[发明专利]一种基于SDN架构的资源分配方法

摘要

本发明公开了一种基于SDN架构的资源分配方法，目的是解决现有资源分配方法不能高效地利用全网网络资源，难以提供QoS保证的问题。技术方案是先构建基于三层管理节点的QoS管理架构：底层管理节点为路由器；二层管理节点为自治域服务节点S‐QoSN；顶层管理节点为总控服务节点M‐QoSN。其中，每个自治域部署一个S‐QoSN，负责本自治域的资源分配管理；全网部署一个M‐QoSN，负责跨自治域的资源分配管理。接着通过该QoS管理架构，以集中式与分布式相结合的方式对全网的QoS进行资源分配。采用本发明能根据应用业务系统的QoS和流量需求进行全局传输路径计算，能在源终端和目的终端之间建立一条确保带宽资源的QoS隧道，能高效地利用全网网络资源，提供QoS保证。

主权项

1.一种基于SDN架构的资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，构建基于三层管理节点的QoS管理架构：底层管理节点为路由器，负责路由信息的通告与上报，以及QoS隧道的维护；二层管理节点为N个自治域服务节点S‑QoSN，每个自治域部署一个S‑QoSN，负责本自治域的资源分配管理，N为自治域个数；顶层管理节点为总控服务节点M‑QoSN，全网部署一个M‑QoSN，M‑QoSN与每个S‑QoSN相连，负责跨自治域的资源分配管理，M‑QoSN还与映射服务器相连；映射服务器是网络中装有映射数据库的服务器，映射数据库的内容为映射数据表，映射数据表的每个表项为<终端标识，与终端相连的接入路由器的ID号>；M‑QoSN节点通过查询映射数据库获得终端与该终端相连的接入路由器之间的映射关系；M‑QoSN节点是一台服务器，其上安装有QoS需求输入模块、资源预留管理模块、域间QoS管理模块、流标签管理模块；S‑QoSN节点也是一台服务器，其上安装有域内QoS管理模块；路由器上安装有路由管理模块、QoS隧道维护模块；QoS需求输入模块与资源预留管理模块相连，负责接收用户提出的QoS需求并将QoS需求通告给资源预留管理模块，QoS需求包括源终端标识、目的终端标识、带宽、跳数、协议类型、端口、通信行为的发生时间；资源预留管理模块与QoS需求输入模块、域间QoS管理模块、流标签管理模块相连，该模块接收QoS需求输入模块发送的QoS需求，并将QoS需求保存到QoS需求表中；该模块根据QoS需求向域间QoS管理模块发送传输路径计算请求以及资源预留请求，并负责向流标签管理模块发送流标签分配请求及流标签释放请求；资源预留管理模块将从域间QoS管理模块接收的QoS隧道的路径计算结果以及资源预留结果保存到QoS隧道管理表中；资源预留管理模块还从域间QoS管理模块接收隧道路径失效信息，若接收到隧道路径失效信息，则资源预留管理模块尝试重新建立QoS隧道，并将QoS隧道建立成功消息发送给域间QoS管理模块；域间QoS管理模块与资源预留管理模块、域内QoS管理模块相连，该模块从资源预留管理模块接收传输路径计算请求，完成域间传输路径的计算，再根据域间传输路径的计算结果，向该域间传输路径所经过自治域的域内QoS管理模块发送域内传输路径计算请求，同时将域间传输路径的计算结果保存至域间传输路径表中；域间QoS管理模块从资源预留管理模块接收资源预留请求和隧道建立成功消息，向域间传输路径所经过自治域的域内QoS管理模块发送域内资源预留请求、隧道建立成功消息；域间QoS管理模块负责从域内QoS管理模块收集域间链路状态信息、域内路径计算结果、域内资源预留结果和域内隧道路径失效信息；域间QoS管理模块维护域间链路状态数据库InterLSDB；流标签管理模块与资源预留管理模块相连，该模块对全网的流标签信息进行统一管理，负责接收资源预留管理模块的分配流标签请求及释放流标签请求，对流标签进行分配及释放，并将分配流标签结果及释放流标签结果发送给资源预留管理模块；流标签管理模块维护空闲流标签表和已分配流标签表，空闲流标签表的元素为空闲的流标签，已分配流标签表的元素为已分配的流标签；域内QoS管理模块与域间QoS管理模块、路由管理模块、QoS隧道维护模块相连，该模块从域间QoS管理模块接收域内传输路径计算请求，完成域内传输路径的计算，并将域内路径计算结果返回域间QoS管理模块；域内QoS管理模块从域间QoS管理模块接收域内资源预留请求，根据域内传输路径表的传输路径信息，向该域内路径所经过的路由器发送流标签添加消息，并将域内资源预留结果反馈到域间QoS管理模块；域内QoS管理模块从域间QoS管理模块接收域内资源释放请求，根据域内路径计算结果，向该域内路径所经过的路由器发送流标签删除消息，并将域内资源释放结果反馈到域间QoS管理模块；同时，域内QoS管理模块定期收集本自治域内路由器中QoS隧道维护模块发送的QoS隧道邻居不可达信息，当收到QoS隧道邻居不可达信息，则向域间QoS管理模块通告域内隧道路径失效信息；域内QoS管理模块维护域内链路状态数据库IntraLSDB；QoS隧道维护模块与域内QoS管理模块相连，该模块从域内QoS管理模块接收流标签添加请求或者流标签删除请求，确定流标签的生存时间，对安装在路由器的流标签表进行管理；该模块还将流标签添加请求或者流标签删除请求操作结果反馈给域内QoS管理模块；同时，QoS隧道维护模块维护标签转发表；QoS隧道维护模块对域间及域内传输路径上的邻居定期发送隧道维护报文，当QoS隧道维护模块检测到隧道邻居不可达时，将QoS隧道邻居不可达信息发送给域内QoS管理模块；路由管理模块与域内QoS管理模块相连，该模块定期向域内QoS管理模块发送域内链路状态信息及域间链路状态信息，内容均为相邻路由器之间的带宽信息；第二步，各自治域S‑QoSN上的的域内QoS管理模块并行初始化域内链路状态数据库IntraLSDB，将域内链路状态信息中路由器间的最大链路带宽、可用链路带宽和不可用链路带宽信息及其相应路由器ID号填入IntraLSDB；第三步，M‑QoSN上的域间QoS管理模块初始化域间链路状态数据库InterLSDB，将域间链路状态信息中路由器间的最大链路带宽、可用链路带宽和不可用链路带宽信息及其相应路由器ID号填入InterLSDB；第四步，QoS需求输入模块接收网络管理员输入的QoS需求，并将QoS需求发送给资源预留管理模块，资源预留管理模块从QoS需求输入模块接收QoS需求消息，并将QoS需求保存到QoS需求表中；第五步，资源预留管理模块从QoS需求输入模块接收QoS需求，向域间QoS管理模块发送传输路径计算请求；第六步，域间QoS管理模块从资源预留管理模块接收传输路径计算请求，通过查询映射服务器确定源终端和目的终端的接入路由器，若源终端和目的终端分属不同自治域，则执行步骤6.1；若源终端和目的终端属于相同自治域，则执行步骤6.2：6.1 域间QoS管理模块进行跨域传输路径计算：6.1.1 域间QoS管理模块根据域间链路状态数据库InterLSDB，计算域间传输路径，若具有多条等价路径，转步骤6.1.7；若正好计算结果只有一条域间传输路径，转6.1.2；若不能找到满足条件的路径，域间QoS管理模块将传输路径计算结果置为失败，并发送给资源预留管理模块，转第6.3步；6.1.2 域间QoS管理模块根据域间传输路径计算结果向该路径所经过自治域的域内QoS管理模块发送域内传输路径计算请求，并将域间传输路径保存到本地的域间传输路径表中；6.1.3 域内QoS管理模块接收域间QoS管理模块发送的域内传输路径计算请求，根据域内链路状态数据库IntraLSDB，计算本自治域的传输路径，若具有多条等价路径，则将多条等价路径发送给域间QoS管理模块，转步骤6.1.7；若正好计算结果只有一条域内传输路径，转6.1.4；若不能找到满足条件的路径，域内QoS管理模块将域内传输路径计算结果置为失败，并发送给域间QoS管理模块，并转第6.1.6步；6.1.4 域内QoS管理模块将域内传输路径保存到本地的域内传输路径表中，并将域内传输路径计算结果发送到域间QoS管理模块；6.1.5 域间QoS管理模块接收从域内QoS管理模块发送的域内传输路径计算结果，将传输路径计算结果发送给资源预留管理模块；转第6.3步；6.1.6 域间QoS管理模块将传输路径计算结果置为失败，并发送给资源预留管理模块，转到第6.3步；6.1.7 域间QoS管理模块按多条路径仲裁方法进行对多条等价路径进行仲裁；6.1.8 若等价路径为域间传输路径，转到步骤6.1.2；若等价路径为域内传输路径，则转到6.1.4；6.2 域间QoS管理模块进行非跨域传输路径计算：6.2.1 域间QoS管理模块向源终端和目的终端的接入路由器所在自治域的域内QoS管理模块发送域内传输路径计算请求；6.2.2 域内QoS管理模块接收域间QoS管理模块发送的域内传输路径计算请求，根据域内链路状态数据库IntraLSDB，计算本自治域的传输路径，若具有多条等价路径，则将多条等价路径发送给域间QoS管理模块，转步骤6.2.6；若正好计算结果只有一条域内传输路径，转6.2.3；若不能找到满足条件的路径，则转第6.2.5步；6.2.3 域内QoS管理模块将域内传输路径计算结果保存到本地的域内传输路径表中，并将计算结果发送到域间QoS管理模块；6.2.4 域间QoS管理模块接收从域内QoS管理模块发送的域内传输路径计算结果，将传输路径计算结果发生给资源预留管理模块；转第6.3步；6.2.5 域间QoS管理模块将传输路径计算结果置为失败，并发送给资源预留管理模块；转到第6.3步；6.2.6 域间QoS管理模块按多条路径仲裁方法对多条等价路径进行仲裁，仲裁得到的路径为域内传输路径计算结果，转到6.2.3；6.3 资源预留管理模块从域间QoS管理模块接收传输路径计算结果，如果传输路径计算结果为成功，则将QoS隧道管理表的传输路径计算状态置为成功，转第七步；如果传输路径计算结果为失败，则将QoS隧道管理表的传输路径计算状态置为失败，转第四步；第七步，资源预留管理模块请求流标签分配，流标签管理模块对流标签进行分配，方法是：7.1 资源预留管理模块向流标签管理模块发送流标签分配请求，请求全网唯一的流标签；7.2 流标签管理模块接收资源预留模块的流标签分配请求，判断空闲流标签表是否为空，若不为空，则从空闲流标签表中取出一个流标签，并插入到已分配流标签表中，同时将该流标签分配结果返回给资源预留管理模块；如果空闲流标签表为空，则向给资源预留管理模块发送流标签分配失败消息；7.3 资源预留管理模块从流标签管理模块接收流标签分配结果，若流标签分配成功，则转第八步；若流标签分配失败，则转第四步；第八步，资源预留管理模块将流标签分配状态保存到QoS隧道管理表中，然后对网络资源进行分配，方法是：8.1 资源预留模块向域间QoS管理模块发送资源预留请求；8.2 域间QoS管理模块从资源预留管理模块接收资源预留请求，根据资源预留请求查询域间传输路径表，以获得该隧道的域间传输路径，然后向所经过所有自治域的域内QoS管理模块发送资源预留请求；8.3 域内QoS管理模块从域间QoS管理模块接收资源预留请求，根据资源预留请求查询域内传输路径表，以获得域内传输路径包含的路由器，然后向该路径包含的路由器发送流标签添加请求；8.4 路由器的QoS隧道维护模块从域内QoS管理模块接收流标签添加请求，提取流标签添加请求中的流标签、建立时间、生存时间、带宽，并将这些信息保存到路由器流标签表中，同时，将流标签、转发接口添加到路由器的标签转发表中，并将操作结果返回给域内QoS管理模块；8.5 域内QoS管理模块从路由器的QoS隧道维护模块接收返回结果，若路径包含的所有路由器的返回结果均为成功，则表明域内资源预留成功，将域内资源预留结果置为成功并发送给域间QoS管理模块；若存在一个路由器的返回结果为失败，则表明域内资源预留失败，将域内资源预留结果置为失败并发送给域间QoS管理模块；8.6 域间QoS管理模块从域内QoS管理模块接收域内资源预留结果，若路径包含的所有自治域的域内资源预留结果为成功，则表明资源预留成功，将资源预留结果置为成功并发送给资源预留管理模块；若存在一个自治域的域内资源预留结果为失败，则表明资源预留失败，将资源预留结果置为失败并发送给资源预留管理模块；8.7 资源预留模块接收域间QoS管理模块的资源预留结果，将资源预留结果保存到QoS隧道管理表中，如果资源预留结果为成功，则转第九步；如果结果为失败，则等待t秒，t为正整数，然后返回第四步，尝试重新建立QoS隧道；第九步，资源预留管理模块逐级下发QoS隧道建立成功通知，方法是：9.1 资源预留模块发送隧道建立成功的通知到域间QoS管理模块；9.2 域间QoS管理模块从资源预留管理模块接收隧道建立成功的通知，并在本地的传输路径表中将该条传输路径置为建立成功，然后向域内QoS管理模块下发隧道建立成功的通知；9.3 域内QoS管理模块接收域间QoS管理模块发送的隧道建立成功的通知，将本地域内传输路径表中该条传输路径置为建立成功。