CN105847146A - 一种提高层次分布式sdn控制平面路由效率的机制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高层次分布式SDN控制平面路由效率的机制，以解决在大规模OpenFlow网络环境下的SDN控制器部署所存在的可扩展性问题。本发明将网络中的路由请求根据数据包的源IP地址和目的IP地址分成三个级别，对局域网中的路由请求采用集中控制路由(CSR)算法，对全局路由请求被作为完全分布式控制路由进行处理。本发明通过采用阻断岛范式(BI)理论建立BI图和对全局网络进行拓扑聚合以降低路由算法的搜索空间。

Description

一种提高层次分布式SDN控制平面路由效率的机制

技术领域

本发明公开了一种对层次分布式软件定义网络(SDN)控制平面路由效率进行改进的机制，用于解决在大规模网络环境下，控制器如何配置网络资源和处理路由请求，从而提高控制平面可扩展性的问题。本发明属于网络数据传输领域。

背景技术

随着互联网的规模和复杂性日益增长以及应用范围的不断扩大，许多新兴网络业务对网络所能提供的服务提出了更加苛刻的要求。例如：数据中心中巨量数据的传输对网络带宽提出了更高要求；在线实时交互式应用要求网络延迟控制在数毫秒内；网络电话对丢包率非常敏感。然而，互联网中传统的尽力而为的传送机制难以提供基于每个业务流的细粒度控制及优秀的区分服务，原因在于现有网络的控制功能分散于各个网络设备中，采用的分布式路由协议并不适宜实现端对端的有软件服务质量(QoS)保证的路由，并且由于传统网络架构僵化和缺乏全局网络视图，目前并没有一种基于传统网络的资源管理框架能解决所有问题。

基于上述问题，SDN日益兴起并迅速吸引了学术界和工业界注意。SDN将控制平面与转发平面分离，网络层和控制层之间通过OpenFlow协议提供的安全信道交换信息，控制层通过REST API提供的北向接口向应用层提供服务。SDN控制器负责执行网络决策任务，如负载均衡、接入控制和路由计算，网络设备在控制器的指导下进行数据转发。网络管理者能够通过编写应用程序来配置、管理和优化底层的网络资源，从而实现灵活可控的网络以及提供高质量、可区分的服务。

然而SDN在带来诸多优点和机遇的同时也带来了挑战。SDN控制器是整个网络的大脑，负责所有的网络决策任务，例如负载均衡、网络接入、流量调度、路由计算等，而沉重的计算负担会降低网络路由决策的效率并增加路由的时延。此外，OpenFlow交换机的流表空间是有限的(约4K)，为了在有限的流表空间中匹配更多的流，采用了硬超时和空闲超时等流表项超时机制，从而导致流表项的重复计算，加重控制平面的负担。网络中存在大量老鼠流，这些老鼠流的传输时间短暂且会频繁调用控制器，极端情况下会导致控制器宕机。限制条件下的最优路径决策是NP-完全问题，需要采用启发式或演进式算法。针对在大规模网络中SDN控制器所存在的可扩展性问题，目前在学术界提出了三类解决方案：1.通过使用高规格硬件及应用多线程技术来提高单个控制器的性能，或提出高性能路由算法来提高集中式路由的效率；2.通过预先配置通配符流表项，为一部分业务流预先分配静态路由，从而将部分控制器工作转移到转发平面，通过降低路由请求次数提高控制器吞吐量；3.通过采用多个控制器相互协作的分布式控制平面，将逻辑上统一的控制平面在物理上分散开来。目前在学术界已经有一些分布式控制平面的讨论，但是这些控制平面通常较少关注其在大规模网络中应用时可能遇到的性能瓶颈问题。

本发明主要针对SDN层次分布式控制平面存在的可扩展性问题，提出一种改进机制。为讨论方便，假设层次分布式SDN网络中，各种异构的局域网络称为LA，每个LA由一个底层控制器LC管理，上层控制器称为UC，上层控制器管理的网络区域称为UA，每个上层控制器管理若干个底层控制器。首先，本发明利用分治法依据网络层次和数据包的IP地址将网络中的路由分为三个级别进行处理，其中LA内和UA内部的路由被作为集中控制路由(CSR)，而源IP地址和目的IP分属不同UA的路由请求被作为全局分布式路由进行处理；其次，将CSR作为一个限制条件下最短路径(CSP)问题，通过应用阻断岛范式理论(BI)为LA建立BI图以降低CSR算法的搜索空间从而降低其时间复杂度；最后，通过对网络进行聚合以降低全局分布式路由算法的复杂度。LC计算并上传LA聚合网络到对应UC并且由UC将网络拓扑和网络状态同步至其它控制器，全局分布式路由的计算基于除去源UA和目的LA的聚合网络，假设全局分布式路由被作为I个有序的CSR问题进行处理，每个CSR依赖于一个除去源UA和目的LA的全局聚合网络。通过这种降低SDN路由算法的平均复杂度的机制，提高层次分布式控制器平面的可扩展性。

发明内容

[发明目的]：针对现有SDN层次分布式控制平面在大规模网络应用中存在性能瓶颈问题，提出一种对其路由计算效率进行改进的机制。通过本发明，可以有效的提高SDN层次分布式控制平面的处理能力，提高其在大规模网络环境中的可扩展性和处理能力，从而充分利用其所带来的可编程性和灵活性。

[技术方案]：本发明采用了以下技术方案：

1)对网络路由按照网络层次和IP地址划分为三个级别进行处理。

将网络路由划分为三个级别能够降低路由算法的平均时间复杂度，其中LA内部路由和UA内部路由被作为集中控制路由进行处理，跨UA的路由被作为全局分布式路由进行处理。CSR在本发明中被作为一个CSP问题进行处理，并且采用拉格朗日松弛变量算法(LARAC)来解决该问题。本发明对路由计算请求的处理步骤为：

步骤一：LC收到来自LA的路由请求时，LC会判断路由请求数据包PACKET_IN的目的IP地址是否位于该LA中，如果目的IP地址也位于该LC所管理的LA内部，则会发起一次以LC为控制器的CSR。假设源节点为S，目的节点为T，局域网络为LAi，要求的最小带宽为B_min，其最优路径可以表示为：r＝CSR(G_li，(S，T)，B_min)，其中CSR(G_li，(S，T)，B_min)为本发明所使用的符号，表示使用LARAC算法解决CSP问题获得的最优路径，G_li表示第i个局域网络LA，i＝1，2，...，L，L是LA的个数；

步骤二：当LC判断目的IP地址和源IP地址不再同一个LA中，LC会将PACKET_IN数据包上传到其对应的UC进行处理。类似的，UC收到路由计算请求时，如果判断目的IP地址位于其对应的UA中，将会发起一次以该UC为控制器的CSR。假设源节点为S，目的节点为T，局域网络为UA_i，要求的最小带宽为B_min，则其最优路径可以表示为：r＝CSR(G_ui，(S，T)，B_min)，其中G_ui表示第i个局域网络UA，i＝1，2，...，U，U为UA的个数；

步骤三：当UC判断目的IP地址不再其管理的UA中时，UC首先将PACKET_IN路由请求数据包同步到其它上层控制器，并发起一次全局分布式路由请求。全局分布式路由请求被作为一系列有序的CSR进行处理。在本发明中采用阻断岛范式理论降低CSR的复杂度并且对全局网络拓扑进行聚合以降低每个CSR的搜索空间，从而提高了全局分布式路由的处理效率。假设全局分布式路由共分I次CSR路由，第i次路由的源节点为In_i，则In₁为源节点S，目的节点为T，要求的最小带宽为B_min，对应的全局聚合网络为第i次的路由的源节点所在网络为UA_i，则：

第i次计算得到的路由如下：

$r_{{\mathrm{UA}}_i}=CSR(\stackrel{\‾}{G_a^{ui}},(S,T),B_{min})\∩{\mathrm{UA}}_i$

第i次路由中源节点所在网络的出节点如下：

$out\left(i\right)=r_{{\mathrm{UA}}_i}\∩{\mathrm{set}}_b$

第i+1次路由的源节点如下：

in(i)＝{in_i|(out_i，in_i)∈r_i}

第i次路由得到的最终域问链路如下：

link_i＝(out_i，in_i)

分布式最优路径如下：

$r=\underset{i=1}{\overset{I}{\∪}}\left({\mathrm{link}}_i\∪r_{{\mathrm{UA}}_i}\right)$

2)采用阻断岛范式理论降低CSR的搜索空间。

限制条件下的路由优化问题是一个NP-完全问题，本发明将其作为一个CSP问题并使用LARAC作为路由优化算法，总的平均时间复杂度为：为了进一步提高CSR的效率，本发明采用阻断岛范式理论为网络建立BI图，BI的主要思想是将可用的网络资源抽象为一个层次树结构，而C-BI表示从节点S出发能够满足约束条件C的节点和对应链路的集合。CSR算法基于BI图进行，以降低最优路径的搜索空间，其步骤如下：

步骤一：为网络建立C-BI图。本发明采用贪婪算法建立网络C-BI图。

步骤二：降低CSR算法的搜索空间。假设已经建立节点S₁的C₁-BI图，图中包含N个节点，分别编号为S₁，S₂，...，S_N，不包含节点T，此时发起从节点S₁到节点S_n(n＝1，2，...，N)且带宽小于C₁的路由请求，则此时算法会迅速返回路径“存在”，对于从S₁到T的带宽为C₁的路由请求，则算法会迅速判断路径“不存在”，而从节点S₁到S_n(n＝1，2，...，N)内的带宽大于C₁的路由请求，则算法会继续建立C₂-BI图，其中C₂≥C₁，如果不存在C₂-BI图，则算法返回“不存在”，否则算法将返回“存在”。

步骤三：对步骤二中得到的存在满足服务质量(QoS)条件的C-BI图执行LARAC算法，得到的最优路径表示为：r＝CSR(G_(N，A)，(S，T)，B_min)。

3)对全局网络拓扑进行聚合以提高全局分布式路由算法的效率：

下层控制器在上传LA网络同时计算并且上传LA聚合网络，全局分布式路由由一系列CSR组成，CSR基于全局聚合网络可以提高总的路由算法的效率。层次分布式控制平面中存在三种链路，分别为LA内链路，LA间链路和UA间链路，而聚合拓扑中的虚拟链路的QoS参数取决于原网络中的实际链路。在计算每条实际路径的QoS参数时，带宽为路径上各个链路带宽的最小值，延迟和丢包率为各个链路的总和，抖动由延迟求导数获得。本发明应用拓扑聚合来降低全局分布式路由的搜索空间，其本质是将上层控制平面的部分工作转移到下层控制平面来进行。网络拓扑聚合的例子如图4所示。具体的步骤如下：

步骤一：通过迪杰斯特拉算法计算K条非邻接最小代价路径r₁，r₂，...，r_K，当计算第k(k＝1，2，...，K)条路径时，前k-1条路径被从网络中移除。

步骤二：将r₁，r₂，...，r_K的平均代价和平均QoS参数复制给链路(i，j)，以带宽为例，假设路径r的代价为C_(r)，带宽为B_(r)，则

聚合路径的代价为：

$C_{ij}=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}{C}_{\left(r_i\right)}$

聚合路径的带宽为：

$B_{ij}=min\{B_{\left(r_1\right)},B_{\left(r_2\right)},...,B_{\left(r_K\right)}\}$

步骤三：对步骤二所获得的聚合网络拓扑执行CSR路由算法即可得到最优路径。

[有益效果]：本发明通过提出一种改进层次分布式SDN控制平面路由效率的机制，克服了其在应用于大规模网络中遇到的性能瓶颈问题。另外，世界范围内正在展开下一代网咯的研究和部署，SDN可能会从目前校园网和实验环境逐步迁移到实际的网络环境中，例如数据中心、城域网甚至互联网等大规模复杂网络中，在各种SDN控制平面中，层次分布式控制平面有着良好的发展前景。本发明可以缓解甚至解决层次分布式SDN控制平面在较大规模网络中存在的可扩展性问题。

附图说明

图1是本发明所提出的SDN控制平面架构总流程图；

图2是层次分布式SDN控制平面的拓扑示意图，其中LA表示异构局域网络，LC表示底层控制器，UC表示上层控制器，UA表示上层控制器所管理的网络；

图3是本发明中所使用的阻断岛范式理论的示例；

图4是本发明中所使用的网络拓扑聚合的示例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的机制做进一步的详细说明。

本发明是针对层次分布式SDN控制平面在大规模OpenFlow网络环境中所存在的可展性问题提出的，本发明提出一种改进层次分布式SDN控制平面路由效率的机制，采用分治法将网络和路由请求分而治之，通过拓扑聚合和阻断岛范式降低路由算法的搜索空间，此外提出了详细的分布式路由算法。网络中的路由被分为三个级别，降低了路由算法的平均时间复杂度，尤其适宜应用于诸如数据中心和校园网络中。本发明的目标是通过对网络资源和网络中的业务流进行细粒度的处理，通过分治法降低控制平面的时延，从而提高整个层次分布式SDN控制平面的吞吐量，充分利用网络带宽等。具体的实施过程如下：

步骤一：LC自动获取局域网络LA的链路信息，构建网络拓扑，通过发送查询数据包查询和计算网络的带宽、延迟、丢包率和抖动等QoS相关参数；

步骤二：下层控制器在上传LA网络同时计算并且上传LA聚合网络，全局分布式路由由一系列CSR组成，CSR基于全局聚合网络可以提高总的路由算法的效率。层次分布式控制平面中存在三种链路，分别为LA内链路，LA间链路和UA间链路，而聚合拓扑中的虚拟链路的QoS参数取决于原网络中的实际链路。在计算每条实际路径的QoS参数时，带宽为路径上各个链路带宽的最小值，延迟和丢包率为各个链路的总和，抖动由延迟求导数获得。本发明应用拓扑聚合来降低全局分布式路由的搜索空间，其本质是将上层控制平面的部分工作转移到下层控制平面来进行。网络拓扑聚合的例子如图4所示。具体的步骤如下：

(1)：通过迪杰斯特拉算法计算K条非邻接最小代价路径r₁，r₂，...，r_K，当计算第k(k＝1，2，...，K)条路径时，前k-1条路径被从网络中移除。

(2)：将r₁，r₂，...，r_K的平均代价和平均QoS参数复制给链路(i，j)，以带宽为例，假设路径r的代价为C_(r)，带宽为B_(r)，则

聚合路径的代价为：

$C_{ij}=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}{C}_{\left(r_i\right)}$

聚合路径的带宽为：

$B_{ij}=min\{B_{\left(r_1\right)},B_{\left(r_2\right)},...,B_{\left(r_K\right)}\}$

(3)：对步骤二所获得的聚合网络拓扑执行CSR路由算法即可得到最优路径。

步骤三：根据获得的带宽T以及设定的最大带宽B，计算每条链路的丢包率I(e)，然后再计算整个路径的丢包率ploss，其计算公式如下：

$l_{\left(e\right)}=\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\left(e\right)}-0.7\×B_{\left(e\right)}}{T_{\left(e\right)}}\\ 0\end{array}\right\}$

$ploss=1-\underset{e\∈p}{\Π}(1-l_{\left(e\right)})$

其中e代表链路，p代表路径，本发明假定链路最大带宽为B，超过最大带宽的80％，认为链路发生拥塞的概率就会增大，导致发生丢包的概率会增大。所以假定，链路超过最大带宽的65％就会发生丢包，若链路没有超过最大带宽的80％，则认为该链路不会发生丢包，所以链路的丢包率就为0。

步骤四：设定约束条件，以带宽为例约束如下：

b_(p)≥B_min

其中b(p)是路径上的时延，Bmin是路径上时延的约束；

步骤五：限制条件下的路由优化问题是一个NP-完全问题，本发明将其作为一个CSP问题并使用LARAC作为路由优化算法，总的平均时间复杂度为：为了进一步提高CSR的效率，本发明采用阻断岛范式理论为网络建立BI图，BI的主要思想是将可用的网络资源抽象为一个层次树结构，而C-BI表示从节点S出发能够满足约束条件C的节点和对应链路的集合。CSR算法基于BI图进行，以降低最优路径的搜索空间，其步骤如下：

(1)：为网络建立C-BI图。本发明采用贪婪算法建立网络C-BI图。

(2)：降低CSR算法的搜索空间。假设已经建立节点S₁的C₁-BI图，图中包含N个节点，分别编号为S₁，S₂，...，S_N，不包含节点T，此时发起从节点S₁到节点S_n(n＝1，2，...，N)且带宽小于C₁的路由请求，则此时算法会迅速返回路径“存在”，对于从S₁到T的带宽为C₁的路由请求，则算法会迅速判断路径“不存在”，而从节点S₁到S_n(n＝1，2，...，N)内的带宽大于C₁的路由请求，则算法会继续建立C₂-BI图，其中C2≥C1，如果不存在C₂-BI图，则算法返回“不存在”，否则算法将返回“存在”。

(3)：对步骤二中得到的存在满足服务质量(QoS)条件的C-BI图执行LARAC算法，得到的最优路径表示为：r＝CSR(G_(N，A)，(S，T)，B_min)。

步骤六：将网络路由划分为三个级别能够降低路由算法的平均时间复杂度，其中LA内部路由和UA内部路由被作为集中控制路由进行处理，跨UA的路由被作为全局分布式路由进行处理。CSR在本发明中被作为一个CSP问题进行处理，并且采用拉格朗日松弛变量算法(LARAC)来解决该问题。本发明对路由计算请求的处理步骤为：

(1)：LC收到来自LA的路由请求时，LC会判断路由请求数据包PACKET_IN的目的IP地址是否位于该LA中，如果目的IP地址也位于该LC所管理的LA内部，则会发起一次以LC为控制器的CSR。假设源节点为S，目的节点为T，局域网络为LA_i，要求的最小带宽为B_min，其最优路径可以表示为：r＝CSR(G_li，(S，T)，B_min)，其中CSR(G_li，(S，T)，B_min)为本发明所使用的符号，表示使用LARAC算法解决CSP问题获得的最优路径，G_li表示第i个局域网络LA，i＝1，2，...，L，L是LA的个数；

(2)：当LC判断目的IP地址和源IP地址不再同一个LA中，LC会将PACKET_IN数据包上传到其对应的UC进行处理。类似的，UC收到路由计算请求时，如果判断目的IP地址位于其对应的UA中，将会发起一次以该UC为控制器的CSR。假设源节点为S，目的节点为T，局域网络为UA_i，要求的最小带宽为B_min，则其最优路径可以表示为：r＝CSR(G_ui，(S，T)，B_min)，其中G_ui表示第i个局域网络UA，i＝1，2，...，U，U为UA的个数；

(3)：当UC判断目的IP地址不再其管理的UA中时，UC首先将PACKET_IN路由请求数据包同步到其它上层控制器，并发起一次全局分布式路由请求。全局分布式路由请求被作为一系列有序的CSR进行处理。在本发明中采用阻断岛范式理论降低CSR的复杂度并且对全局网络拓扑进行聚合以降低每个CSR的搜索空间，从而提高了全局分布式路由的处理效率。假设全局分布式路由共分I次CSR路由，第i次路由的源节点为In_i，则In₁为源节点S，目的节点为T，要求的最小带宽为B_min，对应的全局聚合网络为第i次的路由的源节点所在网络为UA_i，则：

第i次计算得到的路由如下：

$r_{{\mathrm{UA}}_i}=CSR(\stackrel{\‾}{G_a^{ui}},(S,T),B_{min})\∩{\mathrm{UA}}_i$

第i次路由中源节点所在网络的出节点如下：

$out\left(i\right)=r_{{\mathrm{UA}}_i}\∩{\mathrm{set}}_b$

第i+1次路由的源节点如下：

in(i)＝{in_i|(out_i，in_i)∈r_i}

第i次路由得到的最终域间链路如下：

link_i＝(out_i，in_i)

分布式最优路径如下：

$r=\underset{i=1}{\overset{I}{\∪}}\left({\mathrm{link}}_i\∪r_{{\mathrm{UA}}_i}\right)$

步骤七：判断最终得到的最优路径是否满足约束条件，如果满足则将流量表装载到各个交换机的流表中，如果不满足，则将PACKET_IN数据包缓存至调度队列中等待下次路由调度，仅当路由计算次数超过设定的阈值时，才会判定该路由计算失败，相关的服务将会被拒绝接入网络。

图3表示了从节点S₁的带宽50-BI和40-BI图，假设求S₁到S₂节点带宽为50的最优路径，则算法会迅速返回“不存在”，因为S₁和S₂不再同一个50-BI中，此外如果求S₁到S₂节点带宽为40的最优路径，则算法会迅速返回“存在”，并且集中式路由算法的搜索空间降低为40-BI。

图4是本发明中为降低全局分布式路由算法的搜索空间所应用的网络拓扑聚合的示例。在发明提出的分布式SDN控制平面中存在三种链路，分别为LA内链路，LA间链路和UA间链路，而聚合拓扑中的虚拟链路的QoS参数取决于原网络中的实际链路。在计算虚拟链路的QoS参数时，本发明采用N条非邻接路径的最大参数值，在计算每条实际路径的QoS参数时，带宽为路径上各个链路带宽的最小值，延迟和丢包率为各个链路的总和，抖动由延迟求导数获得。本发明应用拓扑聚合来降低全局分布式路由的搜索空间，其本质是将上层控制平面的部分工作转移到下层控制平面来进行，这是合理的，测试表明全局分布式路由的平均时间为集中式路由的数十倍。

上面对本发明作了详细的说明，但是本发明并不限于上述的实施方式，在本领域的技术人员可以根据自己所具备的知识，对本发明做各种变化以达到更优的效果。

Claims (6)

1.一种提高层次分布式软件定义网络(SDN)控制平面路由效率的机制，其特征在于：

1)网络中的路由请求按照网络层次和IP地址分为三个级别进行处理；

2)采用阻断岛范式理论降低集中控制路由(CSR)的搜索空间；

3)对全局网络进行拓扑聚合以降低分布式路由的复杂度。

2.如权利要求1所述的一种对层次分布式SDN控制平面路由效率改进的机制，其特征在于控制器平面被分为两个层次，上层控制平面采用完全分布式的结构。每个异构的局域网络分别由一个底层控制器负责管理，上层控制平面采用配对的方式对下层控制器进行管理。假设局域网络称为LA，底层控制器称为LC，上层控制器网络称为UA，上层控制器称为UC。将网络路由划分为三个级别能够降低路由算法的平均时间复杂度，其中LA内部路由和UA内部路由被作为集中控制路由进行处理，跨UA的路由被作为全局分布式路由进行处理。CSR在本发明中被作为一个CSP问题进行处理，并且采用拉格朗日松弛变量算法(LARAC)来解决该问题。本发明对路由计算请求的处理步骤为：

步骤一：LC收到来自LA的路由请求时，LC会判断路由请求数据包PACKET_IN的目的IP地址是否位于该LA中，如果目的IP地址也位于该LC所管理的LA内部，则会发起一次以LC为控制器的CSR。假设源节点为S，目的节点为T，局域网络为LA_i，要求的最小带宽为B_min，其最优路径可以表示为：r＝CSR(G_li，(S，T)，B_min)，其中CSR(G_li，(S，T)，B_min)为本发明所使用的符号，表示使用LARAC算法解决CSP问题获得的最优路径，G_li表示第i个局域网路LA，i＝1，2，...，L，L是LA的个数；

步骤二：当LC判断目的IP地址和源IP地址不再同一个LA中，LC会将PACKET_IN数据包上传到其对应的UC进行处理。类似的，UC收到路由计算请求时，如果判断目的IP地址位于其对应的UA中，将会发起一次以该UC为控制器的CSR。假设源节点为S，目的节点为T，局域网络为UA_i，要求的最小带宽为B_min，则其最优路径可以表示为：r＝CST(G_ui，(S，T)，B_min)，其中G_ui表示第i个局域网络UA，i＝1，2，...，U，U为UA的个数；

步骤三：当UC判断目的IP地址不再其管理的UA中时，UC首先将PACKET_IN路由请求数据包同步到其它上层控制器，并发起一次全局分布式路由请求。全局分布式路由请求被作为一系列有序的CSR进行处理。在本发明中采用阻断岛范式理论降低CSR的复杂度并且对全局网路拓扑进行聚合以降低每个CSR的搜索空间，从而提高了全局分布式路由的处理效率。假设全局分布式路由共分1次CSR路由，第i次路由的源节点为In_i，则In₁为源节点S，目的节点为T，要求的最小带宽为B_min，对应的全局聚合网络为第i次的路由的源节点所在网络为UA_i，则：

第i次计算得到的路由如下：

$r_{{\mathrm{UA}}_i}=CSR(\stackrel{\‾}{G_a^{ui}},(S,T),B_{\min })\∩{\mathrm{UA}}_i$

第i次路由中源节点所在网络的出节点如下：

$out\left(i\right)=r_{{\mathrm{UA}}_i}\∩{\mathrm{set}}_b$

第i+1次路由的源节点如下：

in(i)＝{in_i|(out_i，in_i)∈r_i}

第i次路由得到的最终域间链路如下：

link_i＝(out_i，in_i)

分布式最优路径如下：

$r=\underset{i=1}{\overset{I}{\∪}}({\mathrm{link}}_i\∪r_{{\mathrm{UA}}_i})$

3.如权利要求1所述的获取源节点到目的节点的的带宽T_(e)、时延d，同时设定链路的最大带宽B_(e)，通过获取到的带宽T_(e)以及设定的链路的最大带宽B_(e)，来计算链路的丢包率。

4.如权利要求1所述的对于CSR，使用阻断岛范式理论为网络建立BI图。限制条件下的路由优化问题是一个NP-完全问题，本发明将其作为一个CSP问题并使用LARAC作为路由优化算法，总的平均时间复杂度为：为了进一步提高CSR的效率，本发明采用阻断岛范式理论为网络建立BI图，BI的主要思想是将可用的网络资源抽象为一个层次树结构，而C-BI表示从节点S出发能够满足约束条件C的节点和对应链路的集合。CSR算法基于BI图进行，以降低最优路径的搜索空间，其步骤如下：

步骤一：为网络建立C-BI图。本发明采用贪婪算法建立网络C-BI图。

步骤二：降低CSR算法的搜索空间。假设已经建立节点S₁的C₁-BI图，图中包含N个节点，分别编号为S₁，S₂，...，S_N，不包含节点T，此时发起从节点S₁到节点S_n(n＝1，2，...，N)且带宽小于C₁的路由请求，则此时算法会迅速返回路径“存在”，对于从S₁到T的带宽为C₁的路由请求，则算法会迅速判断路径“不存在”，而从节点S₁到S_n(n＝1，2，...，N)内的带宽大于C₁的路由请求，则算法会继续建立C₂-BI图，其中C2≥C1，如果不存在C₂-BI图，则算法返回“不存在”，否则算法将返回“存在”。

步骤三：对步骤二中得到的存在满足服务质量(QoS)条件的C-BI图执行LARAC算法，得到的最优路径表示为：r＝CSR(G_(N，A)，(S，T)，B_min)。

5.如权利要求1所述的全局分布式路由是基于CSR和全局聚合网络的路由序列。下层控制器在上传LA网络同时计算并且上传LA聚合网络，全局分布式路由由一系列CSR组成，CSR基于全局聚合网络可以提高总的路由算法的效率。层次分布式控制平面中存在三种链路，分别为LA内链路，LA间链路和UA间链路，而聚合拓扑中的虚拟链路的QoS参数取决于原网络中的实际链路。在计算每条实际路径的QoS参数时，带宽为路径上各个链路带宽的最小值，延迟和丢包率为各个链路的总和，抖动由延迟求导数获得。本发明应用拓扑聚合来降低全局分布式路由的搜索空间，其本质是将上层控制平面的部分工作转移到下层控制平面来进行。网络拓扑聚合的例子如图4所示。具体的步骤如下：

步骤一：通过迪杰斯特拉算法计算K条非邻接最小代价路径r₁，r₂，...，r_K，当计算第k(k＝1，2，...，K)条路径时，前k-1条路径被从网络中移除。

步骤二：将r_i，r₂，...，r_K的平均代价和平均QoS参数复制给链路(i，j)，以带宽为例，假设路径r的代价为C_(r)，带宽为B_(r)，则

聚合路径的代价为：

$C_{ij}=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}{C}_{\left(r_i\right)}$

聚合路径的带宽为：

$B_{ij}=\min \{B_{\left(r_1\right)},B_{\left(r_2\right)},...,B_{\left(r_K\right)}\}$

步骤三：对步骤二所获得的聚合网络拓扑执行CSR路由算法即可得到最优路径。

6.如权利3要求所述求链路丢包率的公式，本发明假定链路超过最大带宽的80％，链路发生拥塞的概率就会增大，导致发生丢包的概率会增大。所以假定，链路超过最大带宽的80％就会发生丢包。