一種提高層次分布式sdn控制平面路由效率的機制的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高層次分布式SDN控制平面路由效率的機制，以解決在大規模OpenFlow網絡環境下的SDN控制器部署所存在的可擴展性問題。本發明將網絡中的路由請求根據數據包的源IP地址和目的IP地址分成三個級別，對局域網中的路由請求采用集中控制路由(CSR)算法，對全局路由請求被作為完全分布式控制路由進行處理。本發明通過采用阻斷島范式(BI)理論建立BI圖和對全局網絡進行拓撲聚合以降低路由算法的搜索空間。
【專利說明】
-種提高層次分布式SDN控制平面路由效率的機制
技術領域
[0001] 本發明公開了一種對層次分布式軟件定義網絡(SDN)控制平面路由效率進行改進 的機制，用于解決在大規模網絡環境下，控制器如何配置網絡資源和處理路由請求，從而提 高控制平面可擴展性的問題。本發明屬于網絡數據傳輸領域。
【背景技術】
[0002] 隨著互聯網的規模和復雜性日益增長W及應用范圍的不斷擴大，許多新興網絡業 務對網絡所能提供的服務提出了更加苛刻的要求。例如:數據中屯、中巨量數據的傳輸對網 絡帶寬提出了更高要求;在線實時交互式應用要求網絡延遲控制在數毫秒內；網絡電話對 丟包率非常敏感。然而，互聯網中傳統的盡力而為的傳送機制難W提供基于每個業務流的 細粒度控制及優秀的區分服務，原因在于現有網絡的控制功能分散于各個網絡設備中，采 用的分布式路由協議并不適宜實現端對端的有軟件服務質量(QoS)保證的路由，并且由于 傳統網絡架構僵化和缺乏全局網絡視圖，目前并沒有一種基于傳統網絡的資源管理框架能 解決所有問題。
[0003] 基于上述問題，SDN日益興起并迅速吸引了學術界和工業界注意。SDN將控制平面 與轉發平面分離，網絡層和控制層之間通過化enFlow協議提供的安全信道交換信息，控制 層通過REST API提供的北向接口向應用層提供服務。SDN控制器負責執行網絡決策任務，如 負載均衡、接入控制和路由計算，網絡設備在控制器的指導下進行數據轉發。網絡管理者能 夠通過編寫應用程序來配置、管理和優化底層的網絡資源，從而實現靈活可控的網絡W及 提供高質量、可區分的服務。
[0004] 然而SDN在帶來諸多優點和機遇的同時也帶來了挑戰。SDN控制器是整個網絡的大 腦，負責所有的網絡決策任務，例如負載均衡、網絡接入、流量調度、路由計算等，而沉重的 計算負擔會降低網絡路由決策的效率并增加路由的時延。此外，OpenFlow交換機的流表空 間是有限的（約4K)，為了在有限的流表空間中匹配更多的流，采用了硬超時和空閑超時等 流表項超時機制，從而導致流表項的重復計算，加重控制平面的負擔。網絡中存在大量老鼠 流，運些老鼠流的傳輸時間短暫且會頻繁調用控制器，極端情況下會導致控制器巖機。限制 條件下的最優路徑決策是NP-完全問題，需要采用啟發式或演進式算法。針對在大規模網絡 中SDN控制器所存在的可擴展性問題，目前在學術界提出了=類解決方案：1.通過使用高規 格硬件及應用多線程技術來提高單個控制器的性能，或提出高性能路由算法來提高集中式 路由的效率;2.通過預先配置通配符流表項，為一部分業務流預先分配靜態路由，從而將部 分控制器工作轉移到轉發平面，通過降低路由請求次數提高控制器吞吐量;3.通過采用多 個控制器相互協作的分布式控制平面，將邏輯上統一的控制平面在物理上分散開來。目前 在學術界已經有一些分布式控制平面的討論，但是運些控制平面通常較少關注其在大規模 網絡中應用時可能遇到的性能瓶頸問題。
[0005] 本發明主要針對SDN層次分布式控制平面存在的可擴展性問題，提出一種改進機 審IJ。為討論方便，假設層次分布式SDN網絡中，各種異構的局域網絡稱為LA,每個LA由一個底 層控制器LC管理，上層控制器稱為UC，上層控制器管理的網絡區域稱為UA，每個上層控制器 管理若干個底層控制器。首先，本發明利用分治法依據網絡層次和數據包的IP地址將網絡 中的路由分為S個級別進行處理，其中LA內和UA內部的路由被作為集中控制路由（CSR)，而 源IP地址和目的IP分屬不同UA的路由請求被作為全局分布式路由進行處理;其次，將CSR作 為一個限制條件下最短路徑(CSP)問題，通過應用阻斷島范式理論(BI)為LA建立BI圖W降 低CSR算法的捜索空間從而降低其時間復雜度;最后，通過對網絡進行聚合W降低全局分布 式路由算法的復雜度。LC計算并上傳 LA聚合網絡到對應UC并且由UC將網絡拓撲和網絡狀態 同步至其它控制器，全局分布式路由的計算基于除去源UA和目的LA的聚合網絡，假設全局 分布式路由被作為I個有序的CSR問題進行處理，每個CSR依賴于一個除去源UA和目的LA的 全局聚合網絡。通過運種降低SDN路由算法的平均復雜度的機制，提高層次分布式控制器平 面的可擴展性。
【發明內容】
[0006] [發明目的]:針對現有SDN層次分布式控制平面在大規模網絡應用中存在性能瓶 頸問題，提出一種對其路由計算效率進行改進的機制。通過本發明，可W有效的提高SDN層 次分布式控制平面的處理能力，提高其在大規模網絡環境中的可擴展性和處理能力，從而 充分利用其所帶來的可編程性和靈活性。
[0007] [技術方案]:本發明采用了 W下技術方案：
[0008] 1)對網絡路由按照網絡層次和IP地址劃分為=個級別進行處理。
[0009] 將網絡路由劃分為S個級別能夠降低路由算法的平均時間復雜度，其中LA內部路 由和UA內部路由被作為集中控制路由進行處理，跨UA的路由被作為全局分布式路由進行處 理。CSR在本發明中被作為一個CSP問題進行處理，并且采用拉格朗日松弛變量算法(LARAC) 來解決該問題。本發明對路由計算請求的處理步驟為：
[0010]步驟一:LC收至睞自LA的路由請求時，LC會判斷路由請求數據包PACKET_IN的目的 IP地址是否位于該LA中，如果目的IP地址也位于該LC所管理的LA內部，則會發起一次WLC 為控制器的CSR。假設源節點為S，目的節點為T，局域網絡為LAi,要求的最小帶寬為Bmin,其 最優路徑可W表示為^ =〔51?他1，（5，1')，8。1。），其中〔51?他1，（5，1')，8。1。)為本發明所使用 的符號，表示使用LARAC算法解決CSP問題獲得的最優路徑，Gii表示第i個局域網絡LA, i = 1， 2，. . .，L，L是LA的個數；
[0011] 步驟二：當LC判斷目的IP地址和源IP地址不再同一個LA中，LC會將PACKET_IN數據 包上傳到其對應的UC進行處理。類似的，UC收到路由計算請求時，如果判斷目的IP地址位于 其對應的UA中，將會發起一次W該UC為控制器的CSR。假設源節點為S，目的節點為T，局域網 絡為UAi,要求的最小帶寬為Bmin,則其最優路徑可W表示為^ =〔51?倘1，（5，1')，8。1。），其中 Gui表示第i個局域網絡UA，i = l，2，. . .，U，U為UA的個數；
[001 ^ 步驟S :當UC判斷目的IP地址不再其管理的UA中時，UC首先將PACKET_IN路由請求 數據包同步到其它上層控制器，并發起一次全局分布式路由請求。全局分布式路由請求被 作為一系列有序的CSR進行處理。在本發明中采用阻斷島范式理論降低CSR的復雜度并且對 全局網絡拓撲進行聚合W降低每個CSR的捜索空間，從而提高了全局分布式路由的處理效 率。假設全局分布式路由共分I次CSR路由，第i次路由的源節點為Im,則Im為源節點S，目的 節點為T，要求的最小帶寬為Bmin，對應的全局聚合網絡為^第i次的路由的源節點所在網 絡為UAi,則：
[0013] 第i次計算得到的路由如下：
[0014]
[0015] 第i次路由中源節點所在網絡的出節點如下：
[0016]
[0017]第i+1次路由的源節點如下：
[001 引 in(i) = {ini| (OUtiiim)EriI [0019]第i次路由得到的最終域問鏈路如下：
[0020] Iinki= (OUti，im)
[QQ21 ]分布式最優路徑如下：
[0022]
[0023] 2)采用阻斷島范式理論降低CSR的捜索空間。
[0024] 限制條件下的路由優化問題是一個NP-完全問題，本發明將其作為一個CSP問題并 使用LARAC作為路由優化算法，總的平均時間復雜度為:口(04 + TV IogP2)。為了進一步提高 CSR的效率，本發明采用阻斷島范式理論為網絡建立BI圖，BI的主要思想是將可用的網絡資 源抽象為一個層次樹結構，而C-BI表示從節點S出發能夠滿足約束條件C的節點和對應鏈路 的集合。CSR算法基于BI圖進行，W降低最優路徑的捜索空間，其步驟如下：
[0025] 步驟一:為網絡建立C-BI圖。本發明采用貪婪算法建立網絡C-BI圖。
[0026] 步驟二:降低CSR算法的捜索空間。假設已經建立節點Si的Ci-BI圖，圖中包含N個節 點，分別編號為Si，S2,. . .，Sn，不包含節點T，此時發起從節點Si到節點Sn(n = l，2,. . .，N)且 帶寬小于Cl的路由請求，則此時算法會迅速返回路徑"存在"，對于從Si到T的帶寬為Cl的路 由請求，則算法會迅速判斷路徑"不存在"，而從節點Si到Sn(n = l，2,...，N)內的帶寬大于Cl 的路由請求，則算法會繼續建立C2-BI圖，其中C2含Cl,如果不存在C2-BI圖，則算法返回"不 存在"，否則算法將返回"存在"。
[0027] 步驟對步驟二中得到的存在滿足服務質量(QoS)條件的C-BI圖執行LARAC算 法，得到的最優路徑表示為:r = CSR(G(N, A)，（ S，T )，Bmin)。
[0028] 3)對全局網絡拓撲進行聚合W提高全局分布式路由算法的效率：
[0029] 下層控制器在上傳 LA網絡同時計算并且上傳 LA聚合網絡，全局分布式路由由一系 列CSR組成，CSR基于全局聚合網絡可W提高總的路由算法的效率。層次分布式控制平面中 存在S種鏈路，分別為LA內鏈路，LA間鏈路和UA間鏈路，而聚合拓撲中的虛擬鏈路的QoS參 數取決于原網絡中的實際鏈路。在計算每條實際路徑的QoS參數時，帶寬為路徑上各個鏈路 帶寬的最小值，延遲和丟包率為各個鏈路的總和，抖動由延遲求導數獲得。本發明應用拓撲 聚合來降低全局分布式路由的捜索空間，其本質是將上層控制平面的部分工作轉移到下層 控制平面來進行。網絡拓撲聚合的例子如圖4所示。具體的步驟如下：
[0030] 步驟一:通過迪杰斯特拉算法計算K條非鄰接最小代價路徑ri，r2, ... JK，當計算 第k化=1，2,. . .，K)條路徑時，前k-1條路徑被從網絡中移除。
[0031] 步驟二：將ri，n，... JK的平均代價和平均QoS參數復制給鏈路（i，j)，W帶寬為 例，假設路徑r的代價為C(r)，帶寬為B(r)，則
[0032] 聚合路徑的代價為：
[0033]
[0034] 聚合路徑的帶寬為：
[003引公。二 miM巧r,)，公W ...，巧(r,)}
[0036] 步驟對步驟二所獲得的聚合網絡拓撲執行CSR路由算法即可得到最優路徑。
[0037] [有益效果]:本發明通過提出一種改進層次分布式SDN控制平面路由效率的機制， 克服了其在應用于大規模網絡中遇到的性能瓶頸問題。另外，世界范圍內正在展開下一代 網咯的研究和部署，SDN可能會從目前校園網和實驗環境逐步遷移到實際的網絡環境中，例 如數據中屯、、城域網甚至互聯網等大規模復雜網絡中，在各種SDN控制平面中，層次分布式 控制平面有著良好的發展前景。本發明可W緩解甚至解決層次分布式SDN控制平面在較大 規模網絡中存在的可擴展性問題。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本發明所提出的SDN控制平面架構總流程圖；
[0039] 圖2是層次分布式SDN控制平面的拓撲示意圖，其中LA表示異構局域網絡，LC表示 底層控制器，UC表示上層控制器，UA表示上層控制器所管理的網絡；
[0040] 圖3是本發明中所使用的阻斷島范式理論的示例；
[0041] 圖4是本發明中所使用的網絡拓撲聚合的示例。
【具體實施方式】
[0042] 下面結合附圖對本發明的機制做進一步的詳細說明。
[0043] 本發明是針對層次分布式SDN控制平面在大規模化enFlow網絡環境中所存在的可 展性問題提出的，本發明提出一種改進層次分布式SDN控制平面路由效率的機制，采用分治 法將網絡和路由請求分而治之，通過拓撲聚合和阻斷島范式降低路由算法的捜索空間，此 外提出了詳細的分布式路由算法。網絡中的路由被分為=個級別，降低了路由算法的平均 時間復雜度，尤其適宜應用于諸如數據中屯、和校園網絡中。本發明的目標是通過對網絡資 源和網絡中的業務流進行細粒度的處理，通過分治法降低控制平面的時延，從而提高整個 層次分布式SDN控制平面的吞吐量，充分利用網絡帶寬等。具體的實施過程如下：
[0044] 步驟一:LC自動獲取局域網絡LA的鏈路信息，構建網絡拓撲，通過發送查詢數據包 查詢和計算網絡的帶寬、延遲、丟包率和抖動等QoS相關參數；
[0045] 步驟二：下層控制器在上傳 LA網絡同時計算并且上傳 LA聚合網絡，全局分布式路 由由一系列CSR組成，CSR基于全局聚合網絡可W提高總的路由算法的效率。層次分布式控 制平面中存在S種鏈路，分別為LA內鏈路，LA間鏈路和UA間鏈路，而聚合拓撲中的虛擬鏈路 的QoS參數取決于原網絡中的實際鏈路。在計算每條實際路徑的QoS參數時，帶寬為路徑上 各個鏈路帶寬的最小值，延遲和丟包率為各個鏈路的總和，抖動由延遲求導數獲得。本發明 應用拓撲聚合來降低全局分布式路由的捜索空間，其本質是將上層控制平面的部分工作轉 移到下層控制平面來進行。網絡拓撲聚合的例子如圖4所示。具體的步驟如下：
[0046] (1):通過迪杰斯特拉算法計算K條非鄰接最小代價路徑ri，r2,... JK，當計算第k 化=1，2,. . .，K)條路徑時，前k-1條路徑被從網絡中移除。
[0047] (2):將ri，r2,... JK的平均代價和平均QoS參數復制給鏈路（i，j)，W帶寬為例，假 設路徑r的代價為Cw，帶寬為Bw，貝。
[004引聚合路徑的代價為：
[0049]
[0050] 聚合路徑的帶寬為：
[0化1 ]
[0052] (3):對步驟二所獲得的聚合網絡拓撲執行CSR路由算法即可得到最優路徑。
[0053] 步驟根據獲得的帶寬TW及設定的最大帶寬B，計算每條鏈路的丟包率1(e)，然 后再計算整個路徑的丟包率Ploss，其計算公式如下：
[0化4]
[0化5]
[0056] 其中e代表鏈路，P代表路徑，本發明假定鏈路最大帶寬為B，超過最大帶寬的80%， 認為鏈路發生擁塞的概率就會增大，導致發生丟包的概率會增大。所W假定，鏈路超過最大 帶寬的65%就會發生丟包，若鏈路沒有超過最大帶寬的80%，則認為該鏈路不會發生丟包， 所W鏈路的丟包率就為0。
[0057] 步驟四：設定約束條件，W帶寬為例約束如下：
[005引 b(p) > Bmin
[0059 ] 其中b (P)是路徑上的時延，Bmin是路徑上時延的約束；
[0060] 步驟五：限制條件下的路由優化問題是一個NP-完全問題，本發明將其作為一個 CSP問題并使用LARAC作為路由優化算法，總的平均時間復雜度為:0((^ + iVlog^z)。為了 進一步提高CSR的效率，本發明采用阻斷島范式理論為網絡建立BI圖，BI的主要思想是將可 用的網絡資源抽象為一個層次樹結構，而C-BI表示從節點S出發能夠滿足約束條件C的節點 和對應鏈路的集合。CSR算法基于BI圖進行，W降低最優路徑的捜索空間，其步驟如下：
[0061] (1):為網絡建立C-BI圖。本發明采用貪婪算法建立網絡C-BI圖。
[00創 （2):降低CSR算法的捜索空間。假設已經建立節點Si的Ci-BI圖，圖中包含N個節點， 分別編號為Si，S2,. . .，Sn，不包含節點T，此時發起從節點Si到節點Sn(n=l，2,. . .，N)且帶寬 小于Cl的路由請求，則此時算法會迅速返回路徑"存在"，對于從Si到T的帶寬為Cl的路由請 求，則算法會迅速判斷路徑"不存在"，而從節點Si到Sn(n=l，2,...，N)內的帶寬大于Cl的路 由請求，則算法會繼續建立C2-BI圖，其中C2含Cl,如果不存在C2-BI圖，則算法返回"不存 在"，否則算法將返回"存在"。
[00創 （3):對步驟二中得到的存在滿足服務質量(QoS)條件的C-BI圖執行LARAC算法，得 到 的最優路徑表示為:r = CSR(G(N, A)，（ S，T )，Bmin )。
[0064] 步驟六:將網絡路由劃分為=個級別能夠降低路由算法的平均時間復雜度，其中 LA內部路由和UA內部路由被作為集中控制路由進行處理，跨UA的路由被作為全局分布式路 由進行處理。CSR在本發明中被作為一個CSP問題進行處理，并且采用拉格朗日松弛變量算 法(LARAC)來解決該問題。本發明對路由計算請求的處理步驟為：
[0065] (1) :LC收到來自LA的路由請求時，LC會判斷路由請求數據包PACKET_IN的目的IP 地址是否位于該LA中，如果目的IP地址也位于該LC所管理的LA內部，則會發起一次WLC為 控制器的CSR。假設源節點為S，目的節點為T，局域網絡為LAi,要求的最小帶寬為Bmin,其最 優路徑可W表示為:r = CSR(Gii，（S，T)，Bmin)，其中CSR(Gii，（S，T)，Bmin)為本發明所使用的 符號，表示使用LARAC算法解決CSP問題獲得的最優路徑，Gii表示第i個局域網絡LA, i = I， 2，. . .，L，L是LA的個數；
[0066] (2):當LC判斷目的IP地址和源IP地址不再同一個LA中，LC會將PACKET_IN數據包 上傳到其對應的UC進行處理。類似的，UC收到路由計算請求時，如果判斷目的IP地址位于其 對應的UA中，將會發起一次W該UC為控制器的CSR。假設源節點為S，目的節點為T，局域網絡 為UAi,要求的最小帶寬為Bmin,則其最優路徑可W表示為^ =〔51?惦1，（5，1')，8。1。），其中6。1 表示第1個局域網絡1^，1 = 1，2，...，11，1]為1^的個數；
[0067] (3):當UC判斷目的IP地址不再其管理的UA中時，UC首先將PACKET_IN路由請求數 據包同步到其它上層控制器，并發起一次全局分布式路由請求。全局分布式路由請求被作 為一系列有序的CSR進行處理。在本發明中采用阻斷島范式理論降低CSR的復雜度并且對全 局網絡拓撲進行聚合W降低每個CSR的捜索空間，從而提高了全局分布式路由的處理效率。 假設全局分布式路由共分I次CSR路由，第i次路由的源節點為Im,則Im為源節點S，目的節 點為T，要求的最小帶寬為Bmin,對應的全局聚合網絡為第i次的路由的源節點所在網絡 為UAi,則：
[006引第i次計算得到的路由化下：
[0069]
[0070] 第i次路由中源節點所在網絡的出節點如下：
[0071]
[0072] 第i+1次路由的源節點如下：
[0073] in(i) = {im I (OUti，im) Eril
[0074] 第i次路由得到的最終域間鏈路如下：
[0075] Iinki= (OUti，im)
[0076] 分布式最優路徑如下：
[0077]
[0078] 步驟屯:判斷最終得到的最優路徑是否滿足約束條件，如果滿足則將流量表裝載 到各個交換機的流表中，如果不滿足，則將PACKET_IN數據包緩存至調度隊列中等待下次路 由調度，僅當路由計算次數超過設定的闊值時，才會判定該路由計算失敗，相關的服務將會 被拒絕接入網絡。
[0079] 圖3表示了從節點Si的帶寬50-BI和40-BI圖，假設求Si到S2節點帶寬為50的最優路 徑，則算法會迅速返回"不存在"，因為Si和S2不再同一個50-BI中，此外如果求Si到S2節點帶 寬為40的最優路徑，則算法會迅速返回"存在"，并且集中式路由算法的捜索空間降低為40- BIo
[0080] 圖4是本發明中為降低全局分布式路由算法的捜索空間所應用的網絡拓撲聚合的 示例。在發明提出的分布式SDN控制平面中存在S種鏈路，分別為LA內鏈路，LA間鏈路和UA 間鏈路，而聚合拓撲中的虛擬鏈路的QoS參數取決于原網絡中的實際鏈路。在計算虛擬鏈路 的QoS參數時，本發明采用N條非鄰接路徑的最大參數值，在計算每條實際路徑的QoS參數 時，帶寬為路徑上各個鏈路帶寬的最小值，延遲和丟包率為各個鏈路的總和，抖動由延遲求 導數獲得。本發明應用拓撲聚合來降低全局分布式路由的捜索空間，其本質是將上層控制 平面的部分工作轉移到下層控制平面來進行，運是合理的，測試表明全局分布式路由的平 均時間為集中式路由的數十倍。
[0081] 上面對本發明作了詳細的說明，但是本發明并不限于上述的實施方式，在本領域 的技術人員可W根據自己所具備的知識，對本發明做各種變化W達到更優的效果。
【主權項】
1. 一種提高層次分布式軟件定義網絡(SDN)控制平面路由效率的機制，其特征在于： 1) 網絡中的路由請求按照網絡層次和IP地址分為Ξ個級別進行處理； 2) 采用阻斷島范式理論降低集中控制路由（CSR)的捜索空間； 3) 對全局網絡進行拓撲聚合W降低分布式路由的復雜度。2. 如權利要求1所述的一種對層次分布式SDN控制平面路由效率改進的機制，其特征在 于控制器平面被分為兩個層次，上層控制平面采用完全分布式的結構。每個異構的局域網 絡分別由一個底層控制器負責管理，上層控制平面采用配對的方式對下層控制器進行管 理。假設局域網絡稱為LA，底層控制器稱為LC，上層控制器網絡稱為UA，上層控制器稱為UC。 將網絡路由劃分為Ξ個級別能夠降低路由算法的平均時間復雜度，其中LA內部路由和UA內 部路由被作為集中控制路由進行處理，跨UA的路由被作為全局分布式路由進行處理。CSR在 本發明中被作為一個CSP問題進行處理，并且采用拉格朗日松弛變量算法(LARAC)來解決該 問題。本發明對路由計算請求的處理步驟為： 步驟一 :LC收到來自LA的路由請求時，LC會判斷路由請求數據包PACKET_IN的目的IP地 址是否位于該LA中，如果目的IP地址也位于該LC所管理的LA內部，則會發起一次WLC為控 制器的CSR。假設源節點為S，目的節點為T，局域網絡為LAi，要求的最小帶寬為Bmin，其最優 路徑可W表示為:r = CSR(Gii，（S，T)，Bmin)，其中CSR(Gii，（S，T)，Bmin)為本發明所使用的符 號，表示使用LARAC算法解決CSP問題獲得的最優路徑，Gii表示第i個局域網路LA，i = 1， 2，...，L，L是LA的個數； 步驟二：當LC判斷目的IP地址和源IP地址不再同一個LA中，LC會將PACKET_IN數據包上 傳到其對應的UC進行處理。類似的，UC收到路由計算請求時，如果判斷目的IP地址位于其對 應的UA中，將會發起一次W該UC為控制器的CSR。假設源節點為S，目的節點為T，局域網絡為 UAi，要求的最小帶寬為Bmin，則其最優路徑可W表示為^ =〔51'(6心（5，1')，8。1。），其中6。康 示第i個局域網絡1^，1 = 1，2，...，1]，1]為1^的個數； 步驟Ξ:當UC判斷目的IP地址不再其管理的UA中時，UC首先將PACKET_IN路由請求數據 包同步到其它上層控制器，并發起一次全局分布式路由請求。全局分布式路由請求被作為 一系列有序的CSR進行處理。在本發明中采用阻斷島范式理論降低CSR的復雜度并且對全局 網路拓撲進行聚合W降低每個CSR的捜索空間，從而提高了全局分布式路由的處理效率。假 設全局分布式路由共分1次CSR路由，第i次路由的源節點為Im，則Im為源節點S，目的節點 為T，要求的最小帶寬為Bmin，對應的全局聚合網絡為^第i次的路由的源節點所在網絡為 UAi，則： 第i次計算得到的路由如下：第i次路由中源節點所在網絡的出節點如下：第i+1次路由的源節點如下： in(i) = {im| (outi，im)Eri} 第i次路由得到的最終域間鏈路如下： linki= (outi，im) 分布式最優路徑如下：3. 如權利要求1所述的獲取源節點到目的節點的的帶寬T(e)、時延d，同時設定鏈路的最 大帶寬B(e)，通過獲取到的帶寬T(e)W及設定的鏈路的最大帶寬B(e)，來計算鏈路的丟包率。4. 如權利要求1所述的對于CSR，使用阻斷島范式理論為網絡建立BI圖。限制條件下的 路由優化問題是一個NP-完全問題，本發明將其作為一個CSP問題并使用LARAC作為路由優 化算法，總的平均時間復雜度為+ vVlog^2)。為了進一步提高CSR的效率，本發明采 用阻斷島范式理論為網絡建立BI圖，BI的主要思想是將可用的網絡資源抽象為一個層次樹 結構，而C-BI表示從節點S出發能夠滿足約束條件C的節點和對應鏈路的集合。CSR算法基于 BI圖進行，W降低最優路徑的捜索空間，其步驟如下： 步驟一:為網絡建立C-BI圖。本發明采用貪婪算法建立網絡C-BI圖。 步驟二：降低CSR算法的捜索空間。假設已經建立節點Si的C廣BI圖，圖中包含N個節點， 分別編號為Si，S2,. . .，Sn，不包含節點T，此時發起從節點Si到節點Sn(n=l，2,. . .，N)且帶寬 小于Cl的路由請求，則此時算法會迅速返回路徑"存在"，對于從Si到T的帶寬為Cl的路由請 求，則算法會迅速判斷路徑"不存在"，而從節點Si到Sn(n=l，2,...，N)內的帶寬大于Cl的路 由請求，則算法會繼續建立C2-BI圖，其中C2含C1，如果不存在C2-BI圖，則算法返回"不存 在"，否則算法將返回"存在"。 步驟Ξ:對步驟二中得到的存在滿足服務質量(QoS)條件的C-BI圖執行LARAC算法，得 到 的最優路徑表示為:r = CSR(G(N, A)，（ S，T )，Bmin )。5. 如權利要求1所述的全局分布式路由是基于CSR和全局聚合網絡的路由序列。下層控 制器在上傳 LA網絡同時計算并且上傳 LA聚合網絡，全局分布式路由由一系列CSR組成，CSR 基于全局聚合網絡可W提高總的路由算法的效率。層次分布式控制平面中存在Ξ種鏈路， 分別為LA內鏈路，LA間鏈路和UA間鏈路，而聚合拓撲中的虛擬鏈路的QoS參數取決于原網絡 中的實際鏈路。在計算每條實際路徑的QoS參數時，帶寬為路徑上各個鏈路帶寬的最小值， 延遲和丟包率為各個鏈路的總和，抖動由延遲求導數獲得。本發明應用拓撲聚合來降低全 局分布式路由的捜索空間，其本質是將上層控制平面的部分工作轉移到下層控制平面來進 行。網絡拓撲聚合的例子如圖4所示。具體的步驟如下： 步驟一:通過迪杰斯特拉算法計算K條非鄰接最小代價路徑η,η，...，Γκ，當計算第k化 =1，2,...，Κ)條路徑時，前k-1條路徑被從網絡中移除。 步驟二:將^^2，...，^的平均代價和平均9〇5參數復制給鏈路。〇)，^帶寬為例，假 設路徑r的代價為C(r)，帶寬為B(r)，貝。 聚合路徑的代價為：聚合路徑的帶寬為：步驟Ξ:對步驟二所獲得的聚合網絡拓撲執行CSR路由算法即可得到最優路徑。6.如權利3要求所述求鏈路丟包率的公式，本發明假定鏈路超過最大帶寬的80%，鏈路 發生擁塞的概率就會增大，導致發生丟包的概率會增大。所W假定，鏈路超過最大帶寬的 80 %就會發生丟包。
【文檔編號】H04L12/729GK105847146SQ201610146284
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月11日
【發明人】陳兵, 朱向陽
【申請人】南京航空航天大學