一種軟件定義網絡路由選擇方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于移動通信技術領域，涉及一種軟件定義網絡路由選擇方法。
【背景技術】
[0002] 軟件定義網絡（Software DefinedNetworks，SDN)是由美國斯坦福大學提出，以 OpenFlow為基礎的新型創新網絡平臺。SDN的典型架構共分三層，最上層為應用層，包括各 種不同的業務和應用；中間層為控制層，主要負責處理數據轉發設備資源的編排，維護網絡 拓撲和狀態信息等;最底層為數據層，主要負責基于流表的數據處理、轉發和狀態收集。SDN 主要特性為控制平面與數據平面分離、集中式網絡控制、在控制層與數據層設備之間開放 網絡接口、網絡可由外部程序編程。
[0003] 由于控制層與數據層的分離，使得快速開通及配置網絡連接服務變成可能。在SDN 架構中，智能化的SDN控制器能夠獲取網絡的全局視圖，并且能夠控制整個網絡的數據轉發 設備。基于SDN的網絡能夠有效隔離流量、區分服務鏈及便于QoS管理，從而可有效解決傳統 移動網絡成本高、不夠靈活、QoS難以有效管理等問題，然而，SDN架構的集中式網絡控制、控 制與數據平面分離、資源切片等特性給網絡管理機制特別是路由選擇機制帶來新的問題及 挑戰。
[0004] 文南犬[Batalle J,FerrerRiera J,Escalona E,et al.On the implementation of NFV over an OpenFlow infrastructure:routing function virtualization,Future Networks and Services(SDN4FNS) ,2013]提出了一種SDN網絡虛擬路由設計方案，通過路 由功能虛擬化(Routing Function Virtualization,RFV)，實現方便管理和節省開銷等效 益，但該方案未考慮具體的路由機制。文獻[Zhao K，Li Q，Jiang Y.Flow-level consistent update in SDN based on K-prefix covering,Global Communications Conference(GL0BEC0M)，2014]提出了一種SDN網絡路由配置更新方案，該方案通過基于流 表級的一致性保障機制，可以解決路由沖突和傳輸中斷等問題，但該方案未考慮有效的路 由選擇機制。文獻[Zhang S Q，Zhang Q，Bannazadeh H，et al .Network Function Virtualization enabled multicast routing on SDN, Communications (ICC) ,2015]^!iS 了一種基于圖論的SDN網絡路由算法，該算法用于SDN組播網絡中，并通過網絡功能虛擬化 技術，實現建立恰當的組播拓撲，但該算法沒有解決為核心網絡分配路由等問題。
[0005] 綜上所述，基于SDN的網絡環境中如何綜合考慮UE的業務需求，BS與SW速率、功率 及時延信息，SDN網絡架構，路由算法的功耗及時延優化等特性，實現SDN架構下UE的路由選 擇方案，從而節省網絡功率消耗、降低時延、提升網絡穩定性成為亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006] 有鑒于此，本發明的目的在于提供一種軟件定義網絡路由選擇方法，該方法能夠 有效節省網絡功率消耗、降低時延、提升網絡穩定性。
[0007] 該方法具體包括以下步驟：
[0008] S1:用戶設備(UE)向其周圍基站(BS)發送路由請求消息，BS接收到UE發送的路由 請求后，將路由請求消息轉發至控制器；
[0009] S2:控制器調用相應模塊獲取SDN網絡連接圖；
[0010] S3:控制器執行候選BS選擇算法，判斷BS是否滿足用戶業務需求，若滿足，則執行 步驟S5,否則，執行步驟S4;
[0011] S4:控制器剪除不滿足用戶業務需求的BS節點，更新SDN網絡連接圖；
[0012] S5:控制器執行候選交換機（SW)選擇算法，判斷SW是否滿足用戶業務需求，若滿 足，則執行步驟S7，否則，執行步驟S6;
[0013] S6:控制器剪除不滿足條件的SW節點，更新SDN網絡連接圖；
[0014] S7:控制器判斷各鏈路可用速率是否滿足UE速率需求，若滿足，則執行步驟S9，否 貝1J，執行步驟S8;
[0015] S8:控制器剪除不滿足速率需求的鏈路，并更新SDN網絡連接圖；
[0016] S9:控制器確定各鏈路的功耗及時延；
[0017] S10:控制器基于功耗、時延聯合效用函數確定SDN網絡連接圖各鏈路的權值，生成 SDN網絡帶權圖；
[0018] S11:控制器基于Dijkstra算法確定UE目標路由，通知相應BS接入UE，并更新相應 交換機流表項。
[0019] 進一步，在步驟S2中，所述SDN網絡連接圖為網絡節點間的有向圖G = <V，E>，其 中節點V包括UE、BS、SW等設備，記NBS為UE可用BS總數，N sw表示網絡中SW總數，則V= {UE，BSi， SWj}(l < i <NBS，1 < j <NSW)，其中，BSi表示第i個基站，SWj表示第j個交換機;鏈路E表示網 絡中相鄰設備之間鏈路，包括UE到BS鏈路<UE，BSi >、BS到SW鏈路<BSi，SWj >、SW與SW之間 的鏈路<31，51>等，即￡={<詘，851>，<85 1，51>，<31，51>}(1《1<1^，
[0020] 進一步，在步驟S3中，所述候選BS選擇算法具體是指判斷BSi(l < i < NBS)的吞吐量 是否滿足UE最小速率需求，記UE接入BSi的吞吐量為r/f，用戶可接入BS集合為0，候選 BS集合為 ? 〇，則可確定?。=丨埤 1TT'BSi e 0，1 < i < NBS}。
[0021] 進一步，在步驟5中，所述候選SW選擇算法具體是指判斷SWj(l < j <NSW)是否存在 一對端口可用速率滿足ue速率需求，記SW」存在鏈路連接且能夠進行數據傳輸的端口數 為<，SWj的第k個端口的可用數據速率為<，總SW集合為X，候選SW集合為X〇，則所述候選 SW算法為：
[0022] XQ：=|5fF >R,l> r'-.lR) eX,l< j < ArW\l< kj < N^.k *k\.
[0023] 進一步，在步驟S7中，鏈路可用速率具體包含以下幾種情況：
[0024] 1)若￡^{<詘，831>}，記候選85總數為#。'則可用速率/^=7^,193<;
[0025] 2)若e e {<BSi，SWj>丨，記候選SW總數為<，BSi與SWj的第k個端口相連，SWj的第k 個端口的可用數據速率為蹲，則#1 =心1 〇 h
[0026] 3)若ee {<SWj，SWj>}，記SWj通過其第k個端口與％的第F個端口相連，則 R⑷二爲% \ S j H Nf M 。
[0027]進一步，在步驟S9中，鏈路功耗是指鏈路的等效功率消耗P(e)，具體包含以下幾種 情況：
[0028] 1)若eE {<UE，BSi>}，記UE發射功率為ir'BSi接收功率為ifs，BSi信號處理功率為 /f%即
[0029] 2)若ee {<BSi，SWj>}，記BSi與SWj的第k個端口相連，SWj的第k個端口為支持速率 R ^e q的端口功率為*SWj處理速率為Ruq的數據處理功率為f 則
[0030] 3)若&{<%，艦^>}，.記3^通過其第k個端口與的第J個端口相連，則
[0031]進一步，步驟S9中鏈路時延是指鏈路的等效時延De(e)，具體包含以下幾種情況：
[0032] 1)若 eE{<UE，BSi>}，記 eE{<UE，BSi>}的傳輸時延為 Itef，則 De消完De^.,l<i<Nf i
[0033] 2)若e e {<BSi，SWj>}，記e e {<BSi，SWj>}的傳輸時延為說g，:BSi與SWj的第k個 端口相連，SWj的第k個端口的排隊時延為，則
[0034] De<e) = De]] + De\QL, 1 < j <Af〇s，r,1 <k<Nrr,
[0035] 3)若歧彳<挪，，觀r >!，記e e { <SWj，SWj> }的傳輸時延為及SWj通過其第k個端口 與的第冢個端口相連，則保w=加!>+說)》+ Pip，:i名/ swf *1認f s < 4
[0036] 進一步，步驟S10中，基于鏈路功耗及時延的聯合效用函數建模為鏈路歸一化功耗 和時延的加權平均，記鏈路e EE歸一化功耗為，鏈路e EE歸一化時延為~仏，功耗權值 為P，時延權值為（1 _ P )，則鏈路e的權值定義為功耗與時延聯合效用函數
[0037] 進一步，在步驟S11中，控制器基于Dijkstra算法確定用戶目標路由具體為，基于 Dijkstra算法，在UE與目的節點之間所有候選路由中確定權值最短路由，對應用戶聯合能 耗及時延最優路由，即為用戶目標路由。
[0038] 本發明的有益效果在于:本發明提供的方法能夠有效節省網絡功率消耗、降低時 延、提升網絡穩定性。
【附圖說明】
[0039] 為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行 說明：
[0040] 圖1為本發明實施例的示例性通信系統框圖；
[0041]圖2為根據本發明實施例的路由選擇流程圖；
[0042]圖3為根據本發明實施例的應用路由選擇方法的通信示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0044] SDN采用OpenFlow實現控制功能與轉發功能的分離，由遠程控制器完成網絡的控 制功能。OpenFlow交換機存儲流表，以實現包查找和轉發。交換機通過OpenFlow協議經安全 通道連接至外部控制器，對流表進行查詢和管理。流表包括包頭域(Header fields，匹配包 頭多個域）、活動計數器(Counters)、0個或多個執行行動(Actions) ApenFlow交換機對包 進行查找，若匹配，則執行相關策略，否則，通過安全通道將包轉發到控制器，由控制器執行 相應決策。
[0045] 圖1所示為根據本發明實施例的示例性通信系統框圖。在該通信系統中，SDN控制 平面包含開源控制器;SDN數據平面的數據轉發設備可以是任何支持SDN協議的路由器、交 換機、虛擬交換機、BS等。其中，開源控制器包括Floodlight、0penDaylight、N0X/P0X、Ryu、 OpenContrail控制器等；BS可以是由任何通用移動通信系統（Universal Mobile TelecommunicationSystem，UMTS)、全球互聯微波接入（Worldwide Interoperability forMicrowave Access，WiMAX)、長期演進（Long TermEvolution，LTE)系統、LTE頻分雙工 (Frequency Division Duplex，FDD)系統、LTE時分