一种基于OpenFlow网络的QoS管理方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于化enFlow网络管理领域，具体设及一种基于化enFlow网络的QoS管理 方法。
【背景技术】
[0002] 2009年，斯坦福大学提出了软件定义网络（Software Defined化twork，SDN)，SDN 将网络的数据层与控制层分离，为解决当前网络的QoS管理问题提供了新的方法，本发明W 软件定义网络为基础进行QoS管理方法研究。OpenFlow网络诞生于斯坦福大学。最初引进 化enFlow网络的目的是为了方便的运行一些新的实验性的网络协议，其核屯、思想是将网络 节点的控制平面与数据平面分离，在传统的网络中路由器既做转发操作，又做路由决策工 作，而在化enFlow网络中，OpenFlow交换机按照流表对数据进行转发，而化enFlow控制器负 责流表的产生，可W说传统的网络做路由决策等方法时是分布式的，而化enFlow网络则是 集中式的。在传统网络中要增加新的协议则需要对网络的核屯、路由器进行硬件升级，而在 化enFlow网络中只需对软件进行修改即可。OpenFlow网络有助于新的网络协议的研究因为 研究人员只需编写软件就可W直接测试新协议的性能，若化enFlow网络能够普及也会使网 络通信的基础设施费用大幅下降，因为W前网络要想升级需要更换硬件，而化enFlow网络 升级只需要更新软件，不仅可W降低硬件设备的更换速度，还会引入新的软件公司参与竞 争进一步降低价格。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于化enFlow网络的QoS管理方法。
[0004] 本发明的目的是运样实现的：
[0005] (1)在数据层上进行数据分类:区分服务模型将IP包头中的8位服务类型字段重新 定义为区分服务字段DS，区分不同业务，表示不同的优先级;EF代表加速转发;AF代表保证 转发;BE代表尽力而为；
[0006] (2)在数据层上进行PQ队列调度与DR郎λ列调度相结合的队列调度：
[0007] 用双层队列进行调度，第一层队列为PQ队列，运个队列里分两个优先级，把EF流定 为高优先级，其余流定为低优先级，当EF流发送完后，发送其余的流，其余的流发送采用DRR 队列调度算法；当正在发送非EF数据包时，EF数据包到来，则发送完当前数据包后对DRR运 行状态保存，然后开始发送EF数据包，直至EF队列为空，然后接着运行DRR调度算法；
[000引EF类业务被设为高优先级，EF类业务主要是指VOIP业务，W及网络协议控制报文； [0009] (3)在数据层上进行队列管理：
[0010]采用WR抓算法来进行队列管理，在交换机的每个出端口，汇集6个等待发送的队 列，分别是EF数据队列，AF1数据队列，AF2数据队列，AF3数据队列，AF4数据队列，邸数据队 列，为运6个队列分别设置自己的丢包长度下限，丢包长度上限，基准丢包率，分别记为 1111叫1，111曰义91，口3;计算出每个队列的平均长度，记为曰乂旨91.对于6。队列其四个数据分别表 示为EF_minql、EF_maxql、EF_ps和EF_avgl;
[0011] 当一个数据包到来，先被分类，然后被送到对应的出端口，如果被分为EF类，则如 果EF_avgl小于等于EF_minql则运个包可W进入EF队列排队，若EF_avgl大于EF_maxql则会 对运个包进行丢弃处理;若EF_avgl在EF_minql与EF_maxql之间则其W-定概率被丢弃；
[0012] 具体概率为6。_98*化。_日￥旨]_斗。_111；[叫1)/化。_1]1日义91斗。_111；[叫1);
[0013] 平均队列长度计算方法为：
[0014] Avgql = last_avgql>Kl-x)+巧ql;
[001引其中last_avgql表示W前他的平均队列长度，ql表示当前队列长度，χ=1/2η，η为 可配置的参数取大于1的整数；
[0016] (4)在控制层上根据数据流的类型和网络当前状况进行首次路由：控制器每隔一 段时间Τ就向化enFlow交换机发送Read-state请求统计报文，获知交换机统计项里的流接 收字节数，计算一个流的速度选用的是所有交换机上的信息，在每一段链路上一个流的速 度用它的领接交换机进行计算，通过控制器求出当时AF1，AF2，AF3，AF4，肥，EF流的平均速 度，在控制器计算出一个路由后同时把运个流所在类的平均速度加到运个流所经过的每条 链路上，作为链路流量的修正值；
[0017] 把第η次计算出的EF流的平均速度记为f (η)，第η次统计时网络当前EF流的平均速 度记为ν(η)，则迭代公式为：
[0018] f (η) = Af (η-1) + (1-λ)ν(η)，η〉= 2,且ν(η) >0即当前网络存在EF流；
[0019] f(n)=f(n-l)，η〉= 2,且ν(η)=0即当前网络不存在EF流；
[0020] 其中1 >λ>〇，f (1)为对EF流速度的估计值，每个EF流的速度用它接触到的第一个 化enFlow交换机上的统计信息求得；
[0021] (5)在控制层上进行路由迁移：
[0022] (5.1)求出网络中从一点到另一点的所有路径，并按路径长度递增存储;求出网络 中从一点A到另一点B的所有路径；
[0023] (5.2)根据当前网络的所有流需求，求出其所有可能有的路径组合；
[0024] (5.3)计算出每种组合的网络链路利用率最大值，找出所有组合中最大链路利用 率最小的，如果链路利用率最小的有多种方案，则在它们中选取总cost值最小的，如果满足 上述条件的组合有多个，则在其中随机选取一个当做重路由方案。
[0025] 本发明的有益效果在于:本发明通过业务的类别、链路利用率、流的速度，为链路 赋予权值，完成路由算法的改进;利用软件定义网络集中控制的特性，提出了一种路由迁移 算法，并对路由迁移的时机选择做了优化。
【附图说明】
[0026] 图1第一次实验平均速度变化图；
[0027] 图2第二次实验平均速度变化图；
[002引图3第Ξ次实验平均速度变化图；
[0029] 图4前两次实验EF流速度变化图；
[0030] 图5第Ξ次实验EF流速度变化图；
[0031] 图6数据包处理流程图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0033] 本发明从数据层和控制层对网络的QoS(服务质量)管理策略进行研究。QoS管理策 略在数据层的研究主要包括流分类、队列管理和队列调度Ξ部分。控制层管理策略的研究 是本发明的重点，控制层QoS技术的研究主要有W下两点：（1)通过业务的类别、链路利用 率、流的速度，为链路赋予权值，完成路由算法的改进。（2)利用软件定义网络集中控制的特 性，提出了一种路由迁移算法，并对路由迁移的时机选择做了优化。本发明通过搭建软件定 义网络实验平台对本发明中的QoS管理策略进行了模拟实验，分别证明了（ 1)本发明中的整 套QoS管理策略是有效的，即数据层管理策略是有效的，控制层管理策略也是有效的（2)本 发明中的路由策略较其余已有的软件定义网络上的路由策略有优势。
[0034] 本发明中的QoS策略设及数据层及控制层。首先在数据层上进行数据分类、队列调 度，和队列管理。在控制层上根据数据流的类型和网络当前状况进行首次路由，及再次路由 (路由迁移）。最终实现QoS管理的目的。OpenFlow网络的核屯、思想是将网络节点的控制平面 与数据平面分离，在传统的网络中路由器既做转发操作，又做路由决策工作
[0035] 在数据层上进行数据分类:区分服务模型将IP包头中的8位服务类型字段，重新定 义为区分服务字段，用来区分不同业务，表示不同的优先级。
[0036] 用双层队列进行调度，第一层队列为PQ队列，运个