軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中的流表更新及流表一致性優(yōu)化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表更新及流表一致性優(yōu)化方法，涉及軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡領域。本發(fā)明的流表一致性優(yōu)化方法首先通過網(wǎng)絡感知實時監(jiān)測衛(wèi)星網(wǎng)絡全局狀態(tài)，維護衛(wèi)星網(wǎng)絡中不同時刻的拓撲圖，并及時更新網(wǎng)絡的拓撲狀態(tài)及事件；然后將基于下發(fā)時延的路由決策和基于路徑相似度的路由決策結合，所需的下發(fā)延時以及寫入延時都較小，從而降低流表更新過程的總延時；最后通過調整交換機的下發(fā)順序，減少交換機到控制器的時延對流表不一致的影響，通過對新舊流表進行分類處理，減少下發(fā)流表項的數(shù)目來達到減少流表項的寫入時間，從而減少流表更新的總時延。本發(fā)明更好的改善了軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡流表更新的不一致性問題。
【專利說明】
軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中的流表更新及流表一致性優(yōu)化的方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡（Software Defined Satellite Network，SDSN)領 域，特別是涉及到改善軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡流表更新的不一致性問題。
【背景技術】
[0002] 近年來軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Network,SDN)作為一種新的技術理念 受到了越來越多的關注。它通過將網(wǎng)絡中的管理功能從交換機或路由器等傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備上 剝離，從而實現(xiàn)了控制平面與數(shù)據(jù)平面的完全獨立。SDN中控制平面可以實時監(jiān)控和收集網(wǎng) 絡信息，及時反饋網(wǎng)絡狀態(tài)，包括網(wǎng)絡設備工作狀態(tài)和鏈路連接狀態(tài)。這種集中控制功能應 用到衛(wèi)星網(wǎng)絡中，能夠很好地解決衛(wèi)星網(wǎng)絡由于拓撲時變性引起的控制信息發(fā)布和收斂時 效性差等問題。在SDN控制機制中，提出了流表的概念。流表是對傳統(tǒng)網(wǎng)絡中二層轉發(fā)表、三 層路由表的抽象，對網(wǎng)絡中鏈路層、網(wǎng)絡層、以及傳輸層的網(wǎng)絡配置信息進行了整合。該機 制弱化了協(xié)議在衛(wèi)星網(wǎng)絡中概念，達到同時處理與響應衛(wèi)星網(wǎng)絡中并存的各個層次的協(xié)議 的目的，進而能夠解決衛(wèi)星網(wǎng)絡中存在的協(xié)議異構性問題。基于上述分析，SDN為解決衛(wèi)星 網(wǎng)絡的協(xié)議異構性、拓撲時變性都提供了一個新的方向。
[0003]在SDN技術中，控制平面與數(shù)據(jù)平面的分離、網(wǎng)絡狀態(tài)分發(fā)機制和時延的影響，都 對SDN流表的一致性需求提出了挑戰(zhàn)。SDN數(shù)據(jù)平面不運行任何協(xié)議，通過控制器下發(fā)控制 指令對數(shù)據(jù)進行處理。由于數(shù)據(jù)平面的分布式結構以及網(wǎng)絡時延的存在，在下發(fā)流表時，不 同網(wǎng)絡設備中的流表不可能同時到達。這種情況下可能會造成網(wǎng)絡設備中同時存在新舊兩 種流表，引起流表的不一致。流表的不一致可能導致數(shù)據(jù)平面對同一個業(yè)務的不同的處理， 影響網(wǎng)絡性能造成網(wǎng)絡出現(xiàn)斷路、丟包、環(huán)路等現(xiàn)象。尤其在衛(wèi)星網(wǎng)絡中，動態(tài)拓撲使得網(wǎng) 絡狀態(tài)頻繁發(fā)生變化，控制器需要不斷的對網(wǎng)絡狀態(tài)進行收集，頻繁更改路由策略并對路 由表進行下發(fā)。這些狀態(tài)的頻繁改變使得軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中流表不一致性問題更加突 出。為了提高衛(wèi)星網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和可靠性，對衛(wèi)星網(wǎng)絡的SDN流表一致性進行研究具有重要 意義。
[0004]流表的更新延時是影響流表一致性的主要因素，而流表在更新過程中時延包括兩 部分:下發(fā)時延和流表寫入時延。下發(fā)時延是控制器將流表發(fā)送到交換機上所需的下發(fā)時 延，該時延受控制器到交換機之間的控制鏈路的時延的影響，又被稱為控制延時。寫入時延 是指SDN中流表安裝到交換機上的時延。更新時延則是流表下發(fā)時延與流表寫入時延之和。 在控制器在對網(wǎng)絡中交換機進行流表更新時，交換機更新的先后順序也會對流表的一致性 產生影響。同時流表的更新策略不同，流表的寫入時間也不同。
[0005]目前對流表一致性的研究大多集中于流表的下發(fā)規(guī)則，這是因為針對地面網(wǎng)絡， 網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)目多，業(yè)務量大，在網(wǎng)絡控制規(guī)則發(fā)生變化時，需要大量的更新流表。而在衛(wèi) 星網(wǎng)絡中，衛(wèi)星節(jié)點的數(shù)目不多，且衛(wèi)星網(wǎng)絡所承擔的業(yè)務量相對地面網(wǎng)絡來說較少，此外 由于衛(wèi)星網(wǎng)絡特殊的網(wǎng)絡環(huán)境，衛(wèi)星節(jié)點間的相對距離較大，使得衛(wèi)星網(wǎng)絡相比地面網(wǎng)絡 具有較大的網(wǎng)絡延時。如衛(wèi)星網(wǎng)絡中GE0(高軌衛(wèi)星網(wǎng)絡)節(jié)點對地面的延時多達一百多毫 秒，而且衛(wèi)星網(wǎng)絡的惡劣的空間環(huán)境使得網(wǎng)絡中的延遲問題加劇。同時衛(wèi)星網(wǎng)絡的動態(tài)拓 撲，使得網(wǎng)絡環(huán)境不穩(wěn)定，星間、星地間鏈路的切換使得業(yè)務傳輸過程中所經路徑切換頻 繁，會造成網(wǎng)絡控制規(guī)則頻繁變化，控制器需要不斷的收集網(wǎng)絡狀態(tài)，制定路由策略以及更 新流表規(guī)則。
[0006] 不一致時延是用來判斷計算的路徑中各交換機節(jié)點是否存在邏輯不一致的情況， 若交換機m到控制器的延時^大于路徑中源交換機節(jié)點到控制器的延時 C1與路徑中前m個節(jié) 點的鏈路延遲之和，則認為交換機m存在不一致時延，則不一致時延At = cm-ci-前m個節(jié)點 鏈路之和，那么在網(wǎng)絡對該路徑更新流表時，交換機m的流表生效所需要的時間較長，會發(fā) 生在數(shù)據(jù)包到達交換機m時，交換機m的流表仍然沒有生效的情況;若不存在不一致時延，A t = 0〇

【發(fā)明內容】

[0007] 針對衛(wèi)星網(wǎng)絡的網(wǎng)絡延遲大，動態(tài)拓撲的特性，本發(fā)明分別從控制時延、流表寫入 時延以及切換來考慮在衛(wèi)星網(wǎng)絡中的流表一致性優(yōu)化問題，進一步優(yōu)化了流表一致性，提 高了衛(wèi)星網(wǎng)絡的可靠性和穩(wěn)定性。
[0008] 本發(fā)明通過以下技術放案來實現(xiàn)：
[0009] 一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表更新方法，包括以下步驟：
[0010] (101)控制器計算新路徑中各交換機的不一致時延，若新路徑中存在不一致時延， 則控制器按照不一致時延的降序來調整下發(fā)流表到交換機的順序;若新路徑中各交換機均 不存在不一致時延，則控制器按照新路徑中各交換機的先后順序依次下發(fā)流表到各交換 機；
[0011] (102)把各交換機的流表項分為新增流表項、刪除流表項、更改流表項以及共同流 表項四類；
[0012] (103)將新路徑與原始路徑對比分析，通過判斷交換機的流表項屬于哪一類并執(zhí) 行相應的下發(fā)流表策略。
[0013] 其中，步驟（101)中控制器按照不一致時延的降序來調整下發(fā)流表到交換機的順 序，具體為:控制器按照不一致時延的由大到小的順序對新路徑中的交換機下發(fā)流表。
[0014] 一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表一致性優(yōu)化方法，包括路由決策方法和所述的 一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表更新方法;將路由決策方法所得的最優(yōu)路徑作為流表更 新方法的新路徑。
[0015] 其中，所述的路由決策方法具體包括步驟：
[0016] (201)將最小下發(fā)時延路徑與最大相似度路徑結合，構造雙目標函數(shù)；
[0017] 所述的雙目標函數(shù)為:min( EmePCm+ A tmax)與maxRi，其中，Cm為交換機m至丨」控制器的 控制時延，P為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中源節(jié)點到目的節(jié)點的可達路徑集，A tmax為可達路徑中 各個交換機不一致時延的最大值，Ri為路徑i與原始路徑的路徑相似度；
[0018] (202)將雙目標函數(shù)轉換為單目標函數(shù)，將滿足單目標函數(shù)的路徑作為最優(yōu)路徑；
[0019] 所述的單目標函數(shù)為:min[a( EmePcm+A tmax)+邱'（1-Ri)]，其中，f為歸一化因 子，a和0分別為兩個目標的權重系數(shù)，代表兩個目標的相對重要程度，且a+P= 1。
[0020] 其中，所述的最小下發(fā)時延路徑的獲得包括以下步驟：
[0021] (301)軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中的控制器根據(jù)當前網(wǎng)絡拓撲和當前網(wǎng)絡參數(shù)計算源節(jié) 點到目的節(jié)點的所有可達路徑，并將所有可達路徑生成可達路徑集;所述的網(wǎng)絡參數(shù)包含 各個節(jié)點信息和延遲信息，網(wǎng)絡拓撲包含鏈路連接關系、鏈路延遲以及網(wǎng)絡中交換機和控 制器之間的控制延遲；
[0022] (302)分別計算各可達路徑的中的每個交換機的不一致時延；
[0023] (303)找出可達路徑中所有滿足目標函數(shù)min( EmePcm+ A tmax)的路徑；其中，~為 交換機m到控制器的控制時延，P為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中源節(jié)點到目的節(jié)點的可達路徑集， A tmax為可達路徑中各個交換機不一致時延的最大值；
[0024] (304)判斷步驟(303)所得路徑的傳播延時是否小于等于路徑時延指標，并將小于 等于路徑時延指標的路徑作為最小下發(fā)時延路徑。
[0025]其中，所述的最大相似度路徑的獲得具體包括以下步驟：
[0026] (401)軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中的控制器根據(jù)當前網(wǎng)絡拓撲和當前網(wǎng)絡參數(shù)計算源節(jié) 點到目的節(jié)點的所有可達路徑，并將所有可達路徑生成可達路徑集；
[0027] (402)分別計算原始路徑與各可達路徑中表示每個交換機狀態(tài)的節(jié)點狀態(tài)矩陣； 所述的節(jié)點狀態(tài)矩陣為:在路徑中經過的交換機，在節(jié)點狀態(tài)矩陣的對應元素為1;在路徑 中不經過的交換機，在節(jié)點狀態(tài)矩陣的對應元素為0;
[0028] (403)分別計算各可達路徑與原始路徑之間的相似矩陣;所述的相似矩陣為:可達 路徑與原始路徑都經過同一交換機或者都不經過同一交換機，在相似矩陣的對應元素為1; 否則，在相似矩陣的對應元素為〇;
[0029] (404)根據(jù)相似矩陣計算各可達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。
[0030] 其中，步驟(404)所述的路徑相似度計算具體為：其中，心為路徑i與 原始路徑的路徑相似度，對為路徑i與原始路徑的相似矩陣，n為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中的交 換機個數(shù)。
[0031]本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點：
[0032] (1)將基于下發(fā)時延的流表一致性優(yōu)化方法和基于路徑相似度的流表一致性優(yōu)化 方法結合，在判斷一致性的基礎上求出從源交換機節(jié)點到目的交換機節(jié)點的具有最短下發(fā) 延遲的路徑，同時在衛(wèi)星網(wǎng)絡發(fā)生切換時，新舊路徑相似度較高，從而在對路徑中交換機更 新流表時，所需的下發(fā)延時以及寫入延時都較小，從而降低流表更新過程的總延時；
[0033] (2)通過調整交換機的下發(fā)順序，減少交換機到控制器的時延對流表不一致的影 響，通過對新舊流表進行分類處理，減少下發(fā)流表項的數(shù)目來達到減少流表項的寫入時間， 從而減少流表更新的總時延。
【附圖說明】
[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)時延的路由決策中的網(wǎng)絡物理拓撲圖；
[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。 具體實施方案
[0039] 為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發(fā)明，下面結合附圖和實施例對本發(fā) 明作進一步的詳細描述，應當理解，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全 部的實施例。
[0040] I、軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中基于下發(fā)延時的路由決策方法，具體包括以下步驟：
[0041] 步驟1:控制器根據(jù)網(wǎng)絡物理拓撲，計算網(wǎng)絡鏈路延遲矩陣以及各個交換機到控制 器的延遲集合，將鏈路延遲標識在鏈路上，節(jié)點上標識的是節(jié)點號以及該節(jié)點到交換機的 延遲；
[0042] 實施例：如圖3所示，該衛(wèi)星網(wǎng)絡中共有7個節(jié)點，9條鏈路(eneneAe^e^e^， e46，e57，e67)，圖3中給出了各條鏈路的延遲，以及交換機到控制器的延時。
[0043]步驟2:軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中的控制器根據(jù)當前網(wǎng)絡參數(shù)計算源節(jié)點到目的節(jié)點 的所有可達路徑，并將所有可達路徑生成可達路徑集；
[0044] 所述的網(wǎng)絡參數(shù)包含各個節(jié)點信息和延遲信息，網(wǎng)絡拓撲包含鏈路的連接關系、 鏈路延遲以及網(wǎng)絡中交換機節(jié)點和控制器之間的控制延遲。
[0045] 實施例:假設源節(jié)點和目的節(jié)點分別為節(jié)點1和節(jié)點7,則根據(jù)當前網(wǎng)絡參數(shù)利用 深度遍歷算法計算節(jié)點1與節(jié)點7之間所有可達路徑，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:計算所有可達路徑中的每個交換機是否存在不一致時延At;
[0047] 實施例:所有可達路徑中只有路徑（1，2，5，7，0，0，0)存在不一致時延，不一致時延 的最大值A tmax值為4,其他可達路徑的A tmaxS〇。
[0048] 步驟4:計算每條可達路徑中所有節(jié)點到控制器的控制時延之和；
[0049]實施例:所有可達路徑的控制時延之和分別為25，21，27，21，29，43。
[0050] 步驟5:結合步驟3和步驟4計算滿足min( EmePCm+ A tmax)的路徑；
[0051] 實施例:選擇結果為路徑（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是否小于等于路徑時延指標，并將小于等 于路徑時延指標的路徑作為最小下發(fā)時延路徑。
[0053] n、軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡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)當前網(wǎng)絡拓撲和當前網(wǎng)絡參數(shù)計算源節(jié)點到目的節(jié)點的所有 可達路徑，并將所有可達路徑生成可達路徑集；
[0055] 所述的網(wǎng)絡參數(shù)包含各個節(jié)點信息和延遲信息，網(wǎng)絡拓撲包含鏈路的連接關系、 鏈路延遲以及網(wǎng)絡中交換機節(jié)點和控制器之間的控制延遲。
[0056] 步驟2:分別計算原始路徑與各可達路徑中表示每個交換機狀態(tài)的節(jié)點狀態(tài)矩陣；
[0057] 假設網(wǎng)絡中共有n個節(jié)點，則心=(茍,尨，。.，沒)表示網(wǎng)絡切換前的原始路徑中各 交換機狀態(tài)，右=(對，對(1彡i彡q)表示網(wǎng)絡切換后的可達路徑i中各交換機狀態(tài)，q 為可達路徑的個數(shù);若路徑經過交換機k( 1 <k<n)，則讀=1，&fc=U反之，若路徑不經過交 換機k，則4=0，對=0;
[0058] 實施例:如圖4所示，假設從節(jié)點Si到節(jié)點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)點狀態(tài)矩陣父4=(1，0，1，1，1，1，0,0,0，1，1，1，1，1)。
[0059] 當51與53斷開連接后，控制器根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包中業(yè)務源和目的IP以及網(wǎng)絡拓撲 結構計算3 1節(jié)點與S14節(jié)點之間的新的所有可達路徑集有兩種，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)，則各可達路徑節(jié)點狀態(tài)矩陣
[0060] 步驟3:分別計算各可達路徑與原始路徑之間的相似矩陣；
[0061 ]相似矩陣S = [ Si，S2，…，Sq]，&=兩，減,,免]，當衫=對，即當可達路徑與原始路徑 都經過交換機k或都不經過交換機k時，Sf=1，否則Sf=0;
[0062] 實施例:對比可知路徑一、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)相似矩陣計算各可達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] 路徑相似度和=EL：L^/n;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)絡中的交換機個數(shù)。
[0065] 實施例:計算路徑一、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)時延路徑與n得到的最大相似度路徑結合，構造雙目 標函數(shù)；
[0068] 所述的雙目標函數(shù)為:min( Emepcm+ a tmax)與maxRi，其中，Cm為交換機m到控制器的 控制時延，P為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中源節(jié)點到目的節(jié)點的可達路徑集， A tmax為可達路徑中各個交換機不一致時延的最大值，h為路徑i與原始路徑的路徑相似 度。
[0069] 其中，最小下發(fā)時延路徑的獲得方式還可以采用現(xiàn)有技術中的基于平均時延的 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網(wǎng)絡節(jié)點間、節(jié)點 與SDN控制器之間的網(wǎng)絡時延進行平均測量，然后通過改變下發(fā)控制規(guī)則的次序和時間而 使SDN網(wǎng)絡到達邏輯控制一致。考慮延時對流表一致性的影響，根據(jù)交換機的不一致延時建 立了路由優(yōu)化模型，通過選取不存在不一致性問題的交換機，得到SDN網(wǎng)絡邏輯一致的時延 最小路由路徑。
[0070] 步驟2:將雙目標函數(shù)轉換為單目標函數(shù)，將滿足單目標函數(shù)的路徑作為最優(yōu)路 徑；
[0071 ] 所述的單目標函數(shù)為:min [ a ( E mePcm+ A tmax) +ef(l-Ri)]，其中，為歸一化因 子，a和0分別為兩個目標的權重系數(shù)，代表兩個目標的相對重要程度，且a+P= 1。
[0072] IV、一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表更新方法，包括以下步驟：
[0073] 步驟1:由I、n、m或者常規(guī)方法確定最優(yōu)路徑；
[0074] 實施例：如圖5所不，網(wǎng)絡路徑從原始路徑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延問題，若存在，則控制器需要對 交換機下發(fā)流表的順序進行調整，并按照調整后的順序下發(fā)流表;若不存在，則按照路徑節(jié) 點的先后順序依次下發(fā)流表；
[0076] 控制器需要對交換機下發(fā)流表的順序進行調整，并按照調整后的順序下發(fā)流表， 具體包括步驟：
[0077] (201)將最優(yōu)路徑中所有交換機的不一致時延A tk按從大到小的順序依次放入隊 列L中；
[0078] (202)設置一個定時器T，初始化T= A tkmax;
[0079] (203)定時器T開始工作，判斷定時器T的值是否為0,若T = 0,轉到步驟3;否則若T =A tk，則轉到步驟(204)，否則轉到步驟(205);
[0080] (204)對交換機k下發(fā)流表，并刪除隊列L中的第一個元素；
[00811 (205)定時器遞減一個時鐘周期，轉到步驟(203)。
[0082] 步驟3:把各交換機的流表項分為新增流表項、刪除流表項、更改流表項以及共同 流表項四類；
[0083] 實施例:交換機S4需要增加一條將數(shù)據(jù)包轉給S6的流表項，交換機S3、S5需要刪除 舊路由流表項，交換機S2則需要將原先的操作更改為將數(shù)據(jù)包轉發(fā)給S4。
[0084] 步驟4:將最優(yōu)路徑與原始路徑對比分析，通過判斷交換機的流表項屬于哪一類并 執(zhí)行相應的下發(fā)流表策略。
[0085] 可以把交換機的流表項分為新增、刪除、更改以及共同流表項四類，通過判斷交換 機的流表項屬于哪一類并執(zhí)行相應的下發(fā)流表策略，如果屬于新增流表項，則執(zhí)行新增操 作，同理可類比于刪除與更改流表項，如果屬于共同流表項，則不更新該交換機的流表項。
[0086] 實施例：當發(fā)生切換后，數(shù)據(jù)包到達交換機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，然后等待一個S2到S6的延時，刪除S3、S5的流表項，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)包就會按照 新的流表進行轉發(fā)。
[0087] V、一種針對軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表一致性優(yōu)化方法，包括網(wǎng)絡感知、路由決策 和流表更新三個部分。
[0088]網(wǎng)絡感知包括鏈路發(fā)現(xiàn)和拓撲管理，實時監(jiān)測衛(wèi)星網(wǎng)絡全局狀態(tài)，維護衛(wèi)星網(wǎng)絡 中不同時刻的拓撲圖，并及時更新網(wǎng)絡的拓撲狀態(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)延時的流表一致性優(yōu)化根據(jù)網(wǎng)絡參數(shù)計算源節(jié)點和目的節(jié)點之間的所 有可達路徑集，在判斷一致性的基礎上求出從源交換機節(jié)點到目的交換機節(jié)點的具有最短 下發(fā)延時的路徑，從而在對路徑中交換機更新流表時，所需的下發(fā)延時最小;基于路徑相似 度的流表一致性優(yōu)化是當網(wǎng)絡發(fā)生切換后重新計算源節(jié)點和目的節(jié)點之間的所有可達路 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)絡發(fā)生切換更新流表時需要 更新的節(jié)點數(shù)目最少，所需的寫入時延也最小。
[0091] 流表更新從調整路徑中交換機的下發(fā)先后順序和對新舊流表進行分類兩個方面 減小更新延時。
[0092] 流表更新策略中，一是調整路徑中交換機的下發(fā)先后順序，流表下發(fā)的先后順序 與路徑中各交換機的不一致時延的大小相關，先對路徑中不一致時延最大的交換機下發(fā)流 表;二是對新舊流表進行分類，將流表項分為新增流表項、刪除流表項、更改流表項以及共 同流表項四類。
[0093]應當理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表更新方法，其特征在于，包括以下步驟： (101) 控制器計算新路徑中各交換機的不一致時延，若新路徑中存在不一致時延，則控 制器按照不一致時延的降序來調整下發(fā)流表到交換機的順序;若新路徑中各交換機均不存 在不一致時延，則控制器按照新路徑中各交換機的先后順序依次下發(fā)流表到各交換機； (102) 把各交換機的流表項分為新增流表項、刪除流表項、更改流表項以及共同流表項 四類； (103) 將新路徑與原始路徑對比分析，通過判斷交換機的流表項屬于哪一類并執(zhí)行相 應的下發(fā)流表策略。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表更新方法，其特征在于，步 驟(101)中控制器按照不一致時延的降序來調整下發(fā)流表到交換機的順序，具體為:控制器 按照不一致時延的由大到小的順序對新路徑中的交換機下發(fā)流表。3. -種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表一致性優(yōu)化方法，其特征在于，包括路由決策方 法和如權利要求1所述的一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表更新方法;將路由決策方法所 得的最優(yōu)路徑作為流表更新方法的新路徑。4. 根據(jù)權利要求3所述的一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表一致性優(yōu)化方法，其特征 在于，所述的路由決策方法具體包括步驟： (201) 將最小下發(fā)時延路徑與最大相似度路徑結合，構造雙目標函數(shù)； 所述的雙目標函數(shù)為:m i η ( Σ mePCm+ Λ tmax )與maxRi，其中，Cm為交換機m到控制器的控制 時延，P為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中源節(jié)點到目的節(jié)點的可達路徑集，Atmax為可達路徑中各個 交換機不一致時延的最大值，心為路徑i與原始路徑的路徑相似度； (202) 將雙目標函數(shù)轉換為單目標函數(shù)，將滿足單目標函數(shù)的路徑作為最優(yōu)路徑； 所述的單目標函數(shù)為:min[a( EmePCm+AtmaxHP^ (1-Ri)]，其中，f為歸一化因子，α和β 分別為兩個目標的權重系數(shù)，代表兩個目標的相對重要程度，且α+β= 1。5. 根據(jù)權利要求4所述的一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表一致性優(yōu)化方法，其特征 在于，所述的最小下發(fā)時延路徑的獲得包括以下步驟： (301) 軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中的控制器根據(jù)當前網(wǎng)絡拓撲和當前網(wǎng)絡參數(shù)計算源節(jié)點到 目的節(jié)點的所有可達路徑，并將所有可達路徑生成可達路徑集;所述的網(wǎng)絡參數(shù)包含各個 節(jié)點信息和延遲信息，網(wǎng)絡拓撲包含鏈路連接關系、鏈路延遲以及網(wǎng)絡中交換機和控制器 之間的控制延遲； (302) 分別計算各可達路徑的中的每個交換機的不一致時延； (303) 找出可達路徑中所有滿足目標函數(shù)min( ΣmePCm+Atmax)的路徑;其中，^為交換機 m到控制器的控制時延，P為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中源節(jié)點到目的節(jié)點的可達路徑集，八丨_為 可達路徑中各個交換機不一致時延的最大值； (304) 判斷步驟(303)所得路徑的傳播延時是否小于等于路徑時延指標，并將小于等于 路徑時延指標的路徑作為最小下發(fā)時延路徑。6. 根據(jù)權利要求4所述的一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表一致性優(yōu)化方法，其特征 在于，所述的最大相似度路徑的獲得具體包括以下步驟： (401)軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中的控制器根據(jù)當前網(wǎng)絡拓撲和當前網(wǎng)絡參數(shù)計算源節(jié)點到 目的節(jié)點的所有可達路徑，并將所有可達路徑生成可達路徑集； (402) 分別計算原始路徑與各可達路徑中表示每個交換機狀態(tài)的節(jié)點狀態(tài)矩陣;所述 的節(jié)點狀態(tài)矩陣為:在路徑中經過的交換機，在節(jié)點狀態(tài)矩陣的對應元素為1;在路徑中不 經過的交換機，在節(jié)點狀態(tài)矩陣的對應元素為0; (403) 分別計算各可達路徑與原始路徑之間的相似矩陣;所述的相似矩陣為:可達路徑 與原始路徑都經過同一交換機或者都不經過同一交換機，在相似矩陣的對應元素為1;否 貝1J，在相似矩陣的對應元素為〇; (404) 根據(jù)相似矩陣計算各可達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。7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡的流表一致性優(yōu)化方法，其特征 在于，步驟(404)所述的路徑相似度計算具體為：其中，R,為路徑i與原始路徑 的路徑相似度，筇為路徑i與原始路徑的相似矩陣，η為軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡中的交換機個數(shù)。
【文檔編號】H04B7/185GK105959221SQ201610488363
【公開日】2016年9月21日
【申請日】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
【申請人】中國電子科技集團公司第五十四研究所