基於sdn的特殊流量qos保障方法

2023-06-21 11:41:46

基於sdn的特殊流量qos保障方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於SDN的特殊流量的QOS保障方法，其包括以下步驟：網絡中的流量分為普通流量和有QOS需求的特殊流量，分別對普通流和特殊流設計不同的路由算法。通過巧妙的鏈路權重設置，讓普通流的選路儘量避開特殊流，降低普通流突發性對特殊流QOS指標的影響。對特殊流不僅提供了多QOS指標約束下的路由算法，而且可以調整網絡中現有的其他特殊流，提高網絡吞吐。為了儘量保證特殊流的傳輸，如果當網絡出現鏈路負載過高，尤其是丟包嚴重的時候，網絡會丟棄部分普通流的分組來保障QOS需求。本發明可有效地保證特殊流量的QOS，使需要QOS保障的流量快速、高效地在網絡中傳輸，具有很高的實用價值和推廣價值。
【專利說明】基於SDN的特殊流量QOS保障方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種網絡QOS (Quality of Service,服務質量）保障方法，具體地說， 是涉及一種基於SDN(Software Defined Network,軟體定義網絡）的特殊流量的Q0S保障 方法。

【背景技術】
[0002] IP網絡提供盡力而為的服務，用最短路轉發分組。這種簡單的設計讓IP網絡在競 爭中脫穎而出，成為當今網際網路的基礎。但隨著VoIP(VoiceoverInternetProtocol,網 絡電話）、IPTV(InternetProtocolTelevision,全名網絡協定電視）、在線流媒體等應用 的興起，IP網絡無法提供Q0S保障的軟肋逐漸顯現。為應對這個問題，學術界和產業界做了 很多嘗試，例如IntServ(IntegratedServices,綜合服務）和DiffServ(Differenciated Service，區分服務）的方案，以及MPLS-TE(多協議標籤交換）等手段，但由於它們實現復 雜，部署困難，並沒有得到廣泛應用。總的來說，在IP網絡中提供Q0S保障仍是一個挑戰。 SDN的出現為Q0S保障提供了新的契機。
[0003]SDN具有控制與轉發分離，集中式控制和網絡可編程的特點。控制器集中式地管理 網絡狀態信息，利用網絡全局視圖，可以實現更有策略的路由算法和控制邏輯。本發明要解 決的技術問題就是如何利用SDN在盡力而為的IP網絡中為特殊業務提供Q0S保障。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的在於提供一種基於SDN的特殊流量的Q0S保障方法，主要解決現有 網絡無法提供Q0S保障的問題。
[0005] 為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：
[0006] 基於SDN的數據中心網路流量工程方法，包括以下步驟：
[0007] (l)SDN控制器根據業務註冊的情況，對網絡中的業務流量進行區分，將網絡中的 流量分為普通流量和有Q0S需求的特殊流量（註冊的業務流量為特殊流量，沒註冊的流量 為普通流量），分別對普通流量和特殊流量調用不同的處理模塊、用不同的路由算法來處 理。
[0008] (2)對網絡中的普通流量，採用普通流的路由模型，對網絡中的路徑進行不同的權 重設置，使普通流選路的時候儘量避開特殊流。當網絡中鏈路的權重設置完成以後，使用 Dijkstra(迪傑斯特拉，單源最短路徑）算法，找出源節點到目的節點的最短路並發送數 據。
[0009] (3)對網絡中的特殊流量，首先判斷網絡能否接納這條流，為它提供所需的Q0S保 障。如果判斷結果是能接納，則直接調用Q0S選路算法；如果判斷結果是不能接納，控制 器並不草率地認為當前網絡不具有滿足Q0S需求的轉發路徑，而是通過嘗試路徑的動態調 整，將一條和新到達的流同源同宿的現有特殊流遷移到其它路徑，來容納較大的新到達的 特殊流。如果調整現有流量後仍然不能接納新到的特殊流，則拒絕，否則調整現有的特殊 流，同時接納新流。
[0010] ⑷對接納的特殊流採用Q0S選路算法，即結合多Q0S指標聚合權重，根據聚合後 的權重，利用k-shortestpaths(K條最短路徑）算法，選出備選路徑，並從備選路徑集中篩 選出一條符合Q0S需求並且負載最為均衡的路徑作為最終的結果。
[0011] (5)當網絡出現鏈路負載過高，尤其是丟包嚴重的時候，丟棄部分普通流的分組來 保障特殊流的Q0S需求。
[0012] 步驟（1)中，所述業務流量區分通過以下步驟得出：
[0013] (la)在SDN網絡中，在伺服器向用戶發送數據包之前，伺服器會根據業務的需求， 將需要Q0S保證的業務在控制器中進行註冊。控制器中有一個註冊管理模塊對註冊業務進 行管理。
[0014] (lb)當數據包在發送時，控制器會查看註冊管理模塊，將未註冊的業務流量設為 普通流量，將已經註冊的業務流量設為特殊流量。分別對普通流量和特殊流量調用不同的 處理模塊進行處理。
[0015] 所述步驟（2)具體包括以下步驟：
[0016] (2a)對網絡中的普通流量，採用普通流路由模型，對網絡中的路徑進行不同的權 重設置，使普通流選路的時候儘量避開特殊流。普通流的路由模型如（2b)所述。
[0017] (2b)設G(N，E)表示網絡拓撲，其中N是頂點集合，E是邊的集合，eGE表示一條 邊；
[0018] Rst表示源點為s，宿點是t的所有路由的集合，r G Rst表示其中的一條路由； [0019] ce表示鏈路e上容量（最大可用帶寬）；
[0020] Ve表示當前鏈路e上的負載（當前已用的帶寬）；
[0021] re表示鏈路e上的剩餘帶寬，ve+re =ce ;

【權利要求】
1. 一種基於SDN的特殊流量QOS保障方法，包括SDN控制器和轉發設備，其特徵在於， 包括以下步驟： 51、SDN控制器根據業務註冊的情況，對網絡中的業務流量進行區分，將網絡中的流量 分為普通流量和有QOS需求的特殊流量，將已註冊的業務流量設為特殊流量，將沒註冊的 流量設為普通流量，分別對普通流量和特殊流量調用不同的處理模塊、用不同的路由算法 來處理； 52、 對網絡中的普通流量，採用普通流的路由模型，對網絡中的路徑進行不同的權重 設置，使普通流選路的時候儘量避開特殊流；當網絡中鏈路的權重設置完成以後，使用 Dijkstra算法，找出源節點到目的節點的最短路並發送數據； 53、 對網絡中的特殊流量，首先判斷網絡能否接納這條流，為它提供所需的QOS保障； 如果判斷結果是能接納，則直接調用QOS選路算法；如果判斷結果是不能接納，控制器通過 嘗試路徑的動態調整，將一條和新到達的流同源同宿的現有特殊流遷移到其它路徑，來容 納較大的新到達的特殊流；如果調整現有流量後仍然不能接納新到的特殊流，則拒絕，否則 調整現有的特殊流，同時接納新流； 54、 對接納的特殊流採用QOS選路算法，即結合多個QOS指標聚合權重，根據聚合後的 權重，利用k-shortestpaths算法，選出備選路徑，並從備選路徑集中篩選出一條符合QOS 需求並且負載最為均衡的路徑作為最終的結果； 55、 當網絡出現鏈路負載過高，尤其是丟包嚴重的時候，對普通流進行抑制以保障特殊 流的QOS需求。
2. 根據權利要求1所述的基於SDN特殊流量QOS保障工程方法，其特徵在於：所述QOS 指標包括QOS流的帶寬需求、端到端允許的時延最大值、端到端允許的丟包率最大值、端到 端允許的時延抖動最大值。
3. 根據權利要求1或2所述的基於SDN特殊流量QOS保障工程方法，其特徵在於，步驟 Sl所述業務流量的區分通過以下步驟得出： SIA、 在SDN網絡中，伺服器向用戶發送數據包之前，伺服器根據業務的需求，將需要 QOS保證的業務在控制器中進行註冊，所述控制器中設有註冊管理模塊對註冊業務進行管 理； SIB、 當數據包在發送時，控制器查看註冊管理模塊，將未註冊的業務流量設為普通流 量，將已經註冊的業務流量設為特殊流量，分別對普通流量和特殊流量調用不同的處理模 塊進行處理。
4. 根據權利要求1所述的基於SDN的特殊流量QOS保障方法，其特徵在於：步驟S2所 述普通流的路由模型在設置時，以加權的鏈路利用率為權重，選擇一條總代價最小的路徑。
5. 根據權利要求1或4所述的基於SDN的特殊流量QOS保障方法，其特徵在於，所述普 通流路由模型的設置方法包括以下步驟： S2A、對網絡中的路徑進行不同的權重設置， G(N,E)表示網絡拓撲，其中N表示頂點集合，E表示邊的集合，eeE表示一條邊； Rst表示源點為s，宿點是t的所有路由的集合，reRst表示其中的一條路由； Ce表示鏈路e上容量，即最大可用帶寬； Ve表示當前鏈路e上的負載，即當前已用的帶寬； re表示鏈路e上的剩餘帶寬，ve+re =ce ; θ'ε表示鏈路上e在普通流選路時的權重； qos data ηη? Ania Pe ,pc分別表示鏈路e上的特殊流和普通流的比例，+p; =1; α，β是兩個參數，用於控制普通流和特殊流儘量分開，β>α， 代表所求目標，即目標是求源點為s，宿點是t的所有路由中，權重最小的 路由，S.t.代表約束條件，普通流的路由模型表示為：
S2B、當網絡中鏈路的權重設置完成以後，使用以θ'ε為鏈路權重的Dijkstra算法，找 出源節點到目的節點的最短路，按照該最短路發送數據。
6.根據權利要求2所述的基於SDN的特殊流量QOS保障方法，其特徵在於，步驟S3所 述判斷網絡能否接納網絡中的特殊流並為它提供所需的QOS保障，包括以下步驟： S3A、預處理網絡拓撲，刪除帶寬約束不滿足的邊來減少網絡拓撲； S3B、在處理後的網絡拓撲中分別找出時延最小、抖動程度最小、丟包率最小的路徑，判 斷每個指標是否滿足其對應的指標要求，其中任一指標不滿足要求，都初步判定不能接納。
7.根據權利要求1或6所述的基於SDN的特殊流量QOS保障方法，其特徵在於，所述指 標的計算方法包括： 4表示鏈路e上的時延，Ie表示鏈路e上的丟包率，i表示路徑r上的時延抖動，Θe 表示鏈路e上的利用率，re+ve=ce ;b表示QOS流的帶寬需求，dmax表示端到端允許的時 延最大值，Imax表示端到端允許的丟包率最大值，九"表示端到端允許的時延抖動最大值， 代表優化目標，即目標是網絡負載均衡，s.t.代表約束條件，則
8.根據權利要求1或2所述的基於SDN的特殊流量QOS保障工程方法，其特徵在於，所 述步驟S4具體包括以下步驟： S4A、在確定了網絡資源有可能接納一條新到的特殊流之後，通過使用聚合權重的方 式，We表示鏈路e上的聚合權重，de表示鏈路e上的時延、Je表示路徑e上的時延抖動，Ie 表示鏈路e上的丟包率，rl表示de的權重，r2表示Je的權重，r3表示Le的權重，we =AdJr2JJr3Le，其中 = 1 ; S4B、以We作為鏈路權重，使用K-Shortest-Paths算法，得到備選路徑集，刪除不滿足 任一QOS指標的備選路，得到備選路徑集合，再找出使網絡負載最均衡的一條路徑作為新 到特殊流的路由； S4C、如果最後沒有滿足的路徑，則拒絕這條新到的流。
9.根據權利要求1或2所述的基於SDN的特殊流量QOS保障方法，其特徵在於，步驟S5所述對普通流進行抑制的方法包括：隨機丟掉普通流的分組，以觸發TCP的擁塞控制機 制，降低發送端的發送速率。
【文檔編號】H04L12/725GK104468352SQ201410834247
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月26日 優先權日:2014年12月26日
【發明者】章小寧, 鮑新春, 楊宏偉, 王建國, 潘志光 申請人:深圳市新格林耐特通信技術有限公司