[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

摘要

本发明涉及一种基于软件定义网络(SDN)架构降低全网数据流转发延迟的方法，属于计算机网络技术领域。降低全网数据流的转发延迟对于服务提供商和最终用户都是至关重要的。本发明提出的基于SDN架构降低全网数据流转发延迟的方法具体如下：首先根据控制器中的数据流信息和链路信息，路由方案确定数据流的转发路径，其次根据控制器中的数据流信息和链路信息以及路由方案得到的转发路径，带宽分配方案对网络带宽资源进行调度和合理分配，最后根据得到的带宽分配方式，更新控制器中的信息，作为后续路由方案的依据。该方法将路由方案与流调度进行有效的结合，使其能够在多项式时间内为新加入的数据流寻找一条有益于全网延迟的转发路径和相应的带宽分配方式。对比现有的技术，传输效率和在期望时间内可完成的数据流数目都有很明显的提升。

主权项

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fc选择路径P的效用值函数，P则表示数据流fc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,Li为数据流fi的剩余期望完成时间，di为数据流进入网络前的剩余估计完成时间，di'为数据流进入网络后的剩余估计完成时间，wi为数据流fi的权重，wc为数据流fc的权重，wc用上式公式计算，计算wc时，Li即为Lc，di'即为dc'，可得出wc；(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}di'(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fc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fi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。