一种SD-DCN链路故障的业务流调度方法与流程

本发明属于通信技术领域，涉及一种sd-dcn链路故障的业务流调度策略。

背景技术

由于社交媒体、移动设备及新兴业务的增加，导致数据中心网络(datacenternetworking，dcn)的流量呈现爆发式的增长，因此给数据中心网络带来极大的挑战，例如，网络链路频繁发生故障、缺少集中式管控能力等。为了解决传统数据中心网络遇到的困难，研究学者提出软件定义网络与数据中心网络相结合(sd-dcn)的方法，如图1所示。软件定义网络(softwaredefinednetworking，sdn)作为一种新型的网络体系架构，其核心思想是将网络设备的控制平面与数据平面进行分离、实现软件可编程及逻辑上的集中式控制。

数据平面是sd-dcn正常运行的关键因素，而数据平面容易发生链路故障，因此数据平面的链路故障恢复成为目前急需解决的问题。当前处理sd-dcn链路故障方法主要分为主动式与被动式：主动式是提前为业务流计算一条备份路径；被动式是当链路出现故障后，sdn控制器才重新为受影响的业务流计算工作路径。本发明是网络业务流已经作好备份路径后进行的业务流调度。业务流调度是根据计算好的备份路径、网络当前状态和网络约束条件来共同规划出合理的业务流传输顺序，即优先传输哪些业务流或同时传输哪些业务流来保证没有数据包的丢失或最少的数据包丢失、最快速的业务流调度操作完成等。

目前，业务流调度研究有基于大流(占用100k以上的链路带宽)和链路负载的调度策略，sdn控制器以轮询的方式检测业务流的传输速率。当sdn控制器发现大流时，首先评估大流的带宽，然后选择一条可以满足其带宽需求的较轻负载路径；最后下发流表项到相应的交换机上实现大流的重路由，其余的业务流就采用开放式最短路径优先(openshortestpathfirst，ospf)方法进行处理，此业务流调度没有对不同业务流进行差异化的处理，不能满足用户对网络的需求。也有业务流调度采用的是等价多路径(equal-costmulti-path，ecmp)方法，但是此方法容易引起网络的局部链路拥塞和不能充分利用网络丰富链路资源。因此，sd-dcn如何利用sdn架构来提高业务流调度方面的性能及满足用户对网络新服务的要求成为目前研究的重点。

技术实现要素：

本发明实施的目的是为sd-dcn链路出现故障后进行业务流调度，在链路故障后的业务流调度过程中，能够保证没有数据包的丢失或最少数据包的丢失、最快速的业务流调度操作完成等。

为了达到上述目的和满足用户对网络服务质量的要求，本发明将对网络业务流进行分类，并实施了一种基于sdn的数据中心网络链路故障的业务流调度策略，所述方法包括：

1.把网络业务流划分为三类：1)时延业务流：是指运营商或用户对业务流的故障恢复时间要求非常短或对链路故障毫无察觉，不能影响用户对应用程序的体验效果；2)吞吐量业务流：是指对网络链路带宽有较大要求，没有重点关注时延的影响，在传输业务流时不需要在多条链路上进行分割传输，这样可以降低数据包的丢失率和节约交换机存储资源；3)尽力而为业务流：是指对时延和吞吐量都没有特殊要求的业务流。

2.在端主机处对业务流进行识别和标识，然后对不同业务流用不同备份路径方法，备份路径计算是此发明专利的前提条件，即进行业务流调度时已经为业务流规划好备份路径。

3.将计算好的备份路径转变为流表项，并将流表项下发到对应的交换机上进行存储。

4.当网络中链路出现故障后，sdn控制器根据计算好的备份路径和网络约束条件来规划合理的业务流调度操作顺序。

5.规划业务流调度操作顺序是根据资源-操作(resource-operation，r-o)关系图来决定，其中r-o图是根据网络的当前状态、业务流保护所产生的目标状态及网络约束条件共同生成，如图4、5所示。

6.如果r-o图没有产生环路，将采用动态调度方法进行业务流调度操作顺序规划；如果产生环路，将采用业务流速率限制调度方法进行业务流调度操作顺序规划，如图6所示。

7.业务流速率限制调度方法主要是考虑需要限制哪些业务流及业务流的速率限制传输比例。其中限制哪条业务流和业务流速率限制的百分比是根据以下公式所决定：

其中priorityf表示时延业务流f被选择为调度操作的优先级，其值越大被选择优先调度操作的概率越大，表示资源节点可以为时延业务流f调度操作时释放的带宽资源，表示完成时延业务流f的调度操作所需要的带宽资源，如图7所示。

8.网络中业务流调度不是一步操作就可以完成，因此需要对网络中业务流调度采用多步调度操作，因此所追求的目标及约束条件如下所示：

其中yi表示在第i轮是否有业务流进行调度操作，xif表示业务流f在第i轮调度操作的比例，对于表示业务流调度操作轮数i的最大值只能是|f|轮，即最不理想的情况是每次只调度操作一条业务流。fi-1(e)是进行第i轮业务流调度操作时，链路e上的业务流大小。其中f0(e)表示链路e上最初始业务流大小，即fun(·)表示一个逻辑判断表达式值，pf是业务流f的工作路径，p′f是业务流f的备份路径，表示链路e上业务流f的带宽大小。

本发明的优点及有益效果如下：

1.从运营商或用户的角度去考虑一些定制化的需求，因此将网络中的业务流划分为三类，对三类业务流分别设计不同的链路故障恢复策略。

2.业务流调度操作时提出了r-o图来进行业务流调度操作顺序的规划，通过判断r-o图中是否产生环路来决定采用哪种业务流调度操作方法，因此可以减少数据包的丢失率。

3.通过对业务流进行分类操作，可以满足运营商和不同用户对网络质量的体验效果，从而保证网络服务质量。

附图说明

图1sd-dcn图

图2业务流保护流程图；

图3业务流调度操作流程图；

图4网络中业务流状态图；

图5r-o图；

图6业务流调度方案架构；

图7资源-操作关系图；

图8总体方案图；

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

如图2所示为本发明的前提条件，即为了防止网络链路出现故障，需要为不同业务流分别设计不同链路故障恢复方案。图3是基于图2所规划的备份路径的业务流调度流程图，当业务流的工作路径链路出现故障，需要去判断此业务流是否具有备份路径，如果备份路径上的链路没有出现故障，在满足约束条件的情况下，将业务流转移到备份路径进行传输；如果备份路径的链路也出现故障，将判断此业务流是属于哪种类型，然后调度对应的备份路径计算方法重新计算工作路径。

实施例1：

图2是业务流保护流程图。如图所示是对网络部分业务流计算备份路径，只有尽力而为业务流没有提前计算备份路径，其余的业务流都会根据相应的备份路径计算方法进行计算。

步骤201：在端主机处对业务流类型进行标识，并用不同优先级值表示，然后控制器根据不同优先级值来判断业务流类型。

步骤202：如果是时延业务流，将调用时延流方法计算备份路径，然后转到步骤205继续执行和结束。

步骤203：如果是吞吐量业务流，将调用吞吐量流方法计算备份路径，然后转到步骤205继续执行和结束。

步骤204：尽力而为业务流，只有当链路出现故障后，才调用被动式方法重新计算工作路径和结束。

步骤205：将计算好的备份路径转换为流表项并下发到相应的交换机进行存储，当业务流的工作路径链路发生故障后，业务流将在考虑网络约束条件的情况下进行传输路径的改变。

步骤206：当网络有新的业务流到达后，重复执行步骤201-步骤205。

实施例2：

图3是为网络业务流计算好备份路径后的业务流调度操作流程图，业务流调度操作是当网络链路出现故障后所进行的操作。

步骤301：当网络中业务流的工作路径上有链路发生故障后，首先需要去判断此业务流的备份路径是否也发生了链路故障；如果没有发生链路故障，将直接调用业务流调度策略进行网络中链路故障的处理；如果发生链路故障，需要判断此业务流属于哪种业务流，然后根据不同的约束条件重新为业务流计算工作路径。

步骤302：如果时延业务流的工作路径和备份路径都发生链路故障，需要调用为时延业务流计算备份路径的方法为此业务流重新计算一条工作路径，需要满足的网络约束条件主要是链路带宽、交换机存储资源及链路故障恢复时延约束条件；然后转到步骤305继续执行和结束。

步骤303：如果吞吐量业务流的工作路径和备份路径都发生链路故障，需要调用为吞吐量业务流计算备份路径的方法为此业务流重新计算一条工作路径，需要满足的网络约束条件主要是链路带宽、交换机存储资源及全局网络设置的链路故障恢复时延约束条件；然后转到步骤305继续执行和结束。

步骤304：如果尽力而为业务流的工作路径出现链路故障，需要调用被动式方法为此业务流重新计算一条工作路径，需要满足的网络约束条件主要是链路带宽、交换机存储资源及全局网络设置的链路故障恢复时延约束条件；然后转到步骤305继续执行和结束。

步骤305：将计算好的工作路径转为流表项并下发到相应的交换机进行存储，同时按照此流表项传输业务流。

步骤306：当网络有新的业务流工作路径上的链路发生故障后，需要重复执行步骤301-步骤305。