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面向混合sdn網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度方法

文檔序號:10538607閱讀:1293來源:國知局
面向混合sdn網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度方法,在滿足流量轉(zhuǎn)發(fā)需求的前提下,依據(jù)IP網(wǎng)絡中的鏈路容量利用率,對鏈路權重進行調(diào)整,這樣當某條鏈路容量利用率低時,將其關閉,避免能量的浪費,同時也符合綠色節(jié)能網(wǎng)絡理念;同時本申請結合SDN交換機的流量動態(tài)分配功能,解決了混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度機制的問題。
【專利說明】
面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度方法
技術領域
[00011本發(fā)明屬于網(wǎng)絡流量工程領域,具體涉及一種能在SDN/ΙΡ混合網(wǎng)絡中有效節(jié)能的 流量調(diào)度機制。
【背景技術】
[0002] 隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大和網(wǎng)絡設備功能的不斷豐富,目前的網(wǎng)絡在能量的使用上日 益暴露出能耗高、效率低,浪費多等諸多問題。節(jié)省網(wǎng)絡能耗、構建綠色網(wǎng)絡不僅成為計算 機領域一個意義重大、需要迫切解決的課題,也成為影響社會、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的一個重要 因素。通過節(jié)能的流量調(diào)度策略降低網(wǎng)絡能耗,是一個重要的問題。
[0003] 考慮到SDN的迅猛發(fā)展和廣闊的應用前景,節(jié)能的流量調(diào)度策略必須和SDN場景結 合起來。SDN是一項目前備受關注與研究的技術,它通過將網(wǎng)絡的控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能分離,使 網(wǎng)絡的控制面可以通過開放接口直接編程,而底層設施則簡單地作為接受控制面調(diào)度的轉(zhuǎn) 發(fā)設備(數(shù)據(jù)面),該機制帶來了流量動態(tài)調(diào)度的靈活性。SDN技術常用于提高網(wǎng)絡容量利用 率和減小網(wǎng)絡時間延。
[0004] 然而,短期內(nèi)純SDN網(wǎng)絡的全面鋪設還難以實現(xiàn)。一方面,它需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡架構 及設備做較大變更,耗資巨大。另一方面,SDN技術本身在可靠性、魯棒性、可擴展性等方面 還有待提升。因此大多數(shù)情況下,將會是在現(xiàn)有網(wǎng)絡中逐步增加 SDN設備,SDN設備與IP設備 混合并存的應用模式將長期存在。
[0005] 因此,在SDN/ΙΡ混合網(wǎng)絡環(huán)境下,研究設計節(jié)能的流量調(diào)度策略,對于下一代網(wǎng)絡 的發(fā)展和應用,具有重要的意義。
[0006] 當前網(wǎng)絡節(jié)能模型主要分為兩種,一種是停用模型,另一種是彈性速度模型。前者 通過停用不需要的網(wǎng)元節(jié)約能量,而后者通過根據(jù)網(wǎng)絡負載調(diào)節(jié)網(wǎng)元處理速度節(jié)能。
[0007] 混合SDN網(wǎng)絡即在現(xiàn)有的網(wǎng)絡中加入了 SDN設備,網(wǎng)絡數(shù)據(jù)面由傳統(tǒng)IP路由和SDN 交換機組成。網(wǎng)絡中的SDN交換機由一個SDN控制器管理,它們的流表由控制器計算生成。而 網(wǎng)絡中的IP路由器依然使用逐跳尋徑的路由協(xié)議(如0SPF)來確定流轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則,此時SDN交 換機被視為普通的IP路由器。
[0008] 傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡通過逐跳尋徑的路由協(xié)議確定流轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則,能夠滿足時間延遲等方面 的要求,但往往需要網(wǎng)絡中大多數(shù)鏈路都處于啟用狀態(tài),有違綠色節(jié)能網(wǎng)絡理念。如某條鏈 路上只有極少的流量,卻因為最短路算法選擇走這條鏈路而必須啟用,造成能量浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明為解決上述技術問題,提出一種面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度方法,在 滿足流量轉(zhuǎn)發(fā)需求的前提下,依據(jù)IP網(wǎng)絡中的鏈路容量利用率,對鏈路權重進行調(diào)整,并結 合SDN交換機的流量動態(tài)分配功能,實現(xiàn)面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度機制。
[0010]本發(fā)明采用的技術方案是:面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度方法,包括:
[0011] A1、初始化算法環(huán)境,包括輸入網(wǎng)絡拓撲G(N,L),流量需求hkt,第一鏈路容量利用 率閾值α與第二鏈路容量利用率β,鏈路權重集合W,并給啟用鏈路集合S賦初值S = L;
[0012]其中,N代表網(wǎng)絡中的節(jié)點集合,L表示網(wǎng)絡中所有有向物理鏈路的集合,α>β;
[0013] Α2、優(yōu)化網(wǎng)絡鏈路權重;具體為:
[0014] Α21、根據(jù)節(jié)點間流量需求hvt和鏈路權重集合W用最短路徑算法求出路由;
[0015] A22、根據(jù)步驟A21所得路由,用下式求出鏈路1的容量利用率μι;
[0016] μι = χι/ci ;
[0017]其中,X1為經(jīng)過鏈路1的總流量,C1為鏈路1的容量;
[0018] A23、將網(wǎng)絡鏈路按照鏈路容量利用率從大到小排序,并分為三類:擁塞鏈路、常規(guī) 鏈路和輕載鏈路;
[0019] 所述擁塞鏈路是鏈路容量利用率大于或者等于α的鏈路;
[0020] 所述輕載鏈路是鏈路容量利用率小于或者等于邱勺鏈路;
[0021 ]所述常規(guī)鏈路是鏈路利用率處于α和β之間的鏈路;
[0022] Α24、對擁塞鏈路和輕載鏈路的權重按照下式進行調(diào)節(jié);
[0023] wi=wi+l/i ;
[0024] 其中,i的初始值為1,每循環(huán)一次增加1,循環(huán)結束后,輸出更新的鏈路權重集合W;
[0025] A3、對網(wǎng)絡中每一個節(jié)點t進行如下處理:
[0026] a、基于步驟A2輸出的鏈路權重,采用0SPF算法,生成網(wǎng)絡其它節(jié)點到t的最短路徑 樹;
[0027] b、發(fā)現(xiàn)每條最短路徑上第一個SDN交換機u,并計算注入u的流量Iut;
[0028] c、根據(jù)流量分配算法,對注入SDN交換機的流量Iut進行分配;
[0029]其中,節(jié)點teN;
[0030] A4、從網(wǎng)絡中關閉容量利用率μι最小的鏈路1,關閉成功,則更新鏈路集合S = s-l, 并返回步驟Α2;否則,算法結束,返回S。
[0031 ] 進一步地,所述步驟A3中的流量分配算法,包括以下分步驟:
[0032] 1)、求出從u到目的節(jié)點t的k條最短路徑,保存為集合P={put};
[0033] 2)、求put上每條鏈路l[n]的可用容量cap1[n],并以其中的最小值作為該路徑的可 用容量capP[j],j表示集合P中的路徑的序號;
[0034] 3)、將集合P中的路徑按capP[j]升序排序;
[0035] 4)、檢查總流量Iut是否為0,是則輸出流量分配方案,算法結束;否則執(zhí)行步驟5);
[0036] 5)、將總流量Iut中capP[j]的流量分配到第j(j初值為1)條路徑P[ j]上,并更新Iut;
[0037] Iut = Iut-capp[j];
[0038] 6)、判斷集合P中第j+1條路徑P[j+1]是否與P[j]有交疊的鏈路,交疊鏈路集合記 為T,如果m則執(zhí)行步驟7),否則回到步驟4);
[0039] 7)、更新T中鏈路的可用容量,并更新路徑P[ j+Ι]的可用容量,然后執(zhí)行j = j+Ι,返 回到步驟4)。
[0040] 更進一步地,所述可用容量capi[n]計算公式為:
[0041] capi[n] = ci[n] Χβ-χ?[η];
[0042] 其中,ci[n]為鏈路1[η]的容量,χι[η]為當前分配給鏈路1[η]的總流量。
[0043] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度方法,在滿足流量 轉(zhuǎn)發(fā)需求的前提下,依據(jù)IP網(wǎng)絡中的鏈路容量利用率,對鏈路權重進行調(diào)整,這樣當某條鏈 路容量利用率低時,將其關閉,避免能量的浪費,同時也符合綠色節(jié)能網(wǎng)絡理念;并結合SDN 交換機的流量動態(tài)分配功能,實現(xiàn)面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度機制。
【附圖說明】
[0044]圖1為ESTS算法總流程圖。
[0045] 圖2為鏈路權重優(yōu)化算法流程圖。
[0046] 圖3為流量分配算法流程圖。
【具體實施方式】
[0047] 為便于本領域技術人員理解本發(fā)明的技術內(nèi)容,下面結合附圖對本
【發(fā)明內(nèi)容】
進一 步闡釋。
[0048]本發(fā)明采用第一種模型思想一停用模型,結合SND技術提出一種面向混合SDN網(wǎng) 絡的節(jié)能流量調(diào)度機制。
[0049] ESTS機制設定混合SDN網(wǎng)絡表示為G(N,L),其中N代表網(wǎng)絡中的節(jié)點集合,L表示網(wǎng) 絡中所有有向物理鏈路的集合。鏈路權重所構成的集合表示為W,并設定所有鏈路初始權重 都為1。任一節(jié)點k到其他網(wǎng)絡節(jié)點t (k,t EN)的流量需求表示為hkt,任意鏈路1 (1 e L)的容 量利用率表示為μ,當μ大于某個指定閾值α時,該鏈路剩余容量為〇,即α為鏈路1的最大容量 利用率閾值;當μ小于某個指定閾值β時,該鏈路由于利用率過低,可以將流量轉(zhuǎn)移到其他鏈 路,并關閉該鏈路以降低能耗,即β為鏈路1的最小容量利用率。代表網(wǎng)絡中處于開 啟狀態(tài)的鏈路集合。在工程應用中,α與β值的確定是一個難題,通常根據(jù)經(jīng)驗取值,一種典 型的取值是α = 0·8,β = 0·3*α。
[0050] 如圖1所示為本發(fā)明的方案流程圖,本發(fā)明的技術方案為:面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié) 能流量調(diào)度方法,包括以下步驟:
[0051] A1、初始化算法環(huán)境,包括輸入網(wǎng)絡拓撲G(N,L),流量需求hkt,第一鏈路容量利用 率閾值α與第二鏈路容量利用率β,鏈路權重集合W,并給啟用鏈路集合S賦初值S = L;
[0052]其中,Ν代表網(wǎng)絡中的節(jié)點集合,L表示網(wǎng)絡中所有有向物理鏈路的集合,α>β。
[0053] Α2、優(yōu)化網(wǎng)絡鏈路權重;
[0054] Α21、根據(jù)節(jié)點間流量需求hvt和鏈路權重集合W用最短路徑算法求出路由。
[0055] A22、根據(jù)上一步所得路由用式(1)求出各鏈路的容量利用率,其中X1為經(jīng)過鏈路1 的總流量,ci為1的容量。
[0056] μι = χι/ci( 1)
[0057] A23、將集合S中的鏈路按μ分為三大類:
[0058] (i)擁塞鏈路:μ 2 α
[0059] (ii)輕載鏈路:
[0060] (^^常規(guī)鏈路:^以以
[0061] Α24、對分類后的鏈路采取相應的權重調(diào)節(jié)措施,擁塞鏈路和輕載鏈路的權重都被 調(diào)大,具體如式(1 ),而常規(guī)鏈路權重保持不變,權重值越高,該鏈路被分配流量的概率越 低。對擁塞鏈路提高權重,可以避免新的流量加載到這條鏈路;對輕載鏈路提高權重,可以 促使輕載鏈路上的流量被分配到其他常規(guī)鏈路上,這樣輕載鏈路負載變?yōu)?的時候,就可以 關閉這條鏈路,節(jié)約能量消耗。本步驟完成后會返回步驟Α21進行循環(huán),網(wǎng)絡規(guī)模越大,循環(huán) 次數(shù)越多。式中i的初始值為1,每次循環(huán)增1。循環(huán)結束后,最終輸出更新的鏈路權重集合W。
[0062] wi=wi+l/i (2)
[0063] 圖2中的Iteration表示最大迭代次數(shù),由于網(wǎng)絡規(guī)模增大時,達到最優(yōu)解所需的 迭代次數(shù)也會增加,因此網(wǎng)絡規(guī)模越大,循環(huán)次數(shù)越多,Iteration值可以根據(jù)需要設定,比 如在實際應用中定義的值是Iterati 〇n = 10000。之所以使用迭代算法,是因為本發(fā)明需要 對鏈路設置最優(yōu)的權重,從而基于最優(yōu)權重形成高效的流量分配策略。然而,從數(shù)學模型上 求解出最優(yōu)解的思路,已經(jīng)被證明是無法實現(xiàn)的。因此,本發(fā)明基于最優(yōu)化理論中的迭代算 法,通過多次迭代來逼近最優(yōu)解,通常幾十到幾百次迭代之后,就已經(jīng)可以以非常小的誤差 接近最優(yōu)解。
[0064] A3、對網(wǎng)絡中每一個節(jié)點t進行如下處理:
[0065] a、基于步驟A2輸出的鏈路權重,采用0SPF算法,生成網(wǎng)絡其它節(jié)點到t的最短路徑 樹;
[0066] b、發(fā)現(xiàn)每條最短路徑上第一個SDN交換機u,并計算注入u的流量Iut;
[0067] c、根據(jù)流量分配算法,對注入SDN交換機的流量Iut進行分配;其中,節(jié)點teN;
[0068] 所述流量分配算法具體包括以下分步驟:
[0069] 1)、求出從u到目的節(jié)點t的k條最短路徑,保存為集合P= {put}。
[0070] 2)、求put上每條鏈路1 [η]的可用容量capi[n],如式(3),并以其中的最小值作為該 路徑的可用容量capP[J];
[0071] 其中,Put表示從u到目的節(jié)點t的k條最短路徑中的某一條最短路徑,j表示集合P中 的路徑的序號。
[0072]可用容量cap1[n]的計算公式為:
[0073] capi[n] = ci[n] Χβ-χ?[η] (3)
[0074]其中,ci[n]為1[η]的容量,χι[η]為當前分配給鏈路1[η]的總流量。
[0075] 3)、將Ρ中的路徑按capP[j]升序排序。
[0076] 4)、檢查Iut是否為0,是則輸流出量分配方案,算法結束;否則執(zhí)行步驟5。
[0077] 5)、將總流量Iut中capP[j]的流量分配到第j (j初值為1)條路徑P[ j ]上,用式⑷更 新 Illto
[0078] Iut = Iut-capp[j] (4)
[0079] 6)、判斷P中第j + 1條路徑P[j+1]是否與P[j]有交疊的鏈路,交疊鏈路集合記為T, 如果,則執(zhí)行步驟7),否則回到步驟4)。
[0080] 7)、使用式(3)更新Τ中鏈路的可用容量,并更新路徑P[ j+Ι]的可用容量,執(zhí)行j = j +1,也就是圖3中的j++。然后回到步驟4)。
[0081 ] A4、從網(wǎng)絡中關閉容量利用率最小的鏈路1,更新鏈路集合S = S-1,(表示將該條鏈 路從集合S中去除,下一次優(yōu)化網(wǎng)絡鏈路權重時,不再考慮該條鏈路)并返回步驟2)。否則, 算法結束,返回S。
[0082]本領域的普通技術人員將會意識到,這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā) 明的原理,應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。對于本領 域的技術人員來說,本發(fā)明可以有各種更改和變化。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、改進等,均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度方法,其特征在于,包括: Al、初始化算法環(huán)境,包括輸入網(wǎng)絡拓撲G(N,L),流量需求hkt,第一鏈路容量利用率閾 值α與第二鏈路容量利用率閾值β,鏈路權重集合W,并給啟用鏈路集合S賦初值S = L; 其中,N代表網(wǎng)絡中的節(jié)點集合,L表示網(wǎng)絡中所有有向物理鏈路的集合,α >β; Α2、優(yōu)化網(wǎng)絡鏈路權重;具體為: Α21、根據(jù)節(jié)點間流量需求hvt和鏈路權重集合W用最短路徑算法求出路由; A22、根據(jù)步驟A21所得路由,用下式求出鏈路1的容量利用率μ1; μι = χι/〇ι; 其中,?為經(jīng)過鏈路1的總流量,ci為鏈路1的容量; A23、將網(wǎng)絡鏈路按照鏈路容量利用率從大到小排序,并分為三類:擁塞鏈路、常規(guī)鏈路 和輕載鏈路; 所述擁塞鏈路是鏈路容量利用率大于或者等于α的鏈路; 所述輕載鏈路是鏈路容量利用率小于或者等于邱勺鏈路; 所述常規(guī)鏈路是鏈路利用率處于α和β之間的鏈路; Α24、對擁塞鏈路和輕載鏈路的權重按照下式進行調(diào)節(jié); Wi=wi+l/i ; 其中,i的初始值為1,每循環(huán)一次增加1,循環(huán)結束后,輸出更新的鏈路權重集合W; A3、對網(wǎng)絡中每一個節(jié)點t進行如下處理: a、 基于步驟A2輸出的鏈路權重,采用OSPF算法,生成網(wǎng)絡其它節(jié)點到t的最短路徑樹; b、 發(fā)現(xiàn)每條最短路徑上第一個SDN交換機u,并計算注入u的流量Iut; c、 根據(jù)流量分配算法,對注入SDN交換機的流量Iut進行分配; 其中,節(jié)點teN; A4、從網(wǎng)絡中關閉容量利用率yi最小的鏈路1,關閉成功,則更新鏈路集合S = S-I,并返 回步驟Α2;否則,算法結束,返回S。2. 根據(jù)權利要求1所述的面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度方法,其特征在于,所述步 驟A3中的流量分配算法,包括以下分步驟: 1) 、求出從u到目的節(jié)點t的k條最短路徑,保存為集合P= {put}; 2) 、求put上每條鏈路l[n]的可用容量capi[n],并以其中的最小值作為該路徑的可用容量 capP[j],j表示集合P中的路徑的序號; 3) 、將集合P中的路徑按capP[j]升序排序; 4) 、檢查總流量Iut是否為0,是則輸出流量分配方案,算法結束;否則執(zhí)行步驟5); 5) 、將總流量Iut中capP[j]的流量分配到第j (j初值為1)條路徑P[ j ]上,并更新Iut; Iut- Iut_ca<pp[j]; 6) 、判斷集合P中第j+l條路徑P[j+1]是否與P[j]有交疊的鏈路,交疊鏈路集合記為T, 如果fV 0:,則執(zhí)行步驟7),否則回到步驟4); 7) 、更新T中鏈路的可用容量,并更新路徑P[ j+l]的可用容量,然后執(zhí)行j = j+l,返回到 步驟4)。3. 根據(jù)權利要求2所述的面向混合SDN網(wǎng)絡的節(jié)能流量調(diào)度方法,其特征在于,所可用 容量capi[n]計算公式為: Capi[n] = Cl[n] Χβ_Χ1[η]; 其中,C1[n]為鏈路l[n]的容量,X1[n]為當前經(jīng)過鏈路l[n]的總流量。
【文檔編號】H04L12/801GK105897586SQ201610339325
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】韋云凱, 胡周姹, 毛玉明, 冷甦鵬, 李娜
【申請人】電子科技大學
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