一种新型舰船网络拥塞控制方法与流程

本发明涉及舰船网络技术领域，尤其涉及一种新型舰船网络拥塞控制方法。

背景技术：

我国舰船网络技术已经历了三代技术发展，最早源于舰载作战指挥系统的研制建设。在20世纪80年代早期，我国舰载作战指挥系统针对点对点通信方式的弊端，采用1553b总线，速率为1mbps，以基带传输和主从通信工作模式。到20世纪90年代初期，为提高通信速率，应用商用10m以太网络技术，并通过改造，使之适应于舰载作战系统网络。至21世纪初，随着舰载作战指挥系统的进一步发展，舰船网络很快过渡到采用交换式以太网，速率也从10mbps发展到100mbps/1000mbps。

随着以太网技术的进步，舰船网络连接范围大大拓展了；根据业务范围和具体要求，化成了多个子网独立控制，并随着软件定义网络(sdn)技术的推广，加速了舰船网络整体的灵活管控演进，但这些网络在运行过程中，由于实际使用环境下流量突发且频率高的特点，容易产生拥塞问题，而拥塞问题降低网络吞吐量，恶化网络环境。因此，结合软件定义网络和数据平面可编程技术的灵活和细粒度管控特性，对舰船网络中拥塞问题进行研究，具有重要的理论及军事应用价值。

传统的网络拥塞处理方法，如缓冲区分配、分组消灭、流量控制、抑制分组等存在监控时效慢、网络效率低等缺点，影响一些需要快速响应的控制指令的传输。舰船网络中，业务种类繁多，突发率高，更容易产生拥塞问题，恶化网络环境。因此需要一种切实有效的方法对拥塞问题进行控制。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种新型舰船网络拥塞控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种新型舰船网络拥塞控制系统，该系统包括舰船网络中设置的本地交换机、控制器、时间序列数据库，收集本地的舰船网络的网络状态信息，通过拥塞控制方法生成控制策略，向目的服务器中发送数据包；其中：

本地交换机，将网络状态信息压入数据包的状态信息栈中，随数据包转发路径携带；

目的服务器，接收到数据包以后，将状态信息栈中的状态信息弹出，存至时间序列数据库中；

控制器，其上层设有用于分析网络状态信息的应用程序，根据分析连续若干数据包的状态信息，来判断是否出现拥塞，如果出现，则生成新的分流规则通过控制器下发至数据平面。

进一步地，本发明的网络状态信息包括交换机id和端口队列长度。

本发明提供一种新型舰船网络拥塞控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、获取舰船网络的网络业务流量集合，当某一业务流中的数据包进入本地交换机中时，通过本地交换机将网络状态信息压入数据包的状态信息栈中，对数据包进行处理并转发；

步骤二、判断舰船网络中是否出现拥塞；当目的服务器收到带网络状态信息的数据包后，存入时间序列数据库中，分析连续若干数据包的状态信息，根据其时间序列评价舰船网络中是否出现拥塞；

步骤三、控制器全局调度解决拥塞；控制器计算拥塞程度，根据不同数据链路的拥塞程度进行全局调度。

进一步地，本发明的步骤一的具体方法为：

设d为舰船网络业务流量集合，d＝(d1，d2，...，dn)，其中1≤i≤n；

当某一业务流di的数据包在进入舰船本地交换机进行处理后，通过元数据测量每一个数据包进入的全局时间tlast_packet，并且将其存入交换机的存储器中，作为该流到达交换机的最近时间，当该流下一个数据包进入舰船交换机后，测量该数据包进入的全局时间tne_wp，计算数据包到达时间的δt＝tnew_packet-tlast_packet；如果δt大于设置的时间tset，则认为是出现了一个新的子信息流flowlet，即flowlet_id+1；否则，flowlet_id不变，新到达的数据包与之前的数据包在同一个flowlet中；

通过对flowlet_id和数据包五元组进行hash计算，生成相应的path_id，以path_id为单位来进行标识该flowlet的转发路径，以进行转发。

进一步地，本发明的步骤二的具体方法为：

当目的服务器收到带状态转发的业务流量di数据包之后，将状态信息栈中的内容弹出并存入时间序列数据库influxdb中，按时间序列方法进行分析，评价网络中是否出现拥塞。

进一步地，本发明的步骤三的具体方法为：

针对每一条链路，由数据包di带状态转发所携带的状态信息，在全局视图重构每对端口对应的传输路径的转发队列长度，即拥塞程度，转发队列越长，拥塞程度越高；

控制器根据最小化业务流量和最大队列长度的目标来优化网络传输路径，分配流量调度方案；当部分链路失效的时候，控制器会在全局视图对失效链路进行剪枝，更新各路径的代价之后在多条等价路径之间重新分配流量。

本发明产生的有益效果是：本发明的新型舰船网络拥塞控制方法，(1)在基于软件定义网络构建舰船网络总体架构的同时，延续灵活的网络管控形式，将部分状态处理能力从控制器下放至数据平面，通过数据平面带状态表达；(2)网络状态的收集细粒度达到数据包级别，实时性更高，可以实时反映当前网络状态；(3)通过控制器进行全局调控，解决拥塞问题，提升全网吞吐量，保障网络传输的时效性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的总体结构示意图；

图2是本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示为网络总体结构示意图，本发明实施例所采用的基于数据平面带状态转发的舰船网络拥塞控制方法中，本地收集网络状态信息，控制器挖掘分析生成策略。

本地交换机将状态信息(如交换机id和端口队列长度等)压入数据包的状态信息栈中，随数据包转发路径携带，当目的服务器收到数据包以后，将状态信息栈中的状态信息弹出，存至时间序列数据库中，控制器上层的应用程序分析状态信息，根据分析连续若干数据包的状态信息，来判断是否出现拥塞，如果出现，则生成新的分流规则通过控制器下发至数据平面。

本文的总体方法流程如图2所示。基于带状态转发技术，首先在数据平面收集网络状态信息；其次，将终端服务器收集到的状态信息弹出存储至数据库中，控制器上层app根据数据库中的状态信息进行全局的流量调度。

基于数据平面可编程的带状态转发技术可以将船舰网络数据平面的状态进行表达，即交换机和服务器可以收集表达网络状态，提升了数据平面的状态处理能力，根据收集的状态信息，控制器可以对网络中的拥塞进行调控，计算生成流量转发规则进行下发。

本发明为通过控制平面进行全网控制拥塞。首先数据包在流经交换机时收集当前网元的状态信息，并携带这种状态信息转发，当目的服务器收到数据包以后，将状态信息栈中的状态信息弹出，存至时间序列数据库中，控制器上层的应用程序对数据库中的状态信息进行分析，根据分析连续若干数据包的状态信息，来判断是否出现拥塞，如果出现，则生成新的分流规则通过控制器下发至数据平面。

本发明实施例的新型舰船网络拥塞控制方法，包括以下步骤：

步骤一:获取并处理网络状态参数。设d为舰船网络业务流量集合，d＝(d1,d2,...,dn)，其中1≤i≤n。

当某一业务流di的数据包在进入舰船交换机进行处理后，通过元数据测量每一个数据包进入的全局时间tlast_packet，并且将其存入交换机的存储器中，作为该流到达交换机的最近时间，当该流下一个数据包进入舰船交换机后，测量该数据包进入的全局时间tnew_packet，计算数据包到达时间的δt＝tnew_packet-tlast_packet。如果δt大于tset，则认为是出现了一个新的子信息流flowlet，即flowlet_id+1；否则，flowlet_id不变，新到达的数据包与之前的数据包在同一个flowlet中。

通过对flowlet_id和数据包五元组(网络层协议号、源/目的ip地址和源/目的端口号)进行hash计算，生成相应的path_id，以path_id为单位来进行标识该flowlet的转发路径，以进行转发。

步骤二:判断网络中是否出现拥塞。当目的服务器收到带状态转发的业务流量di数据包之后，将状态信息栈中的内容弹出并存入时间序列数据库influxdb中，按时间序列方法进行分析，评价网络中是否出现拥塞。

针对某一特定的流量di，其转发路径经过某一交换机si，我们可以在influxdb中获得该交换机在转发di每个数据包时的队列长度，并形成一个时间序列。

如上式(1)和(2)所示，指的是时刻t的队列长度的瞬时变化率，指的是t时刻预测的未来队列长度变化率，α为指数加权因子，表示历史信息所占的权重，0＜α≤1,既可以为正数也可以为负数，正数表示增加率，负数表示减少率。

如上式(3)所示，为交换机si转发该流量对应的路径的最大队列长度，β为拥塞阈值百分比，且0＜β≤1，若式(3)成立，则说明网络节点si出现了拥塞。

当分析influxdb内业务流量发现在一个flowlet拥塞，控制器进行全局调度。

步骤三:控制器全局调度解决拥塞。针对每一条链路，由di带状态转发所携带的状态信息，可以在全局视图重构每对端口对应的传输路径的转发队列长度，即拥塞程度，转发队列越长，拥塞程度越高，反之亦然。

控制器根据最小化业务流量和最大队列长度的目标来优化网络传输路径，分配流量调度方案；而当部分链路失效的时候，控制器会在全局视图对失效链路进行剪枝，更新各路径的代价之后在多条等价路径之间重新分配流量。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。