軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的路由決策及流表一致性優(yōu)化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由決策及流表一致性優(yōu)化方法，涉及軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。本發(fā)明的流表一致性優(yōu)化方法首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)感知實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)全局狀態(tài)，維護(hù)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中不同時(shí)刻的拓?fù)鋱D，并及時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錉顟B(tài)及事件；然后將基于下發(fā)時(shí)延的路由決策和基于路徑相似度的路由決策結(jié)合，所需的下發(fā)延時(shí)以及寫入延時(shí)都較小，從而降低流表更新過(guò)程的總延時(shí)；最后通過(guò)調(diào)整交換機(jī)的下發(fā)順序，減少交換機(jī)到控制器的時(shí)延對(duì)流表不一致的影響，通過(guò)對(duì)新舊流表進(jìn)行分類處理，減少下發(fā)流表項(xiàng)的數(shù)目來(lái)達(dá)到減少流表項(xiàng)的寫入時(shí)間，從而減少流表更新的總時(shí)延。本發(fā)明更好的改善了軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)流表更新的不一致性問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的路由決策及流表一致性優(yōu)化的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Satellite Network，SDSN)領(lǐng) 域，特別是涉及到改善軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)流表更新的不一致性問(wèn)題。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network,SDN)作為一種新的技術(shù)理念 受到了越來(lái)越多的關(guān)注。它通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)中的管理功能從交換機(jī)或路由器等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上 剝離，從而實(shí)現(xiàn)了控制平面與數(shù)據(jù)平面的完全獨(dú)立。SDN中控制平面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和收集網(wǎng) 絡(luò)信息，及時(shí)反饋網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作狀態(tài)和鏈路連接狀態(tài)。這種集中控制功能應(yīng) 用到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，能夠很好地解決衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由于拓?fù)鋾r(shí)變性引起的控制信息發(fā)布和收斂時(shí) 效性差等問(wèn)題。在SDN控制機(jī)制中，提出了流表的概念。流表是對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中二層轉(zhuǎn)發(fā)表、三 層路由表的抽象，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、以及傳輸層的網(wǎng)絡(luò)配置信息進(jìn)行了整合。該機(jī) 制弱化了協(xié)議在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中概念，達(dá)到同時(shí)處理與響應(yīng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中并存的各個(gè)層次的協(xié)議 的目的，進(jìn)而能夠解決衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中存在的協(xié)議異構(gòu)性問(wèn)題。基于上述分析，SDN為解決衛(wèi)星 網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議異構(gòu)性、拓?fù)鋾r(shí)變性都提供了一個(gè)新的方向。
[0003]在SDN技術(shù)中，控制平面與數(shù)據(jù)平面的分離、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分發(fā)機(jī)制和時(shí)延的影響，都 對(duì)SDN流表的一致性需求提出了挑戰(zhàn)。SDN數(shù)據(jù)平面不運(yùn)行任何協(xié)議，通過(guò)控制器下發(fā)控制 指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于數(shù)據(jù)平面的分布式結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的存在，在下發(fā)流表時(shí)，不 同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的流表不可能同時(shí)到達(dá)。這種情況下可能會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中同時(shí)存在新舊兩 種流表，引起流表的不一致。流表的不一致可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)平面對(duì)同一個(gè)業(yè)務(wù)的不同的處理， 影響網(wǎng)絡(luò)性能造成網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)斷路、丟包、環(huán)路等現(xiàn)象。尤其在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，動(dòng)態(tài)拓?fù)涫沟镁W(wǎng) 絡(luò)狀態(tài)頻繁發(fā)生變化，控制器需要不斷的對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行收集，頻繁更改路由策略并對(duì)路 由表進(jìn)行下發(fā)。這些狀態(tài)的頻繁改變使得軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中流表不一致性問(wèn)題更加突 出。為了提高衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的SDN流表一致性進(jìn)行研究具有重要 意義。
[0004]流表的更新延時(shí)是影響流表一致性的主要因素，而流表在更新過(guò)程中時(shí)延包括兩 部分:下發(fā)時(shí)延和流表寫入時(shí)延。下發(fā)時(shí)延是控制器將流表發(fā)送到交換機(jī)上所需的下發(fā)時(shí) 延，該時(shí)延受控制器到交換機(jī)之間的控制鏈路的時(shí)延的影響，又被稱為控制延時(shí)。寫入時(shí)延 是指SDN中流表安裝到交換機(jī)上的時(shí)延。更新時(shí)延則是流表下發(fā)時(shí)延與流表寫入時(shí)延之和。 在控制器在對(duì)網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)進(jìn)行流表更新時(shí)，交換機(jī)更新的先后順序也會(huì)對(duì)流表的一致性 產(chǎn)生影響。同時(shí)流表的更新策略不同，流表的寫入時(shí)間也不同。
[0005]目前對(duì)流表一致性的研究大多集中于流表的下發(fā)規(guī)則，這是因?yàn)獒槍?duì)地面網(wǎng)絡(luò)， 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目多，業(yè)務(wù)量大，在網(wǎng)絡(luò)控制規(guī)則發(fā)生變化時(shí)，需要大量的更新流表。而在衛(wèi) 星網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的數(shù)目不多，且衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)所承擔(dān)的業(yè)務(wù)量相對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)較少，此外 由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)特殊的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)距離較大，使得衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)相比地面網(wǎng)絡(luò) 具有較大的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。如衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中GE0(高軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò))節(jié)點(diǎn)對(duì)地面的延時(shí)多達(dá)一百多毫 秒，而且衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的惡劣的空間環(huán)境使得網(wǎng)絡(luò)中的延遲問(wèn)題加劇。同時(shí)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓 撲，使得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定，星間、星地間鏈路的切換使得業(yè)務(wù)傳輸過(guò)程中所經(jīng)路徑切換頻 繁，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)控制規(guī)則頻繁變化，控制器需要不斷的收集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，制定路由策略以及更 新流表規(guī)則。
[0006] 不一致時(shí)延是用來(lái)判斷計(jì)算的路徑中各交換機(jī)節(jié)點(diǎn)是否存在邏輯不一致的情況， 若交換機(jī)m到控制器的延時(shí)^大于路徑中源交換機(jī)節(jié)點(diǎn)到控制器的延時(shí) C1與路徑中前m個(gè)節(jié) 點(diǎn)的鏈路延遲之和，則認(rèn)為交換機(jī)m存在不一致時(shí)延，則不一致時(shí)延At = Cm-Ci-前m個(gè)節(jié)點(diǎn) 鏈路之和，那么在網(wǎng)絡(luò)對(duì)該路徑更新流表時(shí)，交換機(jī)m的流表生效所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)發(fā) 生在數(shù)據(jù)包到達(dá)交換機(jī)m時(shí)，交換機(jī)m的流表仍然沒(méi)有生效的情況;若不存在不一致時(shí)延，Λ t = 0〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)延遲大，動(dòng)態(tài)拓?fù)涞奶匦?，本發(fā)明分別從控制時(shí)延、流表寫入 時(shí)延以及切換來(lái)考慮在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的流表一致性優(yōu)化問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化了流表一致性，提 高了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性。
[0008] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)放案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0009] 軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中基于路徑相似度的路由決策方法，包括以下步驟：
[0010] (101)軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的控制器根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜彤?dāng)前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算源節(jié) 點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的所有可達(dá)路徑，并將所有可達(dá)路徑生成可達(dá)路徑集；
[0011] (102)分別計(jì)算原始路徑與各可達(dá)路徑中表示每個(gè)交換機(jī)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣； 所述的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣為:在路徑中經(jīng)過(guò)的交換機(jī)，在節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣的對(duì)應(yīng)元素為1;在路徑 中不經(jīng)過(guò)的交換機(jī)，在節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣的對(duì)應(yīng)元素為〇;
[0012] (103)分別計(jì)算各可達(dá)路徑與原始路徑之間的相似矩陣;所述的相似矩陣為:可達(dá) 路徑與原始路徑都經(jīng)過(guò)同一交換機(jī)或者都不經(jīng)過(guò)同一交換機(jī)，在相似矩陣的對(duì)應(yīng)元素為1; 否則，在相似矩陣的對(duì)應(yīng)元素為〇;
[0013] (104)根據(jù)相似矩陣計(jì)算各可達(dá)路徑與原始路徑的路徑相似度，將路徑相似度最 大的路徑作為最大相似度路徑。
[0014] 其中，步驟（104)所述的路徑相似度計(jì)算具體為:母=踩=1對(duì)>;其中，心為路徑i與 原始路徑的路徑相似度，硭為路徑i與原始路徑的相似矩陣，η為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的交 換機(jī)個(gè)數(shù)。
[0015] 一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由決策方法，將最大相似度路徑與最小下發(fā)時(shí)延 路徑相結(jié)合得到的路徑作為最優(yōu)路徑，具體包括以下步驟：
[0016] (201)將最小下發(fā)時(shí)延路徑與最大相似度路徑結(jié)合，構(gòu)造雙目標(biāo)函數(shù)；
[0017] 所述的雙目標(biāo)函數(shù)為:min( EmePCm+ Δ tmax)與maxRi，其中，Cm為交換機(jī)m至丨」控制器的 控制時(shí)延，P為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的可達(dá)路徑集，△ tmax為可達(dá)路徑中 各個(gè)交換機(jī)不一致時(shí)延的最大值，Ri為路徑i與原始路徑的路徑相似度；
[0018] (202)將雙目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)函數(shù)，將滿足單目標(biāo)函數(shù)的路徑作為最優(yōu)路徑；
[0019] 所述的單目標(biāo)函數(shù)為:min[a( EmePcm+Atmax)+邱'（Ι-Ri)]，其中，f為歸一化因 子，α和β分別為兩個(gè)目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，代表兩個(gè)目標(biāo)的相對(duì)重要程度，且α+β= 1。
[0020] 其中，所述的最小下發(fā)時(shí)延路徑的獲得包括以下步驟：
[0021] (301)軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的控制器根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜彤?dāng)前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算源節(jié) 點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的所有可達(dá)路徑，并將所有可達(dá)路徑生成可達(dá)路徑集;所述的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包含 各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息和延遲信息，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒溌愤B接關(guān)系、鏈路延遲以及網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)和控 制器之間的控制延遲；
[0022] (302)分別計(jì)算各可達(dá)路徑的中的每個(gè)交換機(jī)的不一致時(shí)延；
[0023] (303)找出可達(dá)路徑中所有滿足目標(biāo)函數(shù)min( ΣmePcm+ Δ tmax)的路徑；其中，~為 交換機(jī)m到控制器的控制時(shí)延，P為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的可達(dá)路徑集， Δ tmax為可達(dá)路徑中各個(gè)交換機(jī)不一致時(shí)延的最大值；
[0024] (304)判斷步驟(303)所得路徑的傳播延時(shí)是否小于等于路徑時(shí)延指標(biāo)，并將小于 等于路徑時(shí)延指標(biāo)的路徑作為最小下發(fā)時(shí)延路徑。
[0025] 一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的流表一致性優(yōu)化方法，包括一種基于軟件定義衛(wèi)星 網(wǎng)絡(luò)的路由決策方法和流表更新方法。
[0026] 其中，所述的流表更新方法具體包括步驟：
[0027] (401)控制器計(jì)算最優(yōu)路徑中各交換機(jī)的不一致時(shí)延，若最優(yōu)路徑中存在不一致 時(shí)延，則控制器按照不一致時(shí)延的降序來(lái)調(diào)整下發(fā)流表到交換機(jī)的順序;若最優(yōu)路徑中各 交換機(jī)均不存在不一致時(shí)延，則控制器按照最優(yōu)路徑中各交換機(jī)的先后順序依次下發(fā)流表 到各交換機(jī)；
[0028] (402)把各交換機(jī)的流表項(xiàng)分為新增流表項(xiàng)、刪除流表項(xiàng)、更改流表項(xiàng)以及共同流 表項(xiàng)四類；
[0029] (403)將最優(yōu)路徑與原始路徑對(duì)比分析，通過(guò)判斷交換機(jī)的流表項(xiàng)屬于哪一類并 執(zhí)行相應(yīng)的下發(fā)流表策略。
[0030] 其中，步驟(401)中控制器按照不一致時(shí)延的降序來(lái)調(diào)整下發(fā)流表到交換機(jī)的順 序，具體為:控制器按照不一致時(shí)延的由大到小的順序?qū)π侣窂街械慕粨Q機(jī)下發(fā)流表。
[0031] 本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：
[0032] (1)將基于下發(fā)時(shí)延的流表一致性優(yōu)化方法和基于路徑相似度的流表一致性優(yōu)化 方法結(jié)合，在判斷一致性的基礎(chǔ)上求出從源交換機(jī)節(jié)點(diǎn)到目的交換機(jī)節(jié)點(diǎn)的具有最短下發(fā) 延遲的路徑，同時(shí)在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)生切換時(shí)，新舊路徑相似度較高，從而在對(duì)路徑中交換機(jī)更 新流表時(shí)，所需的下發(fā)延時(shí)以及寫入延時(shí)都較小，從而降低流表更新過(guò)程的總延時(shí)；
[0033] (2)通過(guò)調(diào)整交換機(jī)的下發(fā)順序，減少交換機(jī)到控制器的時(shí)延對(duì)流表不一致的影 響，通過(guò)對(duì)新舊流表進(jìn)行分類處理，減少下發(fā)流表項(xiàng)的數(shù)目來(lái)達(dá)到減少流表項(xiàng)的寫入時(shí)間， 從而減少流表更新的總時(shí)延。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為本發(fā)明的最優(yōu)路徑選擇流程圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明的流表更新流程圖；
[0036]圖3為本發(fā)明基于最短下發(fā)時(shí)延的路由決策中的網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)鋱D；
[0037]圖4為本發(fā)明基于路徑相似度的路由決策中的網(wǎng)絡(luò)切換前后路徑差異圖；
[0038]圖5為本發(fā)明的流表更新示意圖。 具體實(shí)施方案
[0039] 為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā) 明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全 部的實(shí)施例。
[0040] I、軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中基于下發(fā)延時(shí)的路由決策方法，具體包括以下步驟：
[0041] 步驟1:控制器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)洌?jì)算網(wǎng)絡(luò)鏈路延遲矩陣以及各個(gè)交換機(jī)到控制 器的延遲集合，將鏈路延遲標(biāo)識(shí)在鏈路上，節(jié)點(diǎn)上標(biāo)識(shí)的是節(jié)點(diǎn)號(hào)以及該節(jié)點(diǎn)到交換機(jī)的 延遲；
[0042] 實(shí)施例：如圖3所示，該衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中共有7個(gè)節(jié)點(diǎn)，9條鏈路(θ12，θ14， θ23，θ25，θ36，θ37， θ46，θ57，θ67)，圖3中給出了各條鏈路的延遲，以及交換機(jī)到控制器的延時(shí)。
[0043]步驟2:軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的控制器根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn) 的所有可達(dá)路徑，并將所有可達(dá)路徑生成可達(dá)路徑集；
[0044] 所述的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包含各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息和延遲信息，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒溌返倪B接關(guān)系、 鏈路延遲以及網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)節(jié)點(diǎn)和控制器之間的控制延遲。
[0045] 實(shí)施例:假設(shè)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)分別為節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)7,則根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)利用 深度遍歷算法計(jì)算節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)7之間所有可達(dá)路徑，有（1，2,5,7,0,0,0)，（1，2,3,7,0,0， 0)，（1，2,3,6,7,0,0)，（1，4,6,7,0,0,0)，（1，4,6,3,7,0,0)，（1，4,6,3,2,5,7)。
[0046] 步驟3:計(jì)算所有可達(dá)路徑中的每個(gè)交換機(jī)是否存在不一致時(shí)延At;
[0047] 實(shí)施例:所有可達(dá)路徑中只有路徑（1，2，5，7，0，0，0)存在不一致時(shí)延，不一致時(shí)延 的最大值Δ tmax值為4,其他可達(dá)路徑的Δ tmaxS〇。
[0048] 步驟4:計(jì)算每條可達(dá)路徑中所有節(jié)點(diǎn)到控制器的控制時(shí)延之和；
[0049]實(shí)施例:所有可達(dá)路徑的控制時(shí)延之和分別為25，21，27，21，29，43。
[0050] 步驟5:結(jié)合步驟3和步驟4計(jì)算滿足min( EmePCm+ Δ tmax)的路徑；
[0051] 實(shí)施例:選擇結(jié)果為路徑（1，2,3,7,0,0,0)和（1，4,6,7,0,0,0)。
[0052] 步驟6:判斷步驟5所得路徑的傳播延時(shí)是否小于等于路徑時(shí)延指標(biāo)，并將小于等 于路徑時(shí)延指標(biāo)的路徑作為最小下發(fā)時(shí)延路徑。
[0053] Π 、軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中基于路徑相似度的路由決策方法，具體步驟如下：
[0054]步驟1:控制器根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜彤?dāng)前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的所有 可達(dá)路徑，并將所有可達(dá)路徑生成可達(dá)路徑集；
[0055] 所述的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包含各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息和延遲信息，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒溌返倪B接關(guān)系、 鏈路延遲以及網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)節(jié)點(diǎn)和控制器之間的控制延遲。
[0056] 步驟2:分別計(jì)算原始路徑與各可達(dá)路徑中表示每個(gè)交換機(jī)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣；
[0057] 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中共有η個(gè)節(jié)點(diǎn)，則巧)表示網(wǎng)絡(luò)切換前的原始路徑中各 交換機(jī)狀態(tài)，4=(右，對(duì),...,41) (l<i<q)表示網(wǎng)絡(luò)切換后的可達(dá)路徑i中各交換機(jī)狀態(tài)，q 為可達(dá)路徑的個(gè)數(shù);若路徑經(jīng)過(guò)交換機(jī)k(l<k<n)，則禮反之，若路徑不經(jīng)過(guò)交 換機(jī)k，則怒=0,對(duì)_=0
[0058] 實(shí)施例:如圖4所示，假設(shè)從節(jié)點(diǎn)Si到節(jié)點(diǎn)S14切換前的原始路徑為(Si，S3，S4, S5，S6， 310,311，312,313,314)，則原始路徑的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣父4=(1，0，1，1，1，1，0,0,0，1，1，1，1，1)。
[0059] 當(dāng)51與53斷開(kāi)連接后，控制器根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包中業(yè)務(wù)源和目的IP以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?結(jié)構(gòu)計(jì)算3:節(jié)點(diǎn)與S 14節(jié)點(diǎn)之間的新的所有可達(dá)路徑集有兩種，分別為路徑一 (&，&々，&〇， Sn，S12，S13，Sw)和路徑二(Si，S2，S7，S8，S 9，S1Q，Sn，S12，S13，Sw)，則各可達(dá)路徑節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣 為Αχ?α,Ο,Ο,Ο,Ι,Ι,Ο,Ο,Ο,Ι,Ι,Ι,Ι,?ΚΧ^??α,Ι,Ο,Ο,Ο,Ο,Ι,Ι,Ι,Ι,Ι,Ι,Ι,Ι)。
[0060] 步驟3:分別計(jì)算各可達(dá)路徑與原始路徑之間的相似矩陣；
[0061] 相似矩陣SKSiSs，…，Sq]，S;=[於,Sf,·..,#]，當(dāng)戲，fc，即當(dāng)可達(dá)路徑與原始路徑 都經(jīng)過(guò)交換機(jī)k或都不經(jīng)過(guò)交換機(jī)k時(shí)，Sf =1，否則對(duì)=0;
[0062] 實(shí)施例:對(duì)比可知路徑一、路徑二分別于原始路徑的相似矩陣分別SSiidJ，。， 0，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)、S 2=(1，0,0,0,0,0,0,0,0，1，1，1，1，1)〇
[0063] 步驟4:根據(jù)相似矩陣計(jì)算各可達(dá)路徑與原始路徑的路徑相似度，將路徑相似度最 大的路徑作為最大相似度路徑。
[0064] 路徑相似度其中，#為路徑i與原始路徑的相似矩陣，n為軟件定義 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)個(gè)數(shù)。
[0065] 實(shí)施例:計(jì)算路徑一、路徑二的路徑相似度分別為心=6/7、1?2 = 3/7,所以，選擇路 徑一為最大相似度路徑。
[0066] m、一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由決策方法，具體包括步驟：
[0067]步驟1:將I得到的最小下發(fā)時(shí)延路徑與Π 得到的最大相似度路徑結(jié)合，構(gòu)造雙目 標(biāo)函數(shù)；
[0068] 所述的雙目標(biāo)函數(shù)為:min( Emepcm+ a tmax)與maxRi，其中，Cm為交換機(jī)m到控制器的 控制時(shí)延，P為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的可達(dá)路徑集，△ tmax為可達(dá)路徑中 各個(gè)交換機(jī)不一致時(shí)延的最大值，心為路徑i與原始路徑的路徑相似度；
[0069] 其中，最小下發(fā)時(shí)延路徑的獲得方式還可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的基于平均時(shí)延的 SDN控制邏輯一致性解決方案(CLCBAD) XLCBAD方法的中心思想是首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間、節(jié)點(diǎn) 與SDN控制器之間的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延進(jìn)行平均測(cè)量，然后通過(guò)改變下發(fā)控制規(guī)則的次序和時(shí)間而 使SDN網(wǎng)絡(luò)到達(dá)邏輯控制一致。考慮延時(shí)對(duì)流表一致性的影響，根據(jù)交換機(jī)的不一致延時(shí)建 立了路由優(yōu)化模型，通過(guò)選取不存在不一致性問(wèn)題的交換機(jī)，得到SDN網(wǎng)絡(luò)邏輯一致的時(shí)延 最小路由路徑。
[0070] 步驟2:將雙目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)函數(shù)，將滿足單目標(biāo)函數(shù)的路徑作為最優(yōu)路 徑；
[0071 ] 所述的單目標(biāo)函數(shù)為:min[α ( ΣmePcm+ Δ tmax) +?^ (1 -Ri)]，其中，為歸一化因 子，α和β分別為兩個(gè)目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，代表兩個(gè)目標(biāo)的相對(duì)重要程度，且α+β= 1。
[0072] IV、一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的流表更新方法，包括以下步驟：
[0073] 步驟1:由I、Π 、m或者常規(guī)方法確定最優(yōu)路徑；
[0074] 實(shí)施例：如圖5所不，網(wǎng)絡(luò)路徑從原始路徑S14S2-S34S5-S6切換到最優(yōu)路徑S1 -S2-S4-S6。
[0075] 步驟2:控制器檢查最優(yōu)路徑是否存在不一致時(shí)延問(wèn)題，若存在，則控制器需要對(duì) 交換機(jī)下發(fā)流表的順序進(jìn)行調(diào)整，并按照調(diào)整后的順序下發(fā)流表;若不存在，則按照路徑節(jié) 點(diǎn)的先后順序依次下發(fā)流表；
[0076] 控制器需要對(duì)交換機(jī)下發(fā)流表的順序進(jìn)行調(diào)整，并按照調(diào)整后的順序下發(fā)流表， 具體包括步驟：
[0077] (201)將最優(yōu)路徑中所有交換機(jī)的不一致時(shí)延△ tk按從大到小的順序依次放入隊(duì) 列L中；
[0078] (202)設(shè)置一個(gè)定時(shí)器T，初始化Τ= Δ tkmax;
[0079] (203)定時(shí)器T開(kāi)始工作，判斷定時(shí)器T的值是否為0,若T = 0,轉(zhuǎn)到步驟3;否則若T =A tk，則轉(zhuǎn)到步驟(204)，否則轉(zhuǎn)到步驟(205);
[0080] (204)對(duì)交換機(jī)k下發(fā)流表，并刪除隊(duì)列L中的第一個(gè)元素；
[00811 (205)定時(shí)器遞減一個(gè)時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)到步驟(203)。
[0082] 步驟3:把各交換機(jī)的流表項(xiàng)分為新增流表項(xiàng)、刪除流表項(xiàng)、更改流表項(xiàng)以及共同 流表項(xiàng)四類；
[0083] 實(shí)施例:交換機(jī)S4需要增加一條將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)給S6的流表項(xiàng)，交換機(jī)S3、S5需要?jiǎng)h除 舊路由流表項(xiàng)，交換機(jī)S2則需要將原先的操作更改為將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給S4。
[0084] 步驟4:將最優(yōu)路徑與原始路徑對(duì)比分析，通過(guò)判斷交換機(jī)的流表項(xiàng)屬于哪一類并 執(zhí)行相應(yīng)的下發(fā)流表策略。
[0085] 可以把交換機(jī)的流表項(xiàng)分為新增、刪除、更改以及共同流表項(xiàng)四類，通過(guò)判斷交換 機(jī)的流表項(xiàng)屬于哪一類并執(zhí)行相應(yīng)的下發(fā)流表策略，如果屬于新增流表項(xiàng)，則執(zhí)行新增操 作，同理可類比于刪除與更改流表項(xiàng)，如果屬于共同流表項(xiàng)，則不更新該交換機(jī)的流表項(xiàng)。
[0086] 實(shí)施例：當(dāng)發(fā)生切換后，數(shù)據(jù)包到達(dá)交換機(jī)S2，S2將數(shù)據(jù)上傳給控制器，控制器根 據(jù)下發(fā)順序，增加 S4中的流表項(xiàng)，然后等待一個(gè)S2到S6的延時(shí)，刪除S3、S5的流表項(xiàng)，然后更 改S2的流表操作，最后控制器將原先從S2接收到的數(shù)據(jù)包再發(fā)回給S2,該數(shù)據(jù)包就會(huì)按照 新的流表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
[0087] V、一種針對(duì)軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的流表一致性優(yōu)化方法，包括網(wǎng)絡(luò)感知、路由決策 和流表更新三個(gè)部分。
[0088]網(wǎng)絡(luò)感知包括鏈路發(fā)現(xiàn)和拓?fù)涔芾?，?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)全局狀態(tài)，維護(hù)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò) 中不同時(shí)刻的拓?fù)鋱D，并及時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錉顟B(tài)及事件。
[0089] 路由決策的方法提出了兩種，分別為基于下發(fā)延時(shí)的路由決策方法和基于路徑相 似度的路由決策方法。
[0090] 基于下發(fā)延時(shí)的流表一致性優(yōu)化根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的所 有可達(dá)路徑集，在判斷一致性的基礎(chǔ)上求出從源交換機(jī)節(jié)點(diǎn)到目的交換機(jī)節(jié)點(diǎn)的具有最短 下發(fā)延時(shí)的路徑，從而在對(duì)路徑中交換機(jī)更新流表時(shí)，所需的下發(fā)延時(shí)最小;基于路徑相似 度的流表一致性優(yōu)化是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生切換后重新計(jì)算源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的所有可達(dá)路 徑，從中選擇路徑相似度最大的路徑作為最優(yōu)路徑，從而在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生切換更新流表時(shí)需要 更新的節(jié)點(diǎn)數(shù)目最少，所需的寫入時(shí)延也最小。
[0091] 流表更新從調(diào)整路徑中交換機(jī)的下發(fā)先后順序和對(duì)新舊流表進(jìn)行分類兩個(gè)方面 減小更新延時(shí)。
[0092] 流表更新策略中，一是調(diào)整路徑中交換機(jī)的下發(fā)先后順序，流表下發(fā)的先后順序 與路徑中各交換機(jī)的不一致時(shí)延的大小相關(guān)，先對(duì)路徑中不一致時(shí)延最大的交換機(jī)下發(fā)流 表;二是對(duì)新舊流表進(jìn)行分類，將流表項(xiàng)分為新增流表項(xiàng)、刪除流表項(xiàng)、更改流表項(xiàng)以及共 同流表項(xiàng)四類。
[0093]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中基于路徑相似度的路由決策方法，其特征在于:包括以下步驟： (101) 軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的控制器根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜彤?dāng)前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算源節(jié)點(diǎn)到 目的節(jié)點(diǎn)的所有可達(dá)路徑，并將所有可達(dá)路徑生成可達(dá)路徑集； (102) 分別計(jì)算原始路徑與各可達(dá)路徑中表示每個(gè)交換機(jī)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣;所述 的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣為:在路徑中經(jīng)過(guò)的交換機(jī)，在節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣的對(duì)應(yīng)元素為1;在路徑中不 經(jīng)過(guò)的交換機(jī)，在節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣的對(duì)應(yīng)元素為0; (103) 分別計(jì)算各可達(dá)路徑與原始路徑之間的相似矩陣;所述的相似矩陣為:可達(dá)路徑 與原始路徑都經(jīng)過(guò)同一交換機(jī)或者都不經(jīng)過(guò)同一交換機(jī)，在相似矩陣的對(duì)應(yīng)元素為1;否 貝IJ，在相似矩陣的對(duì)應(yīng)元素為〇; (104) 根據(jù)相似矩陣計(jì)算各可達(dá)路徑與原始路徑的路徑相似度，將路徑相似度最大的 路徑作為最大相似度路徑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中基于路徑相似度的路由決策方法，其特 征在于:步驟（104)所述的路徑相似度計(jì)算具體為A i=SlUSZVn;其中，R1為路徑i與原始路 徑的路徑相似度，#為路徑i與原始路徑的相似矩陣，η為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)個(gè) 數(shù)。3. -種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由決策方法，其特征在于:將用權(quán)利要求1所述方法 得到的最大相似度路徑與最小下發(fā)時(shí)延路徑相結(jié)合得到的路徑作為最優(yōu)路徑，具體包括以 下步驟： (201) 將最小下發(fā)時(shí)延路徑與最大相似度路徑結(jié)合，構(gòu)造雙目標(biāo)函數(shù)； 所述的雙目標(biāo)函數(shù)為:m i η ( Σ mePCm+ Λ tmax )與maxRi，其中，Cm為交換機(jī)m到控制器的控制 時(shí)延，P為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的可達(dá)路徑集，Atmax為可達(dá)路徑中各個(gè) 交換機(jī)不一致時(shí)延的最大值,R 1為路徑i與原始路徑的路徑相似度； (202) 將雙目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)函數(shù)，將滿足單目標(biāo)函數(shù)的路徑作為最優(yōu)路徑； 所述的單目標(biāo)函數(shù)為:min[a( EmePCm+Atmax)+^ (I-Ri)]，其中，K為歸一化因子，α和β 分別為兩個(gè)目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，代表兩個(gè)目標(biāo)的相對(duì)重要程度，且α+β= 1。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由決策方法，其特征在于:所 述的最小下發(fā)時(shí)延路徑的獲得包括以下步驟： (301) 軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的控制器根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜彤?dāng)前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算源節(jié)點(diǎn)到 目的節(jié)點(diǎn)的所有可達(dá)路徑，并將所有可達(dá)路徑生成可達(dá)路徑集;所述的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包含各個(gè) 節(jié)點(diǎn)信息和延遲信息，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒溌愤B接關(guān)系、鏈路延遲以及網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)和控制器 之間的控制延遲； (302) 分別計(jì)算各可達(dá)路徑的中的每個(gè)交換機(jī)的不一致時(shí)延； (303) 找出可達(dá)路徑中所有滿足目標(biāo)函數(shù)min( ΣmePCm+AUax)的路徑;其中，^為交換機(jī) m到控制器的控制時(shí)延，P為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的可達(dá)路徑集，AtmaA 可達(dá)路徑中各個(gè)交換機(jī)不一致時(shí)延的最大值； (304) 判斷步驟(303)所得路徑的傳播延時(shí)是否小于等于路徑時(shí)延指標(biāo)，并將小于等于 路徑時(shí)延指標(biāo)的路徑作為最小下發(fā)時(shí)延路徑。5. -種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的流表一致性優(yōu)化方法，其特征在于，包括如權(quán)利要求3 所述的一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由決策方法和流表更新方法。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的流表一致性優(yōu)化方法，其特征 在于，所述的流表更新方法具體包括步驟： (401) 控制器計(jì)算最優(yōu)路徑中各交換機(jī)的不一致時(shí)延，若最優(yōu)路徑中存在不一致時(shí)延， 則控制器按照不一致時(shí)延的降序來(lái)調(diào)整下發(fā)流表到交換機(jī)的順序;若最優(yōu)路徑中各交換機(jī) 均不存在不一致時(shí)延，則控制器按照最優(yōu)路徑中各交換機(jī)的先后順序依次下發(fā)流表到各交 換機(jī)； (402) 把各交換機(jī)的流表項(xiàng)分為新增流表項(xiàng)、刪除流表項(xiàng)、更改流表項(xiàng)以及共同流表項(xiàng) 四類； (403) 將最優(yōu)路徑與原始路徑對(duì)比分析，通過(guò)判斷交換機(jī)的流表項(xiàng)屬于哪一類并執(zhí)行 相應(yīng)的下發(fā)流表策略。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的流表一致性優(yōu)化方法，其特征 在于，步驟(401)中控制器按照不一致時(shí)延的降序來(lái)調(diào)整下發(fā)流表到交換機(jī)的順序，具體 為:控制器按照不一致時(shí)延的由大到小的順序?qū)π侣窂街械慕粨Q機(jī)下發(fā)流表。
【文檔編號(hào)】H04L12/755GK105933227SQ201610488361
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】汪春霆, 張翠平, 盧寧寧, 付文亮, 張海鵬, 楊悅
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所