基于SDN网络多QoS负载均衡路由方法、存储介质和终端与流程

本发明属于软件定义网络技术领域，特别是涉及一种基于sdn网络多qos负载均衡路由方法、存储介质和终端。

背景技术：

软件定义网络(softwaredefinenetwork，sdn)是美国斯坦福大学提出的一种新型网络架构，sdn技术是一种打破了传统网络组织应用方式，具有逻辑上集中、控制与转发分离、接口开放和可编程等特点的全新的网络体系架构。

目前，软件定义网络的控制平面多为单实例控制器组成，其性能、可靠性等指标均难以满足大规模部署的要求。此外，面对不同的网络场景，对网络的要求侧重点有很大差异，使用多控制器进行分域管理是解决sdn拓展性问题的有效方法，即由一个独立控制器所控制的交换机组成一个控制域，控制域间无交叉，多个控制域协同管理整个网络。通常，多控制域间路由算法可采用分级路由和无级路由两种路由方式。其中，在无级路由中，控制器对全网拓扑直接进行路由计算得到源----目的地间的最短路径，在这个过程中，各个控制器需要提供大量的详细网络信息进行共享，在大型数据网络中心中，增加了网络控制信息开销和全局控制器的处理负担。分级路由，则区分控制器域内路由和域外路由，控制器间仅需交换域内路由计算结果，不仅减少大量的信息交互，而且降低了域间路由计算复杂度。

但是，在现有的域间与域内选路方法中，存在选路的有效性不高、网络的资源利用率低下以及故障恢复能力差等问题。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是如何在sdn网络中选取满足多用户服务质量需求的路由，提高服务质量，提升用户的满意度。

为了到达上述目的，本发明实施例提供了一种基于sdn网络多qos负载均衡路由方法，所述方法包括：

确定sdn网络的多个服务质量影响因素，并采用ahp层次分析法计算每个所述服务质量影响因素对应的权重；

基于计算得到的每个所述服务质量影响因素的权重，计算所述sdn网络中每条链路的权重；

基于计算得到的sdn网络中每条链路的权重，为到达的数据流选取对应的最优负载均衡路由。

可选地，所述多个服务质量影响因素包括带宽、时延和能耗。

可选地，采用如下的计算所述sdn网络中每条链路的权重：

其中，f(e)表示链路e的权重，ω1、ω2、ω3分别表示带宽、时延和能耗服务质量影响因素的权重，g(e)、g(e)、m(e)链路e的剩余带宽、剩余时延和剩余能耗，g、h、m分别表示带宽、时延和能耗服务质量影响因素预设约束条件。

可选地，基于计算得到的sdn网络中每条链路的权重，为到达的数据流选取对应的最优负载均衡路由，包括：

将所述sdn网络划分为多个控制域；每个控制域包括内部交换机和与其他控制域有链接的边界交换机；

以控制域内的所有交换机为节点，交换机之间的链路为边，将每个所述控制域抽象成单向有向图，得到所述sdn网络的聚合网络；

基于所述sdn网络的聚合网络中每条链路的权重，选取使得链路权重之和最小的路由，作为到达的数据流选取对应的最优负载均衡路由。

可选地，所述基于所述sdn网络的聚合网络中每条链路的权重，选取使得链路权重之和最小的路由，作为到达的数据流选取对应的最优负载均衡路由，包括：

对到达的数据流进行遍历，获取遍历到的当前数据流；

为上一条到达的数据流所选取的最优负载均衡路由中控制域内的每条链路和边界交换机之间的每条链路分别增加对应的权重，得到每条链路调整后的权重；

基于控制域内每条链路调整后的权重，从每个所述控制域内和边界交换机间选取使得链路权重之和最小的路径，构成当前数据流对应的最优控制域内路由；

获取下一条到达的数据流，直至到达的所有数据流遍历完成。

可选地，采用如下的公式计算得到每条链路调整后的权重：

ωa＝ωb+γa*cb；

其中，ωa表示调整后的链路权重，ωb表示调整前的链路权重，γa表示惩罚因子，其根据数据流到达的个数n依次从0，1，2…n-1开始依次取值，cb表示上一条到达的数据流所选取的最优负载均衡路由的链路权重总和。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述任一项所述的基于sdn网络多qos负载均衡路由方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一项所述的基于sdn网络多qos负载均衡路由方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

上述的方案，通过确定sdn网络的多个服务质量影响因素，采用ahp层次分析法计算每个所述服务质量影响因素对应的权重，并基于计算得到的每个所述服务质量影响因素的权重，计算所述sdn网络中每条链路的权重，再基于计算得到的sdn网络中每条链路的权重，为到达的数据流选取对应的最优负载均衡路由，由于采用层次分析过程计算链路的权重，使得最终所选取的最优负载均衡路由可以满足不同用户的服务质量需求，从而可以提高用户满意度。

进一步地，由于对到达的数据流进行遍历，获取遍历到的当前数据流；为上一条到达的数据流所选取的最优负载均衡路由中控制域内的每条链路和边界交换机之间的每条链路分别增加对应的权重，得到每条链路调整后的权重；基于控制域内每条链路调整后的权重，从每个所述控制域内和边界交换机间选取使得链路权重之和最小的路径，构成当前数据流对应的最优控制域内路由；获取下一条到达的数据流，直至到达的所有数据流遍历完成。该方案，可以阻止当前链路被重复选中，有利于寻找不相交的最优路径的路由，从而可以有助于实现负载均衡，提高链路利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种基于sdn网络多qos负载均衡路由方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中采用ahp方法根据实际需求构建层次结构模型的示意图；

图3是本发明实施例中对sdn网络进行控制域划分的示意图；

图4和图5示出了本发明实施例中采用改进的迪杰斯特拉算法对sdn网络的链路权重进行调整的示意图；

图6是本发明实施例中采用的多qos负载均衡路由算法的方案与采用传统迪杰斯特拉算法的方案相比较的仿真实验结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本发明实施例中有关方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如背景技术所述，现有技术中sdn网络的路由选取方法，无法满足不同用户对于服务质量的不同需求，存在着服务质量差的问题。

本发明的技术方案通过确定的多个服务质量影响因素，采用ahp层次分析法计算每个所述服务质量影响因素对应的权重，并基于计算得到的每个所述服务质量影响因素的权重，计算所述sdn网络中每条链路的权重，再基于计算得到的sdn网络中每条链路的权重，为到达的数据流选取对应的最优负载均衡路由，由于采用层次分析过程计算链路的权重，使得最终所选取的最优负载均衡路由可以满足不同用户的服务质量需求，从而可以提高用户满意度。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明实施例的一种基于sdn网络多qos负载均衡路由方法的流程示意图。参见图1，一种基于sdn网络多qos负载均衡路由方法，具体可以包括如下的步骤：

步骤s101：确定sdn网络的多个服务质量影响因素，并采用ahp层次分析法计算每个所述服务质量影响因素对应的权重。

在具体实施中，sdn网络的多个服务质量影响因素可以根据用户的实际需要进行设置。在本发明一实施例中，所述多个服务质量影响因素包括带宽、时延和能耗。

当确定了sdn网络的多个服务质量影响因素时，接着可以采用ahp层次分析法计算每个所述服务质量影响因素对应的权重。其中，ahp层次分析法用于把复杂问题分解成各个组成因素，按支配关系将这些元素分组、分层(方案层，准则层)，通过两两比较方式判断各层次中诸元素的重要性，综合这些判断计算单准则排序和层次总排序，确定诸元素在决策中的权重。如图2所示，运用ahp方法计算每个所述服务质量影响因素对应的权重过程如下：

首先，根据实际需求构建层次结构模型，将决策的目标、考虑的因素(决策准则)和决策对象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最底层，绘出层次结构图。以所确定的服务质量影响因素为带宽、时延和能耗为例。

对服务质量影响因素进行成对比较并按照ahp重要性等级表中1到9重要性等级进行评级，构造如下所示成对比较判断矩阵a：

其中，aij表示第i和第j个服务质量影响因素根据因素重要性取值，aij∈{1,2,3,4,5,6,7,8,9}，n表示影响因素的个数，此处n为3。

之后，进行一致性检查，所谓一致性是指判断思维的逻辑一致性，即分别采用如下的公式计算一致性指标ci和一致性比率cr：

其中，ri表示随机一致性指标，ri根据所给标准表知n＝3时ri＝0.58，，λmax表示成对比较判断矩阵a的最大特征根，cr用于确定a的不一致性的容许范围，cr<0.1时，成对比较判断矩阵a的不一致性程度在容许范围内。

接着，将成对比较判断矩阵a进行标准化，即将矩阵a中的每一项除以该项所在列中每一项之和，得到标准化后的新矩阵，该新矩阵的每个元素为：

最后，对所得到的标准化后的新矩阵取均值，便可以得到对应的服务质量影响因素的权重，即：

其中，ωi表示第i个服务质量影响因素的权重。

步骤s102：基于计算得到的每个所述服务质量影响因素的权重，计算所述sdn网络中每条链路的权重。

在本发明一实施例中，采用如下的计算所述sdn网络中每条链路的权重：

其中，f(e)表示链路e的权重，ω1、ω2、ω3分别表示带宽、时延和能耗服务质量影响因素的权重，g(e)、g(e)、m(e)链路e的剩余带宽、剩余时延和剩余能耗，g、h、m分别表示带宽、时延和能耗服务质量影响因素预设约束条件

步骤s103：基于计算得到的sdn网络中每条链路的权重，为到达的数据流选取对应的最优负载均衡路由。

在具体实施中，当计算得到的sdn网络中每条链路的权重时，可以基于计算得到的sdn网络中每条链路的权重，为到达的数据流选取对应的最优负载均衡路由，具体可以包括：

参见图3，针对大规模sdn网络，将其划分为多个控制域，每个控制域内的交换机分为内部交换机与边界交换机。其中，与其他控制域有链接的交换机为边界交换机，否则为内部交换机；控制域内路由对应设置的分控制器进行控制，域间路由由主控制器控制；源和目的节点必须通过边界交换机访问网络。

如图(4)与图(5)所示，首先，以交换机为节点，链路为图的边将各个控制域分别抽象成单向有向图，并抽象得到的每个控制域的单向有向图置于对应的边界交换机之间，从而得到sdn网络的聚合网络。

接着，采用改进的迪杰斯特拉算法分别从每个控制域和控制域间选取对应的权重之和最小的路由，构成到达的数据流的最佳负载均衡路由。具体而言：对到达的数据流进行遍历，获取遍历到的当前数据流；为上一条到达的数据流所选取的最优负载均衡路由中控制域内的每条链路和边界交换机之间的每条链路分别增加对应的权重，得到每条链路调整后的权重；基于控制域内每条链路调整后的权重，从每个所述控制域内和边界交换机间选取使得链路权重之和最小的路径，构成当前数据流对应的最优控制域内路由；获取下一条到达的数据流，直至到达的所有数据流遍历完成。其中，在本发明一实施例中，每条链路调整后的权重采用如下的公式计算得到：

ωa＝ωb+γa*cb(8)

其中，ωa表示调整后的链路权重，ωb表示调整前的链路权重，γa表示惩罚因子，其根据数据流到达的个数n依次从0，1，2…n-1开始依次取值，cb表示上一条到达的数据流所选取的最优负载均衡路由的链路权重总和。

通过上述的公式(8)可以看出，通过惩罚因子γb的设置，其根据数据流到达的个数n依次从0，1，2…n-1开始依次取值，可以阻止当前链路被重复选中，有利于寻找不相交最优路径的路由，从而可以有助于实现负载均衡，提高链路利用率。

下面结合图(6)的仿真实验对本发明方法的性能进行分析。

本发明的仿真实验采用ryu控制器，网络交换机个数为50，网络拓扑为节点为50的胖树拓扑，到达的数据流的个数为8。

本仿真实验将本发明实施例中采用的多qos负载均衡路由算法的方案与采用传统迪杰斯特拉算法的方案相比较，从图6的结果中可以看到随着时间的推移，使用本发明的算法的网络链路利用率要远远高于使用传统迪杰斯特拉算法的网络链路利用率，大大的改善了网络负载均衡特性。

综上所述，本发明设计出了一种基于sdn网络的多qos负载均衡算法，使得在满足用户多qos的条件下、降低路由计算的复杂度，能够有效的改善网络的负载均衡性能，提高网络的链路利用率。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的基于sdn网络多qos负载均衡路由方法的步骤。其中，所述基于sdn网络多qos负载均衡路由方法请参见前述部分的详细介绍，不再赘述。

本发明实施例还提供了一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行所述的基于sdn网络多qos负载均衡路由方法的步骤。其中，所述基于sdn网络多qos负载均衡路由方法请参见前述部分的详细介绍，不再赘述。

采用本发明中的上述的方案，通过确定sdn网络的多个服务质量影响因素，采用ahp层次分析法计算每个所述服务质量影响因素对应的权重，并基于计算得到的每个所述服务质量影响因素的权重，计算所述sdn网络中每条链路的权重，再基于计算得到的sdn网络中每条链路的权重，为到达的数据流选取对应的最优负载均衡路由，由于采用层次分析过程计算链路的权重，使得最终所选取的最优负载均衡路由可以满足不同用户的服务质量需求，从而可以提高用户满意度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。