CN105227460B - 一种基于sdn的地震解释系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于SDN的地震解释系统，包括：数据层、基础设施层、解释层以及SDN网络控制模块；通过在地震数据解释系统中添加SDN网络控制模块，来实现SDN对网络拓扑的集中配置；通过SDN网络控制模块为优先级高的解释组配置一条单独的数据转发路径，避免了人力进行繁琐的路由和交换机配置，以及优先级降低之后又要花费人力去恢复配置，同时也提高了数据转发效率；通过本发明的流表操作机制，当出现需要临时网络时，可以便捷配置以及删除，保障数据的安全性，以及实现网络配置得便捷性。

Description

一种基于SDN的地震解释系统
技术领域
本发明属于地震数据处理领域，具体涉及一种地震解释系统。
背景技术
随着全球信息化的快速发展，互联网的规模越来越大，结构也越来越复杂，特别是近些年随着社交网络、云计算的崛起，网络层面临着数据量大、结构复杂、业务繁多的局面，这就给网络的控制、管理和优化带来了巨大的挑战。传统的网络架构己经变得越来越臃肿，对网络层架构的改革已经势在必行。基于OpenFlow技术的SDN(Software DefinedNetwork，软件定义网路)成为了下一代网络的研究重点。
SDN的概念由开放网络基金会(ONF)在2010年提出，SDN的最大特点是控制和转发逻辑分离，通过将网络控制平面从底层网络中分离出来，以开放软件模式的控制平面取代传统嵌入式封闭的控制平面，由集中式控制器来控制管理整个网络，从而实现对网络资源的动态管理和灵活配置，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。
传统互联网中，数据转发与控制逻辑紧耦合，导致网络控制功能复杂，阻碍了新技术在控制层面的部署，使得控制层面的灵活性和扩展性很难适应网络的飞速发展。SDN的核心理念是控制与转发分离，具有前所未有的可编程性、自动化以及网络控制能力，确保了网络的高度可扩展、灵活，提高了网络的创新能力。SDN技术自2008年提出以来，取得了快速的发展，其中尤以Google基于OpenFlow技术搭建的B4网络最具代表性。
目前世界上比较流行的地震数据处理解释系统有OMGAR地震数据处理系统、CGG地震数据处理系统、PARADIGM叠前偏移处理系统、LANDMARK地震解释系统、JEQUEST地震解释系统以及中油油气勘探软件国家工程研究中心地球软件公司的GRISYS地震数据处理系统和GRISTATION地震解释系统。这些系统都自成体系，是一个大型的、独立的地震数据处理/解释系统。各个系统虽然都可以独立完成地震数据处理/解释任务和目标，但是对于不同地区不同的处理任务和处理要求，处理人员需要综合使用这些处理系统上具有特色的功能模块，来完成处理目标。地震数据就是通过各个模块协同处理完成的，因此这些不同的处理模块所需的数据需要经过某种方法集中统一管理起来，同时各种数据还要保持独立性，各种数据的机密级别也不一样。
目前的系统设计中还没有将SDN的网络设计理念应用于地震解释系统的研究，而是各自保持的独立的发展。
目前的地震解释过程主要由各个地震解释软件协同操作组成的一个流程，原始地震数据由各个解释软件一步一步的解释形成最终需要的数据。这样地震解释就按照各个解释软件分成不同的解释组，每个解释组负责一个解释软件对数据的处理，各个解释组之间协同组成一个地震数据的处理流程。这样各个组之间在数据解释上相互隔离，但在数据上又相互联系，即每个解释组使用的数据都是上一个解释组处理完之后的数据(第一个解释组使用的是最原始数据)。
目前的地震解释架构就是各个解释组所在的软件模块共同组成的一个软件架构，以数据处理流程为驱动，调配各个软件模块的先后使用顺序。地震数据是由各自的解释组单独管理，数据的传输都是由解释组之间相互传输。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提出一种基于SDN的地震解释系统，通过在地震数据解释系统中添加SDN网络控制模块，来实现SDN对网络拓扑的集中配置。
本发明采用的技术方案是：一种基于SDN的地震解释系统，包括：数据层、基础设施层、解释层以及SDN网络控制模块；
所述数据层为用于管理数据的服务器；
所述解释层为向服务器请求数据的各解释组客户端；
所述基础设施层为用于转发数据的网络设备；
所述SDN网络控制模块包括：网络控制器以及基于网络控制器API的上层应用；所述网络控制器用于通过OpenFlow协议与基础设施层进行通信；所述上层应用通过网络控制器获取基础设施层的网络拓扑结构，并通过网络控制器将流表调整信息传送至基础设施层更新网络拓扑结构。
进一步地，所述流表调整信息包括：流表的增加或删除或修改信息。
进一步地，所述上层应用包括：流表查询单元、流表计算单元以及流表编辑单元；所述流表查询单元用于查询网络设备中的设备信息、端口信息和流表信息；所述流表计算单元用于根据查询到的流表信息计算出最短数据转发路径；所述流表编辑单元用于流表的增加或删除或修改操作，并将流表调整信息下发至网络控制器。
进一步地，所述网络设备包括：路由器或交换机。
进一步地，所述解释组客户端还包括标识位，所述标识位分为常态与优先级状态两种；常态标识位为解释组客户端标识位的初始状态；优先级状态标识位与相应优先级对应。
进一步地，当解释组客户端的优先级提高时，触发流表查询单元通过查询网络设备的流表信息，获取网络拓扑结构信息；流表计算单元根据查询得到的网络拓扑信息以及解释组客户端的标识位为优先级提高的解释组客户端计算得到最短数据转发路径。
更进一步地，还包括：流表编辑单元修改服务器或终端网络设备的转发流表，将优先级提高的解释组客户端的转发流表置于服务器或终端网络设备内部转发流表项的第一项。
进一步地，当解释组客户端离开时，触发流表查询单元查询得到网络拓扑结构信息，获取该解释组客户端的流表转发路径；流表计算单元读取到该路径解释组客户端标识位为空，则调用流表编辑单元删除该流表转发路径，并将更新的流表信息发送给网络控制器，更新网络拓扑。
本发明的有益效果：本发明的一种基于SDN的地震解释系统，通过在地震数据解释系统中添加SDN网络控制模块，来实现SDN对网络拓扑的集中配置；通过SDN网络控制模块为优先级高的解释组配置一条单独的数据转发路径，避免了人力进行繁琐的路由和交换机配置，以及优先级降低之后又要花费人力去恢复配置，同时也提高了数据转发效率；通过本发明的流表操作机制，当出现需要临时网络时，可以便捷配置以及删除，保障数据的安全性，以及实现网络配置得便捷性。
附图说明
图1为本发明的一种基于SDN的地震解释系统的系统架构图。
图2为本发明实施例提供的优先级路径配置流程图。
图3为本发明实施例提供的优先级调整前后转发路径对比图；
图3(a)表示优先级调整前的转发路径；图3(b)表示优先级调整后的转发路径。
图4为本发明实施例提供的增加解释组的调整流程图。
图5为本发明实施例提供的增加解释组调动前后对比图；
图5(a)表示解释组工作地点调动前的网络结构；图5(b)表示解释组工作地点调动后的网络结构。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
本发明的一种基于SDN的地震解释系统，通过在地震数据解释系统中添加SDN网络控制模块，来实现SDN对网络拓扑的集中配置。整体系统架构如图1所示。在数据层、基础设施层和解释层的基础上，添加SDN网络控制模块，SDN网络控制模块主要是通过OpenFlow协议与基础设施层的网络设备进行通信，基础设施层中的路由器和交换机需支持OpenFlow协议。其中数据层是管理数据的服务器，解释层是向服务器请求数据的各解释组客户端。
SDN网络控制模块主要包含支持OpenFlow协议的网络控制器和基于网络控制器API开发的上层应用。其中，支持OpenFlow协议的网络控制器主要采用NOX控制器，负责具体的转发路径的管理；上层应用包含流表查询、流表计算和流表编辑三个子单元。流表查询单元主要用于查询网络设备中的设备信息、端口信息和流表信息；流表计算单元主要根据查询到的流表信息计算出最优的数据转发路径；流表编辑单元主要用于流表的增加、删除和修改操作。
加入SDN网络控制模块后，基础设施层的OpenFlow交换机和路由器负责转发数据，而具体的转发路径是由网络控制器进行管理。OpenFlow交换机和路由器只负责在本地做简单高速的数据转发，其数据转发的依据就是个网络设备流表，在传统网络设备中，交换机和路由器的数据转发需要依赖网络设备中保存的二层MAC地址转发表或者三层IP地址路由表，而OpenFlow交换机中使用的流表也是如此，在本申请中该流表的表项整合了网络中各个层次的网络配置信息，从而在进行数据转发时可以使用更丰富的规则。网络控制器主要是通过OpenFlow协议和交换机、路由器通信，通过OpenFlow协议获取或者修改交换机、路由器的流表信息；网络控制器除了获取流表信息外，还可以通过OpenFlow协议获取设备信息、端口信息等；此处提到的设备信息具体为：交换机或路由器的IP地址，以及交换机或路由器的设备序列号等基本信息。
在本发明中网络拓扑的控制是由SDN网络控制模块中的上层应用与网络控制器通信来实现的，具体为：上层应用通过网络控制器获取基础设施层的网络拓扑结构，网络控制器接受上层应用传输过来的流表信息调整基础设施层的网络拓扑。即，上层应用发起流表查询请求给网络控制器，网络控制器使用OpenFlow协议与交换机和路由器通信，并获取交换机和路由器的流表信息，再转发给上层应用；上层应用调整流表信息后再下发给网络控制器，网络控制器再使用OpenFlow协议与交换机和路由器通信，更新交换机和路由器的流表信息。
在本发明中根据项目的轻重缓急设置优先级，比如，解释组A在短时间内需要大量的数据请求来尽快完成项目进度，则将解释组A的项目设置为高优先级；然而在同一时间其他解释组也在对数据进行大量的请求，但是这些解释组的项目优先级并不高。因此，首先为优先级高的解释组A配置转发路径。具体的优先级是根据解释组的标志位进行确定，每一个解释组初始的标识位都为常态标识位，可根据需要设置不同的标识位状态，对应相应的优先级。
具体路径配置流程如图2所示，首先在正常的网络转发中，各解释组平均占有传输带宽，如图3(a)所示(其中S端为服务器的出口，D端为各解释组的入口，S到D假设有两条传输路径)，当解释组3的优先级提高时，触发SDN流表查询单元查询整个网络的拓扑结构，流表计算单元识别解释组3的标识位为高优先级，则为解释组3计算出一个最短的转发路径，同时调整优先级低的解释组1和解释组2的转发路径，通过流表编辑单元将上述流表调整信息转发至网络控制器调整终端网络设备，实现各个解释组转发路径的配置。如图3(b)所示，将解释组3的传输路径调整到(S-a-D)链路上，将原本在(S-a-D)链路上的解释组1和解释组2调整到(S-b-c-D)链路上，保证解释组3的数据独享传输链路。同时通过流表编辑单元修改S和D的转发流表，将解释组3的转发流表置于S和D内部转发流表的第一项，这里的S具体指服务器，D指解释组3处的终端路由器或终端交换机，减少数据转发时的查表时间。更新的流表信息通过流表编辑单元下发给网络控制器，再由网络控制器通过OpenFlow协议发送给底层交换机和路由器，更新网络拓扑，实现高优先级转发路径配置。
当多个解释组都处于高优先级时，触发流表查询单元查询流表获取流表信息，通过流表计算单元计算网络拓扑结构，得到最短转发路径，按优先级平均分配网络带宽，即，使优先级都为最高的解释组共同使用最短转发路径。同时各设备(所述设备包括服务器以及解释组处连接的终端网络设备，终端网络设备包括终端路由器以及终端交换机)的转发流表项按照要转发到的解释组的优先级排序，优先级高的解释组处于流表项的前面，因此优先级越高，流表查询命令速度越快，减少了转发延迟。
在企业网内部，由于解释组之间协同性较高，因此各解释组的流动性较大，比如：解释组A和解释组B可能会到一个新的网络中一起协同完成一套解释流程，这样就会涉及基础设施层网络的重新配置。由于这些网络只是临时的，所以在现有的技术中并不会为优先级高的解释组配置一条单独的数据转发路径，因为这种单独路径只是短时间存在并且需要耗费人力去进行繁琐的路由和交换机配置，优先级降低之后又要花费人力去恢复配置。本发明在加入了SDN网络控制模块之后，只需要重新配置一个新的转发链路出来就可以实现了，整体流程如图4所示；极大的减少了人工配置的步骤。具体过程如下：
在出现工作地点调动之后，网络结构由图5(a)转变为图5(b)(其中S端为服务器的出口，D端为各解释组的入口，N为新加入的网络节点且与a相连，S到D假设有两条传输路径)，解释组1和解释组2调动到N节点，此时调用流表查询单元查询当前的网络拓扑结构，根据目的地点N计算出从S到N的最短路径，设计好新的流表，通过流表编辑单元下发给网络控制器，再由网络控制器通过OpenFlow协议发送给基础设施层的交换机和路由器，更新网络拓扑，使解释组1和解释组2在N结点可以正常访问地震数据。
当解释组1和解释组2离开该临时网络时，触发流表查询单元查询当前的网络拓扑结构，流表计算单元读取到该路径解释组终端标识位为空，则调用流表编辑单元删除该路径，并将流表调整信息下发给网络控制器，再由网络控制器通过OpenFlow协议发送给基础设施层的交换机和路由器，更新网络拓扑，使该临时网络不能再访问地震数据，保障数据的安全性。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种基于SDN的地震解释系统，其特征在于，包括：数据层、基础设施层、解释层以及SDN网络控制模块；
所述数据层为管理数据的服务器；
所述解释层为向服务器请求数据的各解释组客户端；
所述基础设施层为转发数据的网络设备；
所述SDN网络控制模块包括：网络控制器以及基于网络控制器API的上层应用；所述网络控制器用于通过OpenFlow协议与基础设施层进行通信；所述上层应用通过网络控制器获取基础设施层的网络拓扑结构，并将流表调整信息发送给网络控制器，由网络控制器将流表调整信息传送至基础设施层更新网络拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于SDN的地震解释系统，其特征在于，所述流表调整信息包括：流表的增加或删除或修改信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于SDN的地震解释系统，其特征在于，所述上层应用包括：流表查询单元、流表计算单元以及流表编辑单元；所述流表查询单元用于查询网络设备中的设备信息、端口信息和流表信息；所述流表计算单元用于根据查询到的流表信息计算出最短数据转发路径；所述流表编辑单元用于流表的增加、删除和修改操作，并将流表调整信息发送至网络控制器。
4.根据权利要求1所述的一种基于SDN的地震解释系统，其特征在于，所述网络设备包括：路由器或交换机。
5.根据权利要求1所述的一种基于SDN的地震解释系统，其特征在于，所述解释组客户端还包括标识位，所述标识位分为常态与优先级状态两种；常态标识位为解释组客户端标识位的初始状态；优先级状态标识位与相应优先级对应。
6.根据权利要求3所述的一种基于SDN的地震解释系统，其特征在于，当解释组客户端的优先级提高时，触发流表查询单元通过查询网络设备的流表信息，获取网络拓扑结构信息；流表计算单元根据查询得到的网络拓扑结构信息以及解释组客户端标识位为优先级提高的解释组客户端计算得到最短数据转发路径。
7.根据权利要求6所述的一种基于SDN的地震解释系统，其特征在于，还包括：流表编辑单元修改服务器或终端网络设备的转发流表，将优先级提高的解释组客户端的转发流表置于服务器或终端网络设备内部转发流表项的第一项。
8.根据权利要求3所述的一种基于SDN的地震解释系统，其特征在于，当解释组客户端离开时，触发流表查询单元查询得到网络拓扑结构信息，获取该解释组客户端的流表转发路径；流表计算单元读取到该路径解释组客户端标识位为空，则调用流表编辑单元删除该流表转发路径，并将更新的流表信息发送给网络控制器，更新网络拓扑。
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