过“http://控制器ip:8080/wm/topology/links/json”获取链路信息。
28.进一步地，通过“http://控制器ip:8080/wm/device”获取主机设备信息。
29.进一步地，所述步骤三中重构拓扑时，将虚拟交换机特征信息和主机设备相关信息进行提取和整合，获取虚拟交换机的dpid和主机设备的ipv4信息作为节点的信息，存储在节点的数据结构中；链路信息则包括虚拟交换机之间的链路信息以及虚拟交换机与主机设备的链路信息。
30.进一步地，所述步骤五中根据节能算法进行筛选具体包括：首先在选择出的路径中计算瓶颈链路带宽最大的路径；若筛选结果大于一条，则经下一规则的筛选，选择跳数最少的路径，即经过的虚拟交换机数量最少；接下来设计的规则实现经过尽可能多的已使用的虚拟交换机，将流量引到已使用的虚拟交换机上；若经上述规则筛选后的路径大于一条则人为选择第一条路径，最终经规则筛选得出唯一的一条最优路径。
31.进一步地，所述步骤七具体包括：当检测到虚拟交换机的流量低于阈值时，分析出待休眠的虚拟交换机，将这些闲置的虚拟交换机休眠。
32.进一步地，所述步骤七还包括：在工作虚拟交换机的流量高于阈值时将休眠的虚
拟交换机唤醒。
33.(三)有益效果
34.本发明提出一种基于sdn的国产平台节能通信方法，基于“富连接”fat
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tree网络体系结构，使用软件定义网络的方式，在保证网络吞吐率和传输延迟最小的同时，通过设计的节能路径算法，实时计算出网络传输路径。在保证吞吐率的同时尽可能复用已经使用的交换机，在满足路径计算实时性、网络稳定性的同时降低能耗，克服现有节能方法不能大规模推广使用、实时性和稳定性不足的缺陷。
附图说明
35.图1为本发明的处理过程方法流程图。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
37.本发明涉及虚拟化网络技术，特别涉及一种基于sdn的国产平台节能通信方法。
38.图1是本发明技术方案的主流程图。如图1所示，本发明提出的基于sdn的国产平台节能通信方法，用于包括服务器、国产平台和虚拟交换机的系统，该方法包括下列步骤：
39.步骤一、连接控制器
40.服务器后台启动floodlight控制器，国产平台位于主机设备，通过虚拟交换机openvswitch(简称ovs)连接控制器，控制器获取网络拓扑信息；
41.步骤二、获取交换机特征信息、链路信息、主机设备信息
42.国产平台通过connect函数与控制器建立tcp连接，进而通过getinputstream函数向控制器发送http请求，使用三类url分别建立连接并请求相应的交换机特征信息、链路信息、主机设备信息。通过“http://控制器ip:8080/wm/core/switch/all/features/json”获取交换机特征信息，通过“http://控制器ip:8080/wm/topology/links/json”获取链路信息，通过“http://控制器ip:8080/wm/device”获取主机设备信息。控制器将从网络拓扑信息中获取的交换机特征信息、链路信息、主机设备信息返回国产平台。
43.步骤三、拓扑重构
44.国产平台读取交换机特征信息、链路信息、主机设备信息后，对网络拓扑按照“节点”、“链路”两部分信息进行重构，重构拓扑的节点信息主要是将虚拟交换机特征信息和主机设备相关信息进行提取和整合，获取虚拟交换机的dpid和主机设备的ipv4信息作为节点的信息，存储在节点的数据结构中；链路信息则包括虚拟交换机之间的链路信息以及虚拟交换机与主机设备的链路信息。
45.步骤四、拓扑可视化
46.国产平台在完成拓扑重构后，按照“节点”和“链路”中存储的信息，进行可视化展示；
47.步骤五、网络流传输路径计算
48.控制器在进行网络流传输路径计算时，首先进行初始化，读入重构后的“节点”和“链路”信息，将链路节点的邻接矩阵初始化。
49.然后控制器根据链路节点的邻接矩阵法计算从源主机到目的主机之间的全路径，并根据节能算法进行筛选。
50.上述路径为多条，因此需根据节能算法进行筛选，即经过设计好的规则进行逐条筛选，首先在选择出的路径中计算瓶颈链路带宽最大的路径；若筛选结果大于一条，则经下一规则的筛选，选择跳数最少的路径，即经过的虚拟交换机数量最少，保证路径最短；接下来设计的规则实现经过尽可能多的已使用的虚拟交换机，将流量引到已使用的虚拟交换机上，从而提高虚拟交换机的使用率，减少能耗损失；若经上述规则筛选后的路径大于一条则人为选择第一条路径，最终经规则筛选得出唯一的一条最优路径。
51.在试验中，在国产平台输入的源主机和目的主机ip信息，由国产平台将源主机和目的主机ip信息发送到控制器，控制器将经节能算法计算后，确定出既满足网络吞吐量又使得虚拟交换机复用率最高的最优路径。
52.步骤六、控制器下发最新路径流表
53.控制器向虚拟交换机下发流表，流量将按照节能算法规划的路径进行转发。
54.步骤七、休眠无关交换机
55.控制器通过设置流量阈值对未使用的虚拟交换机进行休眠，当检测到虚拟交换机的流量低于阈值时，分析出待休眠的虚拟交换机，将这些闲置的虚拟交换机休眠，在工作虚拟交换机的流量高于阈值时将休眠的虚拟交换机唤醒。
56.最后，本发明通过使用能耗度量模型，建立数据中心能耗与交换机的支撑能耗、交换机数量、交换机处于活跃状态的端口数目的相关性模型，计算使用节能算法后数据中心能耗，相比传统路由转发，能耗降低约40％。
57.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。