一种基于sdn的icn逻辑拓扑构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于互联网技术领域，设及ICN流量的进一步优化提供一种有效的途径。
【背景技术】
[0002] 为了适应互联网应用由发送者驱动的端对端通信模式向接收者驱动的海量内容 获取模式的转变，同时增强网络对安全性、业务质量、移动性、可扩展性等方面的支持，研究 者们近年来提出了一类W信息为中屯、的新型网络体系架构，统称为信息中屯、网络 (Information-Cen化ic Networking,简称ICN)。为缓解当前网络流量的快速增长对网络带 宽造成的严峻压力，ICN加入了全网的内置缓存。现有研究表明，在ICN中仅借助孤立的缓存 机制来优化网络流量所获得的性能提升是有限的，由于ICN架构与TCP/IP的框架相比，发生 了根本性的变化，如：在ICN中，组播已成为通信的普遍模式，导致现有的网络拓扑结构与 ICN的流量分布不匹配，因而，构建适应于ICN流量分布的逻辑拓扑结构成为了优化ICN网络 流量的有力途径。为此，本发明专利在基于SDN(软件定义网络)感知网络资源和网络状态的 基础上，通过逻辑关闭和增添链路重构适应于ICN流量分布的拓扑结构，为ICN流量的进一 步优化提供一种有效的途径。
[0003] 相关工作
[0004] 由于ICN改变了网络传输W端对端为主的模式，如:在ICN中，组播已成为通信的普 遍模式，那么，什么样的网络拓扑更适合于ICN网络，目前，运方面的研究较少。因此，下面仅 综述在复杂网络中与本发明相关的一些网络拓扑重构的方法。Liu等人 [13提出关闭连接度 大的节点之间的链路的策略。Huang等人W考虑到度大节点的邻居对网络流量分布的影响， 对Liu的方法进行了改进。蔡君等人W基于网络社团结构降低网络传输性能的特性，提出一 种逻辑关闭对网络社团特性贡献度大的链路W提高网络传输性能的拓扑重构机制。化ang 等人W提出了增添网络中最长距离的两个节点之间链路的策略。Zhang等人W在此基础上 进行了改进，把两节点的介数和它们之间的距离统一起来作为增添链路的依据。
[0005] W上方法的研究范围都局限于无向无权复杂网络，且都没有考虑网络的动态变化 特性，因此不能直接应用于ICN的网络拓扑重构。
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[0007] [2]WEI H,TOMMY W S C.An efficient strategy for enhancing traffic capacity by removing links in scale-free networks[J].Journal of Statistical Mechanics:Theory and Experiment,2010,2010(I):2-12.
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[0009] [4]Huang !,Tommy W S.Effective strategy of adding nodes and links for maximizing the traffic capacity of scale-free network[J]. Chaos,2010,20: 033123.
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【发明内容】
[0011] 本发明专利在SDN和ICN融合框架下，通过构建逻辑关闭和逻辑增添链路模型，重 构适应于ICN流量分布的拓扑结构，为ICN流量的进一步优化提供一种有效的途径。下面是 逻辑关闭链路模型和逻辑增添链路模型的构建方法。
[0012] 逻辑关闭链路模型：W路由器、交换机等网络设备为节点，设网络中有M-I个节点， 把网络中的所有主机都看作一个"虚拟节点"，作为该网络的第M个节点。在网络比较大、用 户比较多时，设想网络中存在大量的流，每种走向的流都W-定的概率存在。每个流中的数 据包都是从一个节点转移到另一个节点，且根据目的地路由机制，下一跳的选取与该流的 来源和其前一个节点无关。在稳态的情况下，流入网络的流量与到达目的地的流量是相等 的，所W假定到达目的地节点的数据包将转移到某个源节点。当把网络节点看作"空间状 态"、节点之间的链路看作"空间状态之间的转移关系"时，就构成了一个具有马尔可夫特性 的空间状态转移图。可W假定路由器m概率ai欄机地向其相邻的路由器j转发数据包，并 满足：E".v=i，其中当路由器k与路由器i不相邻时，aik = 〇。显然，通过链路E(i，j)上的数 J 据包的平均速率为= 在单位时间内通过链路E(i，j)的数据包数是一个随机变量 皆j，其中下标t代表第t个时间段的统计值。
[0013] 网络中的一个数据包将经过一系列的路由器和链路到达目的地。所W，在t时间 段，一个数据包处于路由器i的概率，可W根据网络流量分布的历史数据计算得到，即Pkt =i I 其中Ot是在t时间段对全网各条链路流量的统计观测值，即A二(巧''A,...，巧W")， 其中ik，jk代表节点ik与节点jk之间的链路，下标代表从时间段巧Ij时间段t的观测序 列。
[0014] 逻辑增添链路模型:在逻辑增添链路的位置和所对应带宽的选择上，首先根据ICN 的通信机制构建网络负载传输模型，然后基于复杂网络理论推导增添链路的目标函数，初 步的研究结果显示目标函数即网络中所有节点的&的最大值的最小值，其中&定义为节点j 的有效介数:Bf Wj/W，其中，W是从所有源节点到所有目的节点的总带宽，Wj是经过节点j路 径的总带宽。我们本发明专利将借助最大流最小割定理定位逻辑增添链路的集合和所对应 的带宽，其初步实现过程如下：
[001引1.假设每条链路(连接)都是有容劃良制的。
[0016] 2.在网络中添加 L条链路，链路1的容量是Xi，其初始值为0。
[0017] 3. Wx=Ui,...,孔）为变量，优化目标函数:min Bmax=Hiin max{wj(x)}/w(x)
[0018] 拟采用的算法如下，如图I所示：
[0019] (a)把所有源节点虚拟为一个"源"，把所有目的节点虚拟为一个"目的地'；
[0020] (b)求出从虚拟源到虚拟目的地的所有割集Sl(X)，S2(X)，...，SM(X);
[0021] (。)求出从虚拟源到节点^'的所有割集化如），化2(^)，...，化如）；
[0022] ((1)求出从节点巧1墟拟目的地的的所有割集化1+如），化1+2(义），...，化111如）； 玉
[0023] (e)显然，运些割集容量都具有如下形式：口 +乙/机，其中，a是割集中原 担1
[0024] 有链路的容量和，bi = 0 or 1，Sbixi是割集中新增链路的容量和；
[0025] (；0根据最大流最小割定理，讯^又）=111；[]1{11川(又）：4=1,...仰},讯（又）=111；[]1{31< (x) :k=l, . . . ,M}；
[0026] (g)求X使得目标函数最小化，即："iin A…二叫nax-!u',,.(>〇!'/vv'(x)j。具体求解方法 可W是迭代计算:先假定X = O,然后，逐步增加 X各分量的值，使得Bmax不断减小。
【附图说明】
[0027] 图1为最大流最小割增添链路实现过程图；
[002