一种基于sdn的网络资源分配方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及网络资源分配技术领域，本发明公开了一种基于SDN的网络资源分配方法，其具体包括以下的步骤：首先获取全网状态信息，当新的业务流到来或者网络状态发生变化时，提取出业务流的需求特征并进行多约束路径计算，得到源节点与目的节点之间的最优路径；在当前网络资源不足时，SDN控制器控制进行网络资源的重新分配，从而得出适应新的业务流需求的传输路径，再将传输路径发送至转发面的交换设备；其中控制与转发相分离。本发明提供了一种基于SDN的网络资源分配方法及系统，通过本方法及系统可以有效地改善后来业务在网络中的传输质量，提高网络资源的利用效率，大幅优化高优先级业务的服务质量。本发明还公开了一种基于SDN的网络资源分配系统。
【专利说明】
一种基于SDN的网络资源分配方法和系统
技术领域
[0001]本发明涉及网络资源分配技术领域，尤其涉及一种基于SDN的网络资源分配方法和系统。
【背景技术】
[0002]随着互联网络的快速发展和新型应用的不断涌现，网络规模也随之不断扩大，用户业务种类也日益丰富，随之而来的是用户对新业务的服务质量的需求提升，如对多媒体资源的带宽、时延、抖动、丢包率等性能指标的要求越来越高，使得人们不断将区分服务、OSPF、BGP、流量工程、MPLS等复杂的功能添加到基层网络设备中去，造成网络结构的复杂性和难以维护。
[0003]CN201310363478.6公开了一种公共网络资源分配方法及系统，所述方法包括:接收用户业务需求接入请求消息，获取用户业务需求类型;根据预先设定的业务类型优先级参数，获取所述用户业务需求类型对应的优先级;计算当前公共资源负荷;根据所述用户业务需求类型对应的优先级和当前公共资源负荷之间的对应关系，确定是否为所述用户分配公共信道资源。与现有技术相比，本发明在公共资源不足情况下，可满足不同需求的通信保障类型，有效的解决当通信保障遇上移动互联网出现的问题，最终达到资源最大化利用，收益最大化，保障用户感知，提升客户满意度。但该方法未结合到SDN上，也未对业务流的需求特征进行提取，并根据需求特征以及优先级这两个因子匹配相应传输路径。因此在出现网络资源不足时，不会主动进行业务流路径的重新计算及路径牵引。
[0004]SDN转发与控制相分离的架构使得网络交换设备的功能变得简单，只需要负责转发数据，网络交换设备原本的控制功能则都交由上层的控制实体来完成。在这样的架构下，管理员只需要在控制实体中进行编程就可以对网络进行管理、配置以及研究。因此，SDN不仅提高了网络的传输性能，同时也使得网络的管理控制变得灵活、可扩展。
【发明内容】
[0005]在非SDN架构下，转发与控制未分离，因此，所有的控制功能都需要由网络交换设备来完成。而网络交换设备的控制能力有限，导致难以实现资源分配，容易出现业务流堵塞。针对非SDN架构下，业务流容易堵塞的问题，本发明公开了一种基于SDN的网络资源分配方法和系统。
[0006]本发明公开了一种基于SDN的网络资源分配方法，其具体包括以下的步骤:首先获取全网状态信息，当新的业务流到来或者网络状态发生变化时，提取出业务流的需求特征并进行多约束路径计算，得到源节点与目的节点之间的最优路径;在当前网络资源不足时，SDN控制器控制进行网络资源的重新分配，从而得出适应新的业务流需求的传输路径，再将传输路径发送至转发面的交换设备;其中控制与转发相分离。本发明提供了一种基于SDN的网络资源分配方法及系统，通过本方法及系统可以有效地改善后来业务在网络中的传输质量，提高网络资源的利用效率，大幅优化高优先级业务的服务质量。
[0007]更进一步地，网络资源的重新分配具体包括以下的步骤:列出比当前业务流A优先级低的所有业务流，从其中优先级最低的业务流开始，模拟停止其传输后的剩余网络资源，计算此时是否可以给业务流A提供符合需求的路径;若可以提供，则停止该业务流;若不能提供，则进一步模拟同时停止优先级次低的业务流后的剩余网络资源，并再次计算路径，直到当前不存在比业务流A更低优先级的业务流为止。根据业务流的优先级依次模拟优先级最低，最低+次低停止是否能足够传输当前业务流的方式，来给出对某些业务流增加传输路径，对某些业务流关闭传输路径的决策，并传输给转发面的交换设备。该控制过程完全在控制实体上完成，实现简单，程序修改方便，方便了程序人员的实现。
[0008]更进一步地，业务流的报文中的相关字段包括业务优先级和业务需求，从业务需求中提取该业务流敏感特征，根据业务流敏感特征进行多约束路径计算，得到其源节点与目的节点之间的最优路径。其中敏感特征类型包括:时延敏感、带宽敏感、丢包率敏感、抖动敏感等。
[0009]更进一步地，所述方法还包括在对高优先级业务流传输不造成影响的前提下，对较低优先级业务进行最大程度的重建。
[0010]本发明还公开了一种基于SDN的网络资源分配系统，其具体包括SDN控制器，所述SDN控制器具体控制网络感知模块、网络资源监控模块、业务分析模块、多约束路径计算模块、资源分配模块和路径下发模块;所述网络感知模块和网络资源监控模块用于获取全网状态信息;所述业务分析模块用于分析业务流;所述多约束路径计算模块用于得到源节点与目的节点之间的最优路径;所述资源分配模块用于进行网络资源的重新分配，从而得出适应新的业务流需求的传输路径;所述路径下发模块用于将传输路径发送至转发面的交换设备;其中控制与转发相分离。本发明提供了一种基于SDN的网络资源分配方法及系统，通过本方法及系统可以有效地改善后来业务在网络中的传输质量，提高网络资源的利用效率，大幅优化高优先级业务的服务质量。
[0011]更进一步地，网络资源分配模块的分配过程如下:列出比当前业务流A优先级低的所有业务流，从其中优先级最低的业务流开始，模拟停止其传输后的剩余网络资源，计算此时是否可以给业务流A提供符合需求的路径;若可以提供，则停止该业务流;若不能提供，则进一步模拟同时停止优先级次低的业务流后的剩余网络资源，并再次计算路径，直到当前不存在比业务流A更低优先级的业务流为止。根据业务流的优先级依次模拟优先级最低，最低+次低停止是否能足够传输当前业务流的方式，来给出对某些业务流增加传输路径，对某些业务流关闭传输路径的决策，并传输给转发面的交换设备。该控制过程完全在控制实体上完成，实现简单，程序修改方便，方便了程序人员的实现。
[0012]更进一步地，业务流的报文中的相关字段包括业务优先级和业务需求，从业务需求中提取该业务流敏感特征，根据业务流敏感特征进行多约束路径计算，得到其源节点与目的节点之间的最优路径。其中敏感特征类型包括:时延敏感、带宽敏感、丢包率敏感、抖动敏感等。
[0013]更进一步地，所述系统还包括业务流重建模块，所述业务流重建模块用于对资源分配模块中被关闭的低优先级业务流进行最大程度的恢复，即根据当前网络资源状况，对因资源受限而关闭的业务流进行传输路径的恢复重建。
[0014]通过采用以上的技术方案，本发明的有益效果为:提供了一种基于SDN的网络资源分配方法及系统，通过本方法及系统可以有效地改善后来业务在网络中的传输质量，提高网络资源的利用效率，大幅优化高优先级业务的服务质量。本发明不仅是将基于优先级的分配方式结合到SDN上，同时对业务流的需求特征进行提取，并根据需求特征以及优先级这两个因子匹配相应传输路径。在出现网络资源不足时，主动进行业务流路径的重新计算及路径牵引。
【附图说明】
[0015]图1为网络资源分配系统功能关系图。
[0016]图2是示例网络拓扑图(其中PC表示计算机，S表示路由交换设备)。
[0017]图3是某业务流多约束路径计算流程图。
[0018]图4是资源重分配流程图。
[0019]图5是业务流重建流程图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合说明书附图，详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0021]图1是本发明的网络资源分配系统功能关系图。其控制侧的SDN控制器具体控制网络感知模块、网络资源监控模块、业务分析模块、多约束路径计算模块、资源分配模块、业务流重建模块和路径下发模块。
[0022]网络感知模块用于进行网络拓扑发现，包括节点、链路等，并进行周期性的拓扑更新。网络资源监控模块用于获取当前网络资源，即交换节点和链路的性能及当前状态信息。
[0023]业务分析模块解析新到来的业务流的优先级及各类需求，对业务流进行时延敏感、带宽敏感、丢包率敏感、抖动敏感特征分类，并根据其需求特征进行加权计算，最终实现对业务流的特征提取及区分对待，并将需求特征告知多约束路径计算模块。例如:某业务流首先要求时延200ms，其次要求带宽为1Mbps，在SDN控制器解析后即该业务流需求特征优先级从高到低为时延最大容忍200ms、传输路径上空闲带宽IMbps以上、丢包率及抖动无要求。根据业务流各个敏感特征的优先级不同，实现区分对待。
[0024]多约束路径计算模块根据业务流的敏感特征计算相应最优路径(如图2所示，例如:业务流I源为计算机A，目的为计算机B，其业务流需求为时延不大于500ms。当前网络拓扑中S2-S3之间链路时延为600ms，其余链路时延均远小于500ms。根据业务流需求特征，有效拓扑应不包含S2-S3之间的链路，故多约束路径计算模块在进行路径计算时需删除S2-S3之间的链路。具体计算过程为多约束路径计算模块将当前有效拓扑抽象为邻接矩阵或邻接表数据结构，结合相应路径算法求出计算机A与计算机B之间的开销最短路径)。按照此方法，多约束路径计算模块计算出网络中是否有符合该业务流特征的最优传输路径。在无法为业务流分配满足其需求的路径时(即未能计算出相应路径时)，资源分配模块检查较低优先级业务流所占用的网络资源(从最低优先级开始检查)，模拟计算停止较低优先级业务流后的剩余网络资源，并提供剩余网络资源给多约束路径计算模块重新计算是否可以给当前业务流提供相应传输路径。若依然无法计算出相应传输路径，则资源分配模块检查次低优先级业务流所占用的网络资源，并重复之前的操作，直到计算出相应传输路径或当前已无优先级比待分配业务流优先级更低的业务流。多约束路径计算模块的计算过程如图3所示，首先计算满足时延需求的路径集合，在满足时延需求的路径集合的基础上，计算满足抖动需求的路径集合，依次，计算满足带宽需求和丢包率需求的路径集合。最后，从满足条件的路径集合中选择出最优的路径并下发给转发侧。
[0025]业务流重建模块对资源分配模块中被关闭的低优先级业务流进行最大程度的恢复，即根据当前网络资源状况，对因资源受限而关闭的业务流进行传输路径的恢复重建，原则为从当前因资源受限而关闭的最高优先级业务流开始计算传输路径，直到最低优先级业务流为止。
[0026]网络资源监控模块发现当前网络中出现拥塞或服务质量未能达到业务流需求时，同样会触发资源分配模块对业务流进行重新调度或牵引。
[0027]路径下发模块将计算出的传输路径通过OpenFlow接口发送至各交换设备，其中可能包括对某些业务流增加传输路径，对某些业务流关闭传输路径。
[0028]其中的一个实施例
基于SDN的网络资源分配方法:
步骤S1:通过链路发现机制，周期性进行网络拓扑探测，获得当前网络各交换节点及链路等拓扑信息。
[0029]步骤S2:在获取全网拓扑信息基础上，对网络资源(各交换节点、链路的性能及当前状态信息)进行周期性收集并更新。在网络拓扑发生改变后，对网络资源立即进行更新。网络资源主要包括:一、全网路由交换设备当前工作信息;二、全网链路的通断、链路当前流量等信息。网络资源更新指对上述网络资源信息的周期性更新或在发生如链路中断等事件后的更新，更新的目的是SDN控制器需要掌握当前网络资源的实时状况，为路径计算或路径调整做数据支撑。当网络资源信息出现如带宽占用率达到100%、时延超过某预定阈值等情况时，同样会触发步骤S3的操作，进行网络资源的重新分配和路径重新计算。
[0030]步骤S3:当新的业务流到来时，根据该业务流报文中的相关字段得到其业务优先级及业务需求，从业务需求中提取该业务流敏感特征。目前分为多种敏感特征类型:时延敏感、带宽敏感、丢包率敏感、抖动敏感。基于网络拓扑信息和网络资源信息及业务流敏感特征进行多约束路径计算，得到其源节点与目的节点之间的最优路径。
[0031]步骤S4:若由于当前网络资源不足，不存在符合业务流需求的路径，则进行网络资源重新分配。网络资源重新分配的原则是:列出比当前业务流A优先级低的所有业务流，从其中优先级最低的业务流开始，模拟停止其传输后的剩余网络资源，计算此时是否可以给业务流A提供符合需求的路径。若可以提供，则停止较低的业务流，并执行步骤S5;若不能提供，则模拟停止优先级次低的业务流后的剩余网络资源，并再次计算路径，直到当前不存在比业务流A更低优先级的业务流为止。
[0032]步骤S5:在对高优先级业务流传输不造成影响的前提下，对较低优先级业务进行最大程度的重建，保证网络资源的有效利用。
[0033]步骤S6:将步骤S3、步骤S4、步骤S5综合计算出的路径以流表的方式通过OpenFlow接口下发至该路径上所有交换设备。
[0034]上述的实施例中所给出的系数和参数，是提供给本领域的技术人员来实现或使用发明的，发明并不限定仅取前述公开的数值，在不脱离发明的思想的情况下，本领域的技术人员可以对上述实施例作出种种修改或调整，因而发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
【主权项】
1.一种基于SDN的网络资源分配方法，其具体包括以下的步骤:首先获取全网状态信息，当新的业务流到来或者网络状态发生变化时，提取出业务流的需求特征并进行多约束路径计算，得到源节点与目的节点之间的最优路径;在当前网络资源不足时，SDN控制器控制进行网络资源的重新分配，从而得出适应新的业务流需求的传输路径，再将传输路径发送至转发面的交换设备;其中控制与转发相分离。2.如权利要求1所述的基于SDN的网络资源分配方法，其特征在于所述网络资源的重新分配具体包括以下的步骤:列出比当前业务流A优先级低的所有业务流，从其中优先级最低的业务流开始，模拟停止其传输后的剩余网络资源，计算此时是否可以给业务流A提供符合需求的路径;若可以提供，则停止该业务流;若不能提供，则进一步模拟同时停止优先级次低的业务流后的剩余网络资源，并再次计算路径，直到当前不存在比业务流A更低优先级的业务流为止。3.如权利要求2所述的基于SDN的网络资源分配方法，其特征在于业务流的报文中的相关字段包括业务优先级和业务需求，从业务需求中提取该业务流敏感特征，根据业务流敏感特征进行多约束路径计算，得到其源节点与目的节点之间的最优路径。4.如权利要求3所述的基于SDN的网络资源分配方法，其特征在于所述敏感特征类型包括:时延敏感、带宽敏感、丢包率敏感和抖动敏感。5.如权利要求4所述的基于SDN的网络资源分配方法，其特征在于所述方法还包括在对高优先级业务流传输不造成影响的前提下，对较低优先级业务进行最大程度的重建。6.一种基于SDN的网络资源分配系统，其特征在于具体包括SDN控制器，所述SDN控制器具体控制网络感知模块、网络资源监控模块、业务分析模块、多约束路径计算模块、资源分配模块和路径下发模块;所述网络感知模块和网络资源监控模块用于获取全网状态信息；所述业务分析模块用于分析业务流;所述多约束路径计算模块用于得到源节点与目的节点之间的最优路径;所述资源分配模块用于进行网络资源的重新分配，从而得出适应新的业务流需求的传输路径;所述路径下发模块用于将传输路径发送至转发面的交换设备;其中控制与转发相分离。7.如权利要求6所述的网络资源分配系统，其特征在于所述资源分配模块的分配过程如下:列出比当前业务流A优先级低的所有业务流，从其中优先级最低的业务流开始，模拟停止其传输后的剩余网络资源，计算此时是否可以给业务流A提供符合需求的路径;若可以提供，则停止该业务流;若不能提供，则进一步模拟同时停止优先级次低的业务流后的剩余网络资源，并再次计算路径，直到当前不存在比业务流A更低优先级的业务流为止。
【文档编号】H04L12/721GK105871755SQ201610388675
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】丁锐, 曾浩洋, 田永春, 姜永广, 邓伟华, 陈潇, 李默嘉
【申请人】中国电子科技集团公司第三十研究所