一种基于SDN的数据中心网络流量调度方法

技术特征：
1.一种基于sdn的数据中心网络流量调度方法，其特征在于，网络中sdn控制器周期性向各个交换机发送的包含lldp帧的packet out消息，各个交换机接收所述packet out消息，并根据packet out消息收集其所在网络的拓扑信息，并将拓扑信息反馈至sdn控制器；sdn控制器周期性分析接收到的拓扑信息，并更新packet out消息，同时更新其所在网络的拓扑信息，进一步获得网络拓扑和链路状态信息；基于获得的网络拓扑和各个链路状态信息，由sdn控制器分别针对各个链路上的待分配数据流，通过执行以下步骤a至步骤f，完成待分配数据流的流量调度；步骤a：sdn控制器计算当前网络拓扑中存在待分配数据流的各个链路的链路带宽b
f
，并进一步计算当前网络拓扑该各个链路各自的链路带宽利用率c，并分别针对该各个链路，判断链路带宽利用率c是否大于预设网络拥塞阈值，是则判定该当前网络拓扑中该链路为拥塞状态，并针对该拥塞状态链路，进入步骤b，否则进入步骤c；步骤b：获得该条拥塞状态链路的待分配数据流类型，如果该待分配数据流类型为短流，则进入步骤d；如果该待分配数据流类型为长流，则进入步骤e；步骤c：选用ecmp路由算法进行路由，使用当前待分配数据流的第一个分组的五元组进行散列计算，获得运算结果，并将运算结果对一常数取余数，以该余数作为待分配数据流的传输路径，实现为待分配数据流分配传输路径，随后进入步骤f；步骤d：选用ksp路由算法进行路由，并获得待分配数据流在所在链路上传输的k条路径，实现对待分配数据流分配传输路径，随后进入步骤f；步骤e：选用acits路由算法进行路由，并获得待分配数据流的传输路径，实现对待分配数据流分配传输路径，随后进入步骤f；步骤f：sdn控制器基于当前网络拓扑，针对待分配数据流的传输路径，在其沿途路径中对各个交换机安装对应的流表项，完成待分配数据流的流量调度。2.根据权利要求1所述的一种基于sdn的数据中心网络流量调度方法，其特征在于，所述步骤a中，按如下公式计算当前各个链路带宽： ；其中，为当前轮询的时间间隔，其中和分别是数据流流表项在t时刻和匹配字节数；按如下公式计算当前各个链路带宽利用率：，其中表示链路的总容量。3.根据权利要求2所述的一种基于sdn的数据中心网络流量调度方法，其特征在于，所述步骤b按以下步骤b1至步骤b3，获得当前待分配数据流类型；步骤b1：计算当前网络拓扑所有可用链路的平均剩余带宽：，其中，表示网络中所有链路总数，表示所有可用链路集合，表示链路的总容量，表示链路上占用的链路带宽，随后进入步骤b2；步骤b2：计算数据流分类阈值：，，其中为流分类阈值系数，随后进入步骤b3；步骤b3：比较链路带宽的值与数据流分类阈值的值的大小，如果链路带宽的值大于数据流分类阈值的值，则当前数据流类型为长流，否则当前数据流类型为短流。4.根据权利要求1所述的一种基于sdn的数据中心网络流量调度方法，其特征在于，所述步骤d中选用ksp路由算法进行路由，通过步骤d1至步骤d2获得短流的传输路径，其中所述短流的传输路径为k条； 步骤d1：通过dijkstra算法计算出源节点到目的节点的一条最
短路径p(1)，随后进入步骤d2：步骤d2：采用递推法求出其他的k-1条路径；其中，通过dijkstra算法求路径p(i 1)时，将路径p(i)经过的除目的节点外的其他节点作为偏离点，分别计算偏离点到目的节点的最短路径，并将其与源节点到偏离节点的路径进行拼接，构成偏离路径集合，从中选出最短偏离路径。5.根据权利要求1所述的一种基于sdn的数据中心网络流量调度方法，其特征在于，所述步骤e根据acits路由算法进行路由，并执行步骤e1至步骤e5，获得最优路径，以此最优路径作为长流传输路径；步骤e1：根据链路的负载信息，对全网链路信息素进行差异初始化；随后进入步骤e2；步骤e2：设定蚂蚁数量为x，同时设定该算法最大迭代次数为i_max，以及设定蚂蚁寻找目的节点最多途经跳数n_max；设置每只蚂蚁a_k(k=1,2,
…
,x)所对应的一个禁忌表，用于避免该只蚂蚁重复访问同一个节点；且将所有蚂蚁放置在源节点，准备进入下一跳交换机节点，随后进入步骤e3；步骤e3：在最多途经跳数n_max内，各个蚂蚁a_k根据转移概率选择其下一跳交换机节点，并且在转移完成后修改各自对应的禁忌表，以此为一次迭代；完成一次迭代则进入步骤e4，否则进入步骤e2，所述转移概率为：，其中，为第k只蚂蚁下一步可选的节点集合，表示蚂蚁a_k从节点i转移到节点j的概率；代表信息素的重要程度；代表启发信息的重要程度；表示在t时刻链路的信息素含量；表示在t时刻从节点i到节点z的链路的信息素含量；为综合启发函数，表示在t时刻从节点i到节点j的链路上的启发信息；为综合启发函数，表示在t时刻从节点i到节点z的链路上的启发信息；步骤e4：对各个蚂蚁a_k所经过其链路上的信息素按照如下更新规则进行更新，并判断是否达到预设最大迭代次数，达到预设最大迭代次数，则进入步骤e5，否则进入步骤e2；所述更新规则公式为：，其中，表示本轮迭代后链路上的信息素增量，表示本轮迭代链路上的信息素增量；为阶段性信息素挥发系数，具体公式为：其中，代表算法当前迭代次数，
代表算法最大迭代次数，代表本轮迭代最优路径，代表至今为止最优路径；步骤e5：输出最大迭代次数时至今为止最优路径，并以所述至今为止最优路径作为长流传输路径。6.根据权利要求3所述的一种基于sdn的数据中心网络流量调度方法，其特征在于，所述步骤b2中，计算数据流分类阈值：，流分类阈值系数，其中，流分类阈值系数取5%。7.根据权利要求1所述的一种基于sdn的数据中心网络流量调度方法，其特征在于，其特征在于，所述sdn控制器包括topology核心模块、switches.py模块、dumper.py模块，所述topology核心模块用于获得网络拓扑、所述switches.py用于对交换机的监测，所述dumper.py用于调用switches.py监测结果，并传送检测结果至sdn控制器进行分析。

技术总结
本发明公开了一种基于SDN的数据中心网络流量调度方法，包括网络中SDN控制器周期性向交换机发送包含LLDP帧的Packet Out消息，交换机接收Packet Out消息，并将拓扑信息反馈至SDN控制器；SDN控制器周期性分析并更新该拓扑信息，获得网络拓扑和链路状态信息；基于获得的网络拓扑和各个链路状态信息，由SDN控制器分别针对各个链路上的待分配数据流，通过计算各链路的链路带宽，判断各链路是否拥塞，如果不拥塞，选用ECMP路由算法进行路由。如果拥塞，则判断当前待分配数据流类型为长流还是短流，分别为长流及短流分配传输路径；并在其沿途路径中对各交换机安装对应流表项，完成待分配数据流流量调度。据流流量调度。据流流量调度。


技术研发人员：郭永安 田丰 王禹博 佘昊 钱琪杰
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/5/6