一种基于SDN的全网络低能耗选路方法、装置和系统与流程

本发明实施方式涉及数据通讯
技术领域：
，尤其涉及一种基于SDN(SoftwareDefinedNetwork，软件定义网络)的全网络低能耗选路方法、装置和系统。
背景技术：
：绿色节能逐步成为全球关注的主题，如图1所示，传统接口芯片通过EnergyDetect/Sleep(能耗检测/睡眠)模式和MAC(MediaAccessControl，媒体访问控制)接口下电特性实现节能。在没有网络连接的情况下，EnergyDetect/Sleep模式会自动将发送器(Transmitter)关闭，并每秒种发送一个单连接脉冲用以唤醒PHY(物理层)芯片。在此过程中，只有一个简单的接收检测电路始终处于检测电缆上能量的状态，而其余的接收电路是处于关闭状态的。只要没有检测到接口有网络连接，MAC接口也被关闭进入休眠状态，以便更加节能。只有当线缆上能量被检测到时，PHY芯片才会完全开启符合IEEE规格要求的发送器和接收器功能。在实施本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：传统交换机产品的电接口节能算法是基于本地，而且是静态的和链路连接状态相关。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的
背景技术：
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。技术实现要素：针对上述问题，本发明实施方式的目的在于提供一种基于SDN的全网络低能耗选路方法、装置和系统，能够基于SDN集中计算全网络的能耗，从而达到全网络最低能耗。为实现上述目的，本发明实施方式提供一种基于SDN的全网络低能耗选路方法，包括：控制器预先设置基于SDN的全网络低能耗选路配置任务序列，所述任务序列包括基于流的最低能耗路径动态表；控制器接收交换机上报的端口能耗信息以及未匹配流表的报文，计算所述报文的转发路径，并根据交换机上报的端口能耗信息和计算的各转发路径，计算各转发路径的整体能耗；控制器确定整体能耗最低的转发路径，将能耗最低的转发路径添加到流表中下发给SDN中的交换机，以使交换机根据所述能耗最低的转发路径对所述报文进行转发。进一步地，所述基于SDN的全网络低能耗选路配置任务序列包括基于SDN的全网络低能耗选路功能和基于流的最低能耗路径动态表，其中，所述基于SDN的全网络低能耗选路功能用于打开或关闭基于SDN的全网络低能耗选路功能；所述基于流的最低能耗路径动态表的配置项包括源IP地址、目的IP地址、最低能耗转发路径和最低能耗。进一步地，所述控制器接收交换机上报的端口能耗信息，包括：所述控制器接收交换机通过私有的Experimenter报文上报的端口能耗信息，所述端口能耗信息包括端口速率和端口功耗；所述计算所述报文的转发路径，并根据交换机上报的端口能耗信息和计算的各转发路径，计算各转发路径的整体能耗，包括：所述控制器获取未匹配流表的报文的源IP地址和目的IP地址，根据所述目的IP地址计算所述报文的转发路径，并根据交换机的端口速率和端口功耗以及计算的各转发路径，计算各转发路径的整体能耗。进一步地，所述控制器确定整体能耗最低的转发路径，包括：所述控制器从计算的各转发路径的整体能耗中筛选出能耗最低的转发路径，生成所述源IP地址和所述目的IP地址之间基于流的最低能耗路径动态表的动态表项。进一步地，所述方法还包括：当交换机的端口能耗发生变化时，控制器接收交换机上报的端口能耗变化通知，所述端口能耗变化通知包括发生变化的交换机端口的端口速率和端口能耗；所述控制器根据最低能耗路径动态表查找出受端口能耗变化影响的流，获取所述受端口能耗变化影响的流的源IP和目的IP，根据目的IP地址计算所述受端口能耗变化影响的流的转发路径；所述控制器根据发生变化的交换机的端口速率和端口能耗以及所述受端口能耗变化影响的流的各转发路径，计算各转发路径的整体能耗；所述控制器，筛选出能耗最低的转发路径，更新所述受端口能耗变化影响的流的最低能耗路径动态表的动态表项，并下发给SDN中的交换机。为实现上述目的，本发明实施方式还提供一种基于SDN的全网络低能耗选路系统，包括：交换机，用于上报的端口能耗信息以及未匹配流表的报文；控制器，用于预先设置基于SDN的全网络低能耗选路配置任务序列，所述任务序列包括基于流的最低能耗路径动态表；当接收到交换机上报的端口能耗信息以及未匹配流表的报文时，计算所述报文的转发路径，并根据交换机上报的端口能耗信息和计算的各转发路径，计算各转发路径的整体能耗；确定整体能耗最低的转发路径，将能耗最低的转发路径添加到流表中下发给SDN中的交换机；所述交换机，还用于根据所述能耗最低的转发路径对所述报文进行转发。为实现上述目的，本发明实施方式还提供一种基于SDN的全网络低能耗选路装置，包括：第一处理模块，用于预先设置基于SDN的全网络低能耗选路配置任务序列，所述任务序列包括基于流的最低能耗路径动态表；第二处理模块，用于接收交换机上报的端口能耗信息以及未匹配流表的报文，计算所述报文的转发路径，并根据交换机上报的端口能耗信息和计算的各转发路径，计算各转发路径的整体能耗；第三处理模块，用于确定整体能耗最低的转发路径，将能耗最低的转发路径添加到流表中下发给SDN中的交换机，以使交换机根据所述能耗最低的转发路径对所述报文进行转发。由上可见，本发明实施方式提供的一种基于SDN的全网络低能耗选路方法、装置和系统，基于SDN网络，通过控制器设置基于流的最低能耗路径动态表，并通过扩展报文使交换机能够主动上报自己的端口能耗信息，从而可以计算出转发路径的整体能耗，筛选出能耗最低的转发路径，作为基于流的最低能耗路径动态表的动态表项，添加在流表中下发给交换机，以使交换机根据能耗最低的转发路径转发报文。本发明能够基于SDN集中计算全网络的能耗，从而达到全网络最低能耗。附图说明为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图逐一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为传统的电接口节能示意图；图2为本发明实施方式提供的基于SDN的全网络低能耗选路系统的架构示意图；图3为本发明实施方式提供的基于SDN的全网络低能耗选路方法的流程示意图；图4为本发明实施方式扩展的Experimenter消息格式的示意图；图5为本发明实施方式控制器处理交换机端口能耗变化的方法示意图；图6为本发明实施方式交换机上报端口能耗变化的示意图；图7为本发明实施方式路径能耗计算示意图；图8为基于图3方法的应用实例示意图；图9为本发明实施方式提供的基于SDN的全网络低能耗选路装置的结构示意图。具体实施方式为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。SDN是一种新型的网络架构，其可以通过OpenFlow(开放流)技术将网络设备的控制面与数据面进行分离，从而实现对网络流量的灵活控制。在SDN中，包含实现控制面功能的控制器和若干实现数据面功能的交换机。本发明实施方式提供一种基于SDN的全网络低能耗选路系统，如图2所示，SDN网络中包括控制器和交换机，其中SDN网络中的交换机由集中的控制器管理。此外，客户端和服务器分别和交换机连接，通过SDN网络进行通讯。本发明实施方式提供一种基于SDN的全网络低能耗选路方法。请参阅图3，所述方法应用于SDN中的控制器上，包括以下步骤：步骤S31：控制器预先设置基于SDN的全网络低能耗选路配置任务序列，所述任务序列包括基于流的最低能耗路径动态表。在本实施方式中，控制器预先设置基于SDN的全网络低能耗选路配置任务序列，该任务序列中的配置项包括基于SDN的全网络低能耗选路功能和基于流的最低能耗路径动态表，其中基于SDN的全网络低能耗选路功能用于打开或关闭基于SDN的全网络低能耗选路功能，缺省是打开此功能；具体如表1所示。表1在本实施方式中，控制器还进一步对基于流的最低能耗路径动态表进行了设置，最低能耗路径动态表的配置项包括源IP地址、目的IP地址、最低能耗转发路径和最低能耗具体如表2所示。表2配置项含义源IP地址此字段表明流的源IP地址目的IP地址此字段表明流的目的IP地址最低能耗转发路径此字段记录完整的最低能耗转发路径最低能耗此字段记录总的最低能耗，单位为瓦步骤S32：控制器接收交换机上报的端口能耗信息。在本实施方式中，SDN交换机首先需要建立和控制器的通道，即需要初始化开放流(OpenFlow)通道。然后交换机通过私有的Experimenter报文向控制器上报交换机端口能耗。和现有技术相比，本实施方式对私有Experimenter报文进行了扩展，扩展的Experimenter消息格式如图3所示，Experimenter值为255需要向ONF组织申请；Experimentertype值为1表明是从交换机到控制器，Experimentertype值为2表明是从控制器到交换机。此外，在扩展的Experimenter消息中，还包括自己的端口能耗信息，其中端口能耗信息包括端口速率和端口功耗。优选地，端口速率可以是10M，100M，1G和10G；端口功耗以瓦(W)为单位。步骤S33：控制器接收交换机上报的未匹配流表的报文，计算所述报文的转发路径，并根据计算的各转发路径和交换机上报的端口能耗信息，计算各转发路径的整体能耗。在本实施方式中，当报文进入到SDN网络后，入口交换机查询流表，如果所述报文匹配流表，则将所述报文根据流表中的转发路径进行转发；如果所述报文未匹配流表，则将所述报文上报给控制器。所述报文进入到控制器后，控制器获取所述报文的源IP地址和目的IP地址，从而控制器可以根据目的IP地址计算所述报文的转发路径。此外，控制器根据计算的各转发路径和交换机上报的端口能耗信息，计算各转发路径的整体能耗。步骤S34：控制器确定整体能耗最低的转发路径，将能耗最低的转发路径添加到流表中下发给SDN中的交换机，以使交换机根据所述能耗最低的转发路径对所述报文进行转发。在本实施方式中，控制器从计算的各转发路径的整体能耗中筛选出能耗最低的转发路径，生成所述源IP地址和所述目的IP地址之间基于流的最低能耗路径动态表的动态表项。控制器将能耗最低的转发路径添加到流表中下发给交换机，以使交换机根据所述能耗最低的转发路径对所述报文进行转发。如图5所示的控制器处理交换机端口能耗变化的方法示意图，包括：步骤S51：交换机向控制器上报端口能耗变化通知。在本实施方式中，如图6所示，当交换机的端口能耗发生变化时，例如交换机启动、端口速率或者能耗发生变化，SDN中的交换机向控制器能耗变化通知。当然还可以用其他影响端口能耗的方式，在此不限制。步骤S52：控制器根据所述端口能耗变化通知，从最低能耗路径动态表中查找受端口能耗变化影响的流，并确定所述受端口能耗变化影响的流的整体能耗最低的转发路径。在本实施方式中，所述端口能耗变化通知包括发生变化的交换机端口的端口速率和端口能耗。控制器根据最低能耗路径动态表查找出受端口能耗变化影响的流，获取所述受端口能耗变化影响的流的源IP和目的IP。控制器根据目的IP地址计算所述受端口能耗变化影响的流的转发路径。根据转发路径以及交换机的端口速率和端口能耗，计算各转发路径的整体能耗，从计算的各转发路径的整体能耗中筛选出能耗最低的转发路径。步骤S53：控制器更新所述受端口能耗变化影响的流的最低能耗路径动态表的动态表项，并下发给SDN中的交换机。在本实施方式中，根据筛选出的能耗最低的转发路径对所述受端口能耗变化影响的流的最低能耗路径动态表的动态表项进行更新，直到所有的流最低能耗路径更新完毕。此外，如图7所示，控制器集中计算全网络的能耗，为达到全网络最低能耗，尽可能沿用正转发报文的路径，如果不能复用，将选举新的最低功耗的转发路径。其中，正转发报文的路径指正在用的接口路径，通常来说，尽可能地启用节能模式下的交换机，可以达到降低能耗的目的。整个选路算法是动态的，实时地实现全网络最低功耗。请参考图8，本发明的一个应用实例中，客户端A和客户端B通过SDN网络与服务器连通。控制器设置基于SDN的全网络低能耗选路配置任务序列，所述任务序列包括基于流的最低能耗路径动态表，其中客户端A经过路径S0-S1-S3达到服务器，路径能耗是0.04V；客户端B经过路径S1-S3达到服务器，路径能耗是0.02V。改变S1-S3的端口能耗从0.02V到0.08V，则控制器更新基于流的最低能耗路径动态表，其中客户端A经过路径S0-S2-S3达到服务器，路径能耗是0.06V，客户端B经过路径S1-S0-S2-S3达到服务器，路径能耗是0.02V。请继续参阅图2。本发明实施方式提供一种基于SDN的全网络整形系统，包括：交换机，用于上报的端口能耗信息以及未匹配流表的报文；控制器，用于预先设置基于SDN的全网络低能耗选路配置任务序列，所述任务序列包括基于流的最低能耗路径动态表；当接收到交换机上报的端口能耗信息以及未匹配流表的报文时，计算所述报文的转发路径，并根据交换机上报的端口能耗信息和计算的各转发路径，计算各转发路径的整体能耗；确定整体能耗最低的转发路径，将能耗最低的转发路径添加到流表中下发给SDN中的交换机；所述交换机，还用于根据所述能耗最低的转发路径对所述报文进行转发。具体地，所述控制器，具体用于：获取未匹配流表的报文的源IP地址和目的IP地址，根据所述目的IP地址计算所述报文的转发路径，并根据交换机的端口速率和端口功耗以及计算的各转发路径，计算各转发路径的整体能耗；从计算的各转发路径的整体能耗中筛选出能耗最低的转发路径，生成所述源IP地址和所述目的IP地址之间基于流的最低能耗路径动态表的动态表项，并下发给SDN中的交换机。所述控制器，还用于：当交换机的端口能耗发生变化时，接收交换机上报的端口能耗变化通知，所述端口能耗变化通知包括发生变化的交换机端口的端口速率和端口能耗；根据最低能耗路径动态表查找出受端口能耗变化影响的流，获取所述受端口能耗变化影响的流的源IP和目的IP，根据目的IP地址计算所述受端口能耗变化影响的流的转发路径；根据发生变化的交换机的端口速率和端口能耗以及所述受端口能耗变化影响的流的各转发路径，计算各转发路径的整体能耗；筛选出能耗最低的转发路径，更新所述受端口能耗变化影响的流的最低能耗路径动态表的动态表项，并下发给SDN中的交换机。请继续参阅图9。本发明实施方式提供一种基于SDN的全网络整形装置，包括：第一处理模块，用于预先设置基于SDN的全网络低能耗选路配置任务序列，所述任务序列包括基于流的最低能耗路径动态表；第二处理模块，用于接收交换机上报的端口能耗信息以及未匹配流表的报文，计算所述报文的转发路径，并根据交换机上报的端口能耗信息和计算的各转发路径，计算各转发路径的整体能耗；第三处理模块，用于确定整体能耗最低的转发路径，将能耗最低的转发路径添加到流表中下发给SDN中的交换机，以使交换机根据所述能耗最低的转发路径对所述报文进行转发。此外，所述第二处理模块，还用于：当交换机的端口能耗发生变化时，接收交换机上报的端口能耗变化通知，所述端口能耗变化通知包括发生变化的交换机端口的端口速率和端口能耗；根据最低能耗路径动态表查找出受端口能耗变化影响的流，获取所述受端口能耗变化影响的流的源IP和目的IP，根据目的IP地址计算所述受端口能耗变化影响的流的转发路径；所述第三处理模块，还用于：筛选出能耗最低的转发路径，更新所述受端口能耗变化影响的流的最低能耗路径动态表的动态表项，并下发给SDN中的交换机。上述的涉及到的基于SDN的全网络低能耗选路装置和系统的具体技术细节和基于SDN的全网络低能耗选路方法中的类似，故在此不再具体赘述。由上可见，本发明实施方式提供的一种基于SDN的全网络低能耗选路方法、装置和系统，基于SDN网络，通过控制器设置基于流的最低能耗路径动态表，并通过扩展报文使交换机能够主动上报自己的端口能耗信息，从而可以计算出转发路径的整体能耗，筛选出能耗最低的转发路径，作为基于流的最低能耗路径动态表的动态表项，添加在流表中下发给交换机，以使交换机根据能耗最低的转发路径转发报文。本发明SDN中的控制器能够集中计算全网络的能耗，从而达到全网络最低能耗。本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。最后应说明的是：上面对本发明的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本发明的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本发明旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。当前第1页1 2 3