[发明专利]基于SDN的云数据中心负载可感知的请求路由方法

说明书

本发明涉及一种基于SDN的云数据中心负载可感知的请求路由方法，该方法综合考虑了网络拥塞信息和虚拟机负载信息，得到处理某一应用请求最佳的虚拟机和到达该虚拟机路径组合，从而使得总响应时间最小化。在这一过程中，提出负载可感知控制器的总响应时间计算模型，另外还基于遗传算法获得每一个应用可以将请求送达虚拟机的链路集合，提供了计算每个虚拟机处理当前应用请求所需时间的计算模型，并给出了请求在链路中延迟时间的计算模型，通过计算虚拟机处理该请求的时间与链路的延迟时间，最终得到最小化的总响应时间。本发明缩小了数据中心中应用的延迟时间，提升了用户体验，并且为云数据中心提供商降低了利润的损失。

技术领域

本发明涉及一种基于SDN的云数据中心负载可感知的请求路由方法。

背景技术

云数据中心基础设施中的物理服务器被虚拟化和池化后变成多个相互隔离的虚拟机。云数据中心接受的请求首先需要经过云数据中心网络，然后到达底层的虚拟机上进行处理。因此，一个请求的总延迟时间是请求在网络和虚拟机中的延迟时间的总和。研究表明云数据中心中应用的延迟时间对于用户的体验具有较大的作用，并且会给云数据中心提供商带来利润的损失。

近来出现的软件定义的网络技术能够通过可编程的基于OpenFlow协议的网络设备对网络提供集中式的统一控制。这些网络设备包括软件定义网络(Software-DefinedNetworking，SDN)控制器和传输设备(包括交换机和路由器)等。SDN实现了控制平面和数据平面的分离，从而能够对云数据中心网络提供集中式的统一的全局优化的路由决策。在SDN网络结构中，传统网络设备中的控制和管理功能被迁移到远端的SDN控制器中。在SDN环境中，支持OpenFlow协议的网络元素需要包含数据平面，并且向远程的SDN控制器提供OpenFlow接口。OpenFlow协议是SDN控制器和数据平面之间信息交换的标准通信协议。SDN控制器需要控制网络，并且提供转发、虚拟专用网络、安全、带宽分配、QoS、网络虚拟化和负载均衡等功能。

然而，现有的SDN架构仍然存在很多挑战和问题。现有的软件定义网络的控制器目前只能够获得数据中心网络中的信息并对其延迟时间进行优化，因此该控制器仅仅能够对网络中支持OpenFlow协议的交换机和路由器进行控制。然而，一个请求的总延迟时间是请求在网络和虚拟机中的延迟时间的总和，因此，在底层的虚拟机中的处理延迟时间在用户体验中同样具有很重要的影响。如果请求被路由到某一发生异常的或已经过载的虚拟机上，那么这将会导致较大的虚拟机处理时间。此外，现有的控制器中的路由机制通常都比较简单，如Floodlight仅仅根据最短路径原则选择目标虚拟机。这种简单的路由方法可能会由于网络拥塞或虚拟机过载在网络中导致较大的网络延迟或者在虚拟机中导致较大的处理延迟，因而可能会导致较大的总响应时间。此外，出于可扩展性和稳定性的考虑，云数据中心中的每一个应用均部署在多个同构或者异构的虚拟机上。因此，对每一个应用而言，云数据中心中均存在多个对应的可以处理每一个应用请求的虚拟机。随着云数据中心的多个应用的请求的越来越多，如何降低请求的延迟时间，提高用户体验成为了一个难题。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供一种基于SDN的云数据中心负载可感知的请求路由方法，以实现为当前应用的请求指定最优的虚拟机和网络路由路径的组合，实现虚拟机和网络的负载均衡，从而最小化每一个请求的总响应时间。

根据本发明的一个方面，提供了云数据中心对某一个应用请求处理时间的计算模型，包括：提供一种启发式的算法来为每一个应用f的请求指定最佳的网络路由路径p_f和虚拟机d_f的组合，从而最小化该应用请求的总响应时间。针对每一个应用f的请求，对能够处理该请求的所有的虚拟机进行遍历，针对每一个潜在的虚拟机，分别依次寻找可以通向该虚拟机的网络路由路径，并最终为每一个应用f的请求确定最佳的网络路由路径和虚拟机组合，从而最小化每一个应用的请求的总响应时间。