一种sdn下基于多约束路径计算策略的路径计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，通过对计算终端到终端间的业务传输路径，在综合自己的传输资源信息和应用资源信息的情况下，采用多约束路径计算策略，通过增加带宽、时延等约束条件为业务流请求计算出一条最优的传输路径，可以有效地提高业务传输效率，同时满足网络流量均衡。本发明能避免多条业务流在同一路径传输，导致整个网络带宽浪费，使用该发明在保证为业务流选取最佳传输路径的同时，也使SDN网络整体性能得到优化。
【专利说明】
一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法。
【背景技术】
[0002] 现有网络中，所有报文都是无差别的同等对待，采用尽力而为的处理方式将报文 送到目的地，对报文的传输可靠性、延迟等网络性能没有提供保证。
[0003] SDN网络结构为网络节点之间提供了多条连接，使多路径连接成为可能。通过多条 路径之间传输和平衡流量可以减少网络延迟、提高网络吞吐量，从而提高网络资源利用率。 当前，并发利用SDN网络中的多路径特性实现不同路径之间的流量分配和平衡，提高网络性 能成为新的研究方向。
[0004]在SDN网络中，路由算法的第一步是米集彳目息，路由算法依据网络拓扑进行计算， 面对一个大型大规模SDN网络，集中式算法需要将全部拓扑信息搜集至同一个节点，并且将 所有数据解析拼装成整个拓扑;其后，路由算法的第二步是路径计算，使用预先设定的路由 算法，以网络拓扑和业务请求为输入进行计算，得到一个路径结果;路由算法第二步是执行 配置路径，将计算结果反馈至所有相关交换机节点，完成整个请求响应过程。路由算法中最 重要的是中间的路径计算过程。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种SDN下基于多约束路径计算策 略的路径计算方法，能够有效提高包转发率，满足网络性能提升，解决了因为转发策略单一 而影响SDN网络整体性能的问题。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种SDN下基于多约束路径计算策 略的路径计算方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤一、SDN网络中，收到源节点到目的节点的业务流传输请求后，获取业务流传 输需要的带宽；
[0008] 步骤二、根据已有网络拓扑，采用路径算法计算出源节点到目的节点间的k条最短 传输路径；
[0009] 步骤三、在k条最短传输路径中选取所有链路带宽均满足业务流传输要求的m条传 输路径；
[0010] 步骤四、根据多约束计算条件分别对m条传输路径进行权值计算；
[0011]步骤五、选择权值最小的路径为业务流传输的最优路径。
[0012] 与现有技术相比，本发明的积极效果是:通过对计算终端到终端间的业务传输路 径，在综合自己的传输资源信息和应用资源信息的情况下，采用多约束路径计算策略，通过 增加带宽、时延等约束条件为业务流请求计算出一条最优的传输路径，可以有效地提高业 务传输效率，同时满足网络流量均衡。
[0013] 本发明可以有效地利用SDN网络中全网的资源利用率，满足源节点到目的节点间 路由请求的同时，根据当前多条传输路径的链路特性来确保链路资源均衡利用，在SDN网络 中多个业务流并发路由的时候，为每个业务流计算出最优的传输路径。
[0014] SDN控制器根据LLDP协议获取全网的网络拓扑后，收到源节点到目的节点的业务 流请求时，根据前k条最优路径算法结合多约束路径计算策略，选出符合该业务流传输路 径，避免多条业务流在同一路径传输，导致整个网络带宽浪费，本发明方法在保证为业务流 选取最佳传输路径的同时，也使SDN网络整体性能得到优化。
【附图说明】
[0015] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0016] 图1为本发明实施例的网络拓扑图。
【具体实施方式】
[0017] 一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，包括以下步骤：
[0018] 步骤一、SDN网络中，收到源节点到目的节点的业务流传输请求后，获取业务流传 输需要的带宽；
[0019] 步骤二、根据已有网络拓扑，采用路径算法计算出源节点到目的节点间的k条最短 传输路径：
[0020] 当前网络拓扑由节点和节点之间的通信链路组成，将网络抽象表示为:G (V，E )，其 中V= {vi，V2，···，vn}，表示SDN网络中的节点集，E= {ei，e2,…，en}表示单个节点间的通信链 路集。P表示网络拓扑中任意两个节点间的所有路径集合，对于网络拓扑图中任意两个节点 s和t，根已有路径算法，计算出s和t之间的k条最短路径，由?1{={?1，？2，"_，？ 1{}表示几是？的 子集，C(Pl)为每条路径的长度。
[0021 ]步骤三、在k条最短传输路径中选取所有链路带宽均满足业务流传输要求的m条传 输路径，m<k;
[0022] 步骤四、根据多约束计算条件分别对m条传输路径进行权值计算：
[0023] 首先我们必须选择路径的约束条件，业务流的Qos可以用多种度量指标描述，如带 宽、时延、时延抖动以及代价等，这些度量指标用来刻画业务的各种需求特性，同时也是对 相应网络状态的描述。根据对整个路径Qos特性影响的不同，可以把Qos度量分为三类:可加 度量、可乘度量和凹性度量。满足业务流Qos需求的路径并不一定是传统意义上的最短路 径。对于凹性度量，可以在设计算法前对网络拓扑进行剪枝操作，剪除不满足约束的链路。 可乘度量则可以转化为可加度量。因此，从根本上讲，Qos路由的主要问题是可加约束Qos路 径选择问题。在本发明中，选择带宽、路径长度、时延、时延抖动和丢包率作为路径选择的约 束条件，根据每个约束条件计算出其相应的权值，约束条件的权值和比重的乘积作为该路 径的权值，路径的权值计算公式如下:Pi(i = l~5)表示每个约束条件的有效权值，α、β、γ、 In为每个约束条件的计算比重。本发明根据步骤三得到m条路径后，每条路径根据约束条 件公式计算各路径的权值G:
[0024] 6 = αΧΡι+βΧΡ2+γ X Ρ3+δ X Ρ4+η X Ρδ
[0025] 下面分别介绍下各约束条件的定义：
[0026] (1)带宽：带宽是业务流传输过程中的首要约束条件，每条路径由η条链路组成，如 果其中有链路的剩余带宽不满足业务流所需带宽，则该路径因不满足必要传输条件而被淘 汰；网络中的瓶颈带宽为所选路由路径上所有链路带宽中的最小值，在本发明中，每条路径 的有效带宽为所有组成该路径的链路带宽均值，表示为B，如果当前路径由η条链路组成，每 条链路的带宽分别为…，Βη，则该路径的平均带宽，
」，然后计算业务流请 求带宽Breq与路径平均带宽的比重，占比值表牙
3该业务流在路径上的网络资源 占用率，占用率越低对网络负荷越小。网络带宽比根据公式(1)被转换成多约束条件计算权 值时的有效值，网络带宽占比在所有约束条件中权重为α = 40 % ;
[0027]
[0028] (2)时延：时延表示为每条路径中所有组成链路的时延总和，当路径中有η条链路 组成，时延表示为:!>= 为路径中每条链路的时延，将时延用公式(2)转换成最 后计算的有效值，时延在所有约束条件中权重β = 25 % ;
[0029]
[0030] (3)时延抖动:时延抖动选择每条路径中所有组成链路的时延抖动最大值，时延抖 动表示为:T max = max (h，Τ2，…，Tn)，Ti为路径中每条链路的时延抖动，将时延抖动用公式 (3)转换成最后计算的有效值，时延抖动在所有约束条件中权重γ =10% ;
[0031]
[0032] (4)丢包率:业务流在各节点传输过程中，会进入节点的队列等待转发，如果节点 的排队队列已满，该节点就会丢弃后到达的业务流数据包。该约束条件表示为在同一路径 上η条链路的丢包率的乘积，将丢包率的可乘度量转化为可加度量，表示为：L =Σ^:1心，U 为路径中每条链路的丢包率，将丢包率用公式(3)转换成最后计算的有效值时延，在所有约 束条件中权重δ = 20 %;
[0033]
[0034] (5)路径长度:传输路径的长度作为业务流的传输效率也有作用，对于由η条链路 组成的一条路径中，路径长度在所有约束条件中权重η = 5%;
[0035]
[0036] 共τ，η总乃b·网辑屮总的链路数。
[0037] 步骤五、选择权值最小的路径为业务流传输的最优路径。
[0038] 在本具体实施例中的网络拓扑图如图1，该拓扑图由8个交换机和13条链路组成， 当前该网络拓扑中各条链路的资源分布如下：
[0039] 表1网络拓扑中各链路状态
[0040]
[0042] 业务流申请由源节点终端h 1到目的节点h2，需求带宽为100M，因此，在源节点h 1和 目的节点h2之间发起路由请求。从网络拓扑中可以看到虚拟的网络拓扑由8个交换机以及 13条链路组成，并且该网络中各条链路状态如表1。根据路径算法，计算得到3条最短路径， 如下表：
[0043] 表2路径图
[0044]
[0046] 根据多约束条件进行计算，首先，路径1上的L1、L6链路带宽比业务请求带宽小，所 以路径1无法满足业务流传输要求，所以，路径选择在2和3之间开展;经过对路径2和路径3 分别进行权值计算，计算结果如下：
[0047]
[0048] 根据该发明权值计算结果，综合权值最小者为优先选择路径3,业务流实际路径为 路径 S1-S4-S7-S8。
【主权项】
1. 一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，其特征在于:包括如下步骤： 步骤一、SDN网络中，收到源节点到目的节点的业务流传输请求后，获取业务流传输需 要的带宽； 步骤二、根据已有网络拓扑，采用路径算法计算出源节点到目的节点间的k条最短传输 路径； 步骤三、在k条最短传输路径中选取所有链路带宽均满足业务流传输要求的m条传输路 径； 步骤四、根据多约束计算条件分别对m条传输路径进行权值计算； 步骤五、选择权值最小的路径为业务流传输的最优路径。2. 根据权利要求1所述的一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，其特征 在于:所述多约束计算条件包括带宽、时延、时延抖动、丢包率和路径长度。3. 根据权利要求2所述的一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，其特征 在于:对每条传输路径进彳丁权值计算的方法为:G = a ΧΡι+β XP2+ γ ΧΡ3+δ ΧΡ4+ΓΙΧΡ5,其中： G表示某条传输路径的权值，Pi (i = 1~5)分别表示约束条件带宽、时延、时延抖动、丢包率 和路径长度的有效权值;α、β、γ、δ、q分别表示约束条件带宽、时延、时延抖动、丢包率和路 径长度的计算比重。4. 根据权利要求3所述的一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，其特征 在于:所述带宽的有效权值计算方法为：其中：Breq为业务流请求带宽，β为路径平均带宽，亙=：^?，其中η为当前路径的链路 η 数，B1为第i条链路的带宽。5. 根据权利要求3所述的一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，其特征 在于:所述时延的有效权-其中:Di为第i条链路的时延。6. 根据权利要求3所述的一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，其特征 在于:所述时延抖动的有:I' ''其中：…，Tn)，Ti为第i条链路的时延抖动。7. 根据权利要求3所述的一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，其特征 在于:所述丢包率的有效权值的计1其中:L1为第i条链路的丢包率。8. 根据权利要求3所述的一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，其特征 在于:所述路径长度的有效权值的计算方法为：其中，η总为SDN网络中总的链路数。9. 根据权利要求3所述的一种SDN下基于多约束路径计算策略的路径计算方法，其特征 在于:α、β、γ、δ、τι分别为40%，25%，10%，20%，5%。
【文档编号】H04L12/701GK105897575SQ201610390994
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】王新, 曾浩洋, 田永春, 姜永广, 邓伟华, 李默嘉, 陈潇, 丁锐
【申请人】中国电子科技集团公司第三十研究所