CN104579977A

CN104579977A - 一种sdn控制器的带约束多路径路由方法及系统

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Publication number: CN104579977A
Application number: CN201410812361.6A
Authority: CN
Inventors: 陈晓帆; 吴广锐; 黎志勇; 余顺争
Original assignee: SYSU CMU Shunde International Joint Research Institute
Current assignee: SYSU CMU Shunde International Joint Research Institute
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明提供一种SDN控制器的带约束多路径路由方法及系统，所述方法及系统应用于多媒体或其他有QoS要求的SDN网络中，SDN控制器通过LLDP协议能获得网络的精确拓扑信息，而且能对网络拓扑信息的变化及时进行更新，因此路由算法的结果更准确；本发明根据网络拓扑信息和用户输入的带约束条件的待求路径，调用路由算法进行路径计算，同时依据运算结果，逐条路径逐个交换机地生成并下发流表项，本发明既能计算单路径带条件约束情况下的所有可行路径或最优路径，也能计算多路径带条件约束情况下的所有可行路径组合方案或最优路径组合方案。本发明SDN控制器的带约束多路径路由系统是上述方法实现的基础，所述方法和系统结合实现SDN控制器的带约束多路径路由方案。

Description

一种SDN控制器的带约束多路径路由方法及系统

技术领域

本发明涉及网络路由技术领域，更具体地，涉及一种SDN控制器的带约束多路径路由方法及系统。

背景技术

服务质量(QoS)保证是互联网络面临的一大难题，也是下一代高速网络、多媒体网络的一个具有挑战性的问题，而带QoS约束条件的路由则是其中的一个核心技术。目前，带QoS约束条件的路由问题涉及的度量参数包括：带宽、延时、丢包率、路由跳数、延时抖动、可靠性等等。不同的业务需要保证不同的QoS参数，或者是相同QoS参数保证不同/特定的取值。对应地，依据度量参数的组合方式，可以将路由算法分为单混合度量参数路由算法和多混合度量参数路由算法。带QoS约束条件的路由问题主要包括：QoS业务寻找能够同时满足多种QoS约束的可行路径和最优路径。现有的大部分路由算法都假设网络的每个节点都能够通过网络协议获取精确的网络状态信息，但在实际的动态网络环境中，节点所能够获取的网络状态信息是不精确的，因此路由算法的结果也是不准确的，这使得求解得到的路径与最优路径偏差较大，从而无法为业务提供有保证的QoS。

发明内容

本发明的首要目的是克服现有技术网络状态信息是不精确、求解得到的路径与最优路径偏差较大的缺陷，提供一种能够实时精确获取网络拓扑信息和最优路径的SDN(软件定义网络)控制器的带约束多路径路由方法。

本发明的进一步目的是提供一种能够实时精确获取网络拓扑信息和最优路径的SDN(软件定义网络)控制器的带约束多路径路由系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种SDN控制器的带约束多路径路由方法，所述方法应用于SDN网络，所述方法包括以下步骤：

S1：实时检测网络中链路的增加或减少，如果检测到网络中有链路的增加或减少，对网络拓扑信息进行更新；

S2：输入带约束条件的路径请求信息，将待求路径信息转化为路由算法程序可接受的输入参数格式，对待求路径信息进行更新；

S3：通过预定义的API(应用程序编程接口)来调用独立可运行的路由算法程序，对待求路径信息进行优化求解，获得运算结果；

S4：依据运算结果，为每条路径分配一个唯一可识别的VLAN(虚拟局域网)ID，逐条路径逐个交换机地生成并下发包含对应VLAN ID和转发规则的流表项。

在一种优选的方案中，所述方法还包括：步骤S1中，实时检测网络中链路的增加或减少的方法为：根据LLDP(链路层发现协议)协议周期性向网络中各个交换机发送LLDP探测包，交换机通过LLDP包将链路的增加或减少情况进行上报。

在一种优选的方案中，所述方法还包括：步骤S1中，使用哈希表来存放网络拓扑信息，收到增加链路的LLDP包时，先查看对应的链路是否已经存在哈希表中，如果存在，则不添加链路信息，否则在哈希表中添加新的条目，存放链路信息；收到删除链路的LLDP包时，先查看对应的链路是否已经存在哈希表中，如果不存在，则链路已经被删除，否则在删除相应的条目。

在一种优选的方案中，所述路由算法程序的输入参数包括leftnodeID、rightnodeID、bandwidth和cost，其中leftnodeID和rightnodeID分别是一条链路两端交换机的ID，bandwidth是链路带宽，cost是自定义的花销。

在一种优选的方案中，所述路由算法程序的运算结果包括：路径经过的节点、路径的总花销和路径的优先级。

一种SDN控制器的带约束多路径路由系统，所述系统包括：

拓扑发现模块：用于实时检测网络中链路的增加或减少；

信息更新模块：用于根据实时检测网络中链路的增加或减少对网络拓扑信息进行更新；将输入的带约束条件的路径请求信息转化为路由算法程序可接受的输入参数格式，对待求路径信息进行更新；

路由算法调用模块：用于通过预定义的API来调用独立可运行的路由算法程序，并从返回的信息获得运算结果；

流表项生成及下发模块：用于依据运算结果，为每条路径分配一个唯一可识别的VLAN ID，逐条路径逐个交换机地生成并下发包含对应VLAN ID和转发规则的流表项；

输入输出模块：为用户提供输入界面，用户在输入界面输入带约束条件的路径请求信息。

在一种优选的方案中，所述输入输出模块还将运算结果显示到输出界面。

在一种优选的方案中，所述输入输出模块还提供记录并保存输入信息、网络拓扑信息和输出信息的功能。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明SDN控制器的带约束多路径路由方法，实时检测网络中链路的增加或减少，并对网络拓扑信息进行更新；将用户输入的待求路径信息转化为路由算法程序可接受的输入参数格式，同时对待求路径信息进行更新；通过预定义的API来调用独立可运行的路由算法程序，对待求路径信息进行优化求解，获得运算结果；依据运算结果，为每条路径分配一个唯一可识别的VLAN(虚拟局域网)ID，逐条路径逐个交换机地生成并下发包含对应VLAN ID和转发规则的流表项。本发明应用于多媒体或其他有QoS要求的SDN网络中，SDN控制器通过LLDP协议能获得网络的精确拓扑信息，而且能对网络拓扑信息的变化及时进行更新，因此路由算法的结果也是更准确的；本发明根据网络拓扑信息和用户输入的带约束条件的待求路径，调用路由算法进行路径计算，同时依据运算结果，逐条路径逐个交换机地生成并下发流表项，本发明既能计算单路径带条件约束情况下的所有可行路径或最优路径，也能计算多路径带条件约束情况下的所有可行路径组合方案或最优路径组合方案。

本发明SDN控制器的带约束多路径路由系统是上述方法实现的基础，所述方法和系统结合实现SDN控制器的带约束多路径路由方案。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种SDN控制器的带约束多路径路由系统，所述系统包括：

拓扑发现模块：用于实时检测网络中链路的增加或减少；

输入输出模块：为用户提供输入界面，用户在输入界面输入带约束条件的路径请求信息；所述输入输出模块还能够将运算结果显示到输出界面，提供记录并保存输入信息、网络拓扑信息和输出信息的功能。

S1：拓扑发现模块实时检测网络中链路的增加或减少，如果检测到网络中有链路的增加或减少，信息更新模块对网络拓扑信息进行更新。

实时检测网络中链路的增加或减少的方法为：根据LLDP协议周期性向网络中各个交换机发送LLDP探测包，交换机通过LLDP包将链路的增加或减少情况进行上报。在利用LLDP协议探测网络拓扑变化的过程中，每个交换机都会上报自己的链路信息，从而网络中每增加或删除一条链路，链路两端的交换机都会向SDN控制器上报自身链路的变化。SDN控制器会收到重复的新建或删除链路的LLDP包，导致对网络拓扑信息的重复修改。为了避免这种情况，本实施例使用哈希表来存放网络所有的链路信息。收到增加链路的LLDP包时，先查看对应的链路是否已经存在哈希表中，如果存在，则不添加链路信息，否则在哈希表中添加新的条目，存放链路信息。收到删除链路的LLDP包时，先查看对应的链路是否已经存在哈希表中，如果不存在，则说明链路已经被删除，收到的是重复删除的LLDP包，否则在删除相应的条目。

本实施例的网络拓扑信息示例如表1所示：

表1

leftnodeID	rightnodeID	bandwidth	cost
				4	6	100	5
2	4	100	5
				5	6	100	10
6	8	100	10
				1	3	100	5
5	7	100	12
				3	5	100	10
3	4	100	5

其中，leftnodeID和rightnodeID分别是一条链路两端交换机的ID，bandwidth是交换机之间的链路带宽，cost是自定义的花销，本实施例中cost指时延。

S2：用户在输入界面输入带约束条件的路径请求信息，信息更新模块将待求路径信息转化为路由算法程序可接受的输入参数格式，并且对待求路径信息进行更新。

本实施例中，用户输入的带约束条件多路径请求信息如表2所示：

表2

srcNodeID	dstNodeID	bandwidth	priority
				1	2	40	5
2	7	30	7
				3	6	10	10

其中，srcNodeID和dstNodeID分别是指一条路径下的源交换机节点和目的交换机节点的ID，bandwidth是指需要为该路径分配的带宽，priority指该路径的优先级，优先级越高，带宽要越先得到保障，而且会优先保证其花销最小。

本实施例中的约束条件为带宽，本发明能够计算单路径带宽约束情况下的最优路径，也能够计算多路径带宽约束情况下的最优路径集合，而且本发明的约束条件并不只局限于带宽。

S3：路由算法调用模块通过预定义的API来调用独立可运行的路由算法程序，对待求路径信息进行优化求解，获得运算结果；

路由算法调用模块建立子进程，然后通过预定义的API来调用独立可运行的路由算法程序，对待求路径信息进行优化求解，并从返回的信息获得运算结果。运算结果不仅包括可行路径方案，还给出最优路径方案，预定义的API具有固定格式和通用性，也即本发明系统和独立可运行的路由算法程序是解耦的，路由算法程序的具体实现不是本发明系统的组成部分。API具有固定格式是指调用程序的名称、输入参数和返回信息的数据结构，任何满足输入参数和返回信息的数据结构的路由算法程序都能被本系统调用。

本实施例的运算结果如表3所示，本实施例仅显示最优路径方案：

表3

其中path为最优路径经过的节点，按顺序从源节点到目的节点，cost为路径的总花销，本实施例为总时延，priority为路径的优先级，sumCost为该方案所有最优路径的总花销即总时延，按如下公式计算：

sumCost = \underset{i}{Σ} {\cos t}_{i} * {priority}_{i}

公式中，i为运算结果中最优路径的编号，本实施例中i＝1,2,3。

所述输入输出模块还能够将运算结果显示到输出界面，提供记录并保存输入信息、网络拓扑信息和输出信息的功能，并且在获得计算结果之后，用户界面让用户选择是否将输入信息、网络拓扑信息和输出信息格式化保存到文档中。

S4：流表项生成及下发模块依据运算结果，为每条路径分配一个唯一可识别的VLAN ID，逐条路径逐个交换机地生成并下发包含对应VLAN ID和转发规则的流表项。

本实施例的最优方案包含三条路径，则需要三个VLAN ID。三条路径都经过编号为3的交换机节点，则该节点上会有六条相关的流表项，因为每条路径有两个方向，会在该节点上建立两条流表项。数据包在源/目的交换机节点处被加上VLAN ID，在目的/源交换机节点处被剥掉VLAN ID。

本发明SDN控制器的带约束多路径路由方法，应用于多媒体或其他有QoS要求的SDN网络中，SDN控制器通过LLDP协议能获得网络的精确拓扑信息，而且能对网络拓扑信息的变化及时进行更新，因此路由算法的结果也是更准确的，从而得到带约束多路径路由的所有可行路径组合及最优路径组合。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种SDN控制器的带约束多路径路由方法，所述方法应用于SDN网络，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S2：输入带约束条件的路径请求信息，将待求路径信息转化为路由算法能够接受的输入参数格式，对待求路径信息进行更新；

S3：通过预定义的API来调用独立运行的路由算法，对待求路径信息进行优化求解，获得运算结果；

S4：依据运算结果，为每条路径分配一个唯一可识别的VLAN ID，逐条路径逐个交换机地生成并下发包含对应VLAN ID和转发规则的流表项。

2.根据权利要求1所述的SDN控制器的带约束多路径路由方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤S1中，实时检测网络中链路的增加或减少的方法为：根据LLDP协议周期性向网络中各个交换机发送LLDP探测包，交换机通过LLDP包将链路的增加或减少情况进行上报。

3.根据权利要求2所述的SDN控制器的带约束多路径路由方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤S1中，使用哈希表来存放网络拓扑信息，收到增加链路的LLDP包时，先查看对应的链路是否已经存在哈希表中，如果存在，则不添加链路信息，否则在哈希表中添加新的条目，存放链路信息；收到删除链路的LLDP包时，先查看对应的链路是否已经存在哈希表中，如果不存在，则链路已经被删除，否则在删除相应的条目。

4.根据权利要求1所述的SDN控制器的带约束多路径路由方法，其特征在于，所述路由算法的输入参数包括leftnodeID、rightnodeID、bandwidth和cost，其中leftnodeID和rightnodeID分别是一条链路两端交换机的ID，bandwidth是链路带宽，cost是自定义的花销。

5.根据权利要求1所述的SDN控制器的带约束多路径路由方法，其特征在于，所述路由算法的运算结果包括：路径经过的节点、路径的总花销和路径的优先级。

6.一种SDN控制器的带约束多路径路由系统，其特征在于，所述系统包括：

拓扑发现模块：用于实时检测网络中链路的增加或减少；

信息更新模块：用于根据实时检测网络中链路的增加或减少对网络拓扑信息进行更新；将输入的带约束条件的路径请求信息转化为路由算法能够接受的输入参数格式，对待求路径信息进行更新；

路由算法调用模块：用于通过预定义的API来调用独立运行的路由算法程序，并从返回的信息获得运算结果；

7.根据权利要求6所述的SDN控制器的带约束多路径路由系统，其特征在于，所述输入输出模块还将运算结果显示到输出界面。

8.根据权利要求6所述的SDN控制器的带约束多路径路由系统，其特征在于，所述输入输出模块还提供记录并保存输入信息、网络拓扑信息和输出信息的功能。