[发明专利]基于软件定义网络架构降低全网数据流转发延迟的方法

权利要求书

1.一种基于软件定义网络架构降低全网数据流转发延迟的方法，其特征在于，具体实现步骤如下：

步骤1：寻找一条转发路径，初始化候选解集合cset，最优解optS，当前解curS；扩展候选解集合cset；在候选解集合cset中寻找效用值最大的解作为当前解curS，并将效用值最大的解从候选解集合cset中删除，直到交换机LN就是目的交换机dDot，或者候选解集合cset变成空集，然后返回最优解optS；

寻找转发路径的步骤为：(1)令候选解集合cset为空集，软件定义网络架构中的openflow控制器运行迪杰斯特拉算法(Dijkstra算法)得到的原始解origS设为最优解optS，初始化当前解curS为一个仅包含源交换机sDot的解；

(2)扩展候选解集合cset：用LN表示当前解curS的最后一个节点，如果LN与目标节点一致，即与目的交换机dDot一致，则将当前解curS赋值给最优解optS；否则，找出所有与LN相连的节点，将其作为一个集合C；对于集合C的每一个节点，将其加入当前解curS，构成一个新的解newcurS，计算解newcurS的效用值，如果效用值高于效用的界限值，则将这个新的解newcurS加入到候选解集合cset中；f(origS,fSet,eSet)，是效用的界限值，其中fSet是网络中的数据流的集合，eSet是网络中的链路的集合，这两个参数作为已知量，在步骤1的初始化阶段确定；

计算效用值的公式如下：

其中，

其中，f为数据流f_c选择路径P的效用值函数，P则表示数据流f_c的转发路径，S为受到影响的数据流集合，E为网络中的链路集合,L_i为数据流f_i的剩余期望完成时间，d_i为数据流进入网络前的剩余估计完成时间，d_i'为数据流进入网络后的剩余估计完成时间，w_i为数据流f_i的权重，w_c为数据流f_c的权重，w_c用上式公式计算，计算w_c时，L_i即为L_c，d_i'即为d_c'，可得出w_c；

(3)更新当前解curS，候选解集合cset：在候选解集合cset中寻找效用值最大的解作为当前解curS，并将效用值最大的解从候选解集合cset中删除；

(4)重复(2)和(3)，直到(2)中交换机LN就是目的交换机dDot，或者候选解集合cset变成空集，然后返回最优解optS，即转发路径；

步骤2、进行带宽分配：scale、maxGen、crossRate以及mutationRate是四个关键参数，分别表示解空间规模、最大迭代次数、解交叉重组的概率以及解突变的概率；

带宽分配步骤为：

(1)初始化：基于最优解optS，给相关数据流，包括受影响的数据流S以及新加入的数据流f_c，分配带宽数据流f_i对应分配的带宽值为b_i，同时保证所分配的带宽之和满足链路带宽承载能力的约束，重复上述步骤scale次，从而得到初始解空间R；在初始解空间R中获取适应度最大的解bestChromosom，即最佳解，初始化适应度最大值bestfitness；

对于解空间中的一个解solution计算适用度函数如下：

g(solution)＝∑_{fi∈S∪{fc}}d_i'

(2)对解空间R进行选择、交叉重组、突变三个操作构造新的解空间R'，具体操作如下：

在旧的解空间中，寻找适应度最大的解，将其复制到新的解空间R'中；

从旧的解空间R中随机选取两个解，以crossRate的概率发生交叉：假设解的长度为Length,随机将[1,Length]中的一个整数num作为交叉位置，两个解相互交换交叉位置右侧或者左侧的解片段，得到两个新的解；如果新的解能够满足链路承载能力的约束，则将新的解复制到新的解空间R'中，如果不能满足链路承载能力的约束，则直接舍弃；

在旧的解空间中以概率mutationRate选择一个解进行突变操作，突变操作如下：随机从[1,Length]中选择两个数值，然后交换解中这两个位置上的数值，从而得到一个新的解；如果新的解能够满足链路承载能力的约束，则将其复制到新的解空间R'中，如果不能满足链路承载能力的约束，则直接舍弃；

直到新的解空间R'的规模达到scale；

在新的解空间R'中，寻找适应度最大的解，如果该解适应度超过bestfitness，则更新适应度最大值bestfitness以及最佳解bestChromosom；

对初始解空间进行maxGen进化后，返回最佳解；

步骤3、更新数据流信息，在数据流五元组F＝{M,B,T,L,P}中，更新f_c的M，B，T，L，P五项信息，其中M表示数据流F未传输的数据量，B表示数据流F拥有的带宽，T表示数据流F五元组上次更新的时间，L是数据流F的剩余期望完成时间，始终为正，P则表示数据流F的转发路径；受影响的数据流f_i更新待传输数据流、带宽、信息更新时间、剩余期望完成时间四个值，更新后的数据流信息存入控制器中。