CN106940696B - 一种用于sdn多层控制器的信息查询方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于SDN多层控制器的信息查询方法及系统。该方法包括：SDN控制器接收应用程序/上层SDN控制器发送的查询请求；若为全域信息查询，则将查询请求转发到底层的SDN控制器进行查询操作；若为单条信息查询，则在本层的缓存中进行查询：若命中，则返回查询信息；否则，将查询请求转发至下层的SDN控制器。本发明通过在SDN控制器中添加缓存模块，在查询时可以有效提高APP查询及网络运维的效率；通过减少网络中的冗余缓存副本，可以提高缓存命中率，从而减少APP获取内容的时延和网络带宽。

Description

一种用于SDN多层控制器的信息查询方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于多层SDN控制器的信息查询方法及系统。

背景技术

软件定义网络(Software Defined Network，SDN)，是Emulex网络一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，从而通过集中式控制器中的软件平台实现可编程化控制底层硬件，实现对网络资源灵活地按需调配。

在SDN网络中，网络设备只负责单纯的数据转发，可以采用通用的硬件；而原来负责控制的操作系统将提炼为独立的网络操作系统，负责对不同业务特性进行适配，而且网络操作系统和业务特性以及硬件设备之间的通信都可以通过编程实现。

SDN应用于电信领域中是一个趋势，比如SDN架构用于PTN网络，称之为SPTN网络，其为将SDN的集中化智能控制与PTN电信级的可靠性、端到端的QoS保障结合起来的全新网络系统，可实现网络的简化运维，支持网络的全面开放，实现网络的增值应用和开发。然而由于电信网络一般规模大、组网复杂，所以存在部署SDN多层控制器的情况，这在SPTN网络中也是必须考虑的场景。然而目前现有技术中，还没有一种针对SDN多层控制器快速查询信息的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于SDN多层控制器的信息查询方法及系统，用以解决多层SDN控制器在SPTN网络中快速查询信息的问题。

依据本发明的一个方面，提供一种用于SDN多层控制器的信息查询方法，包括：

SDN控制器接收到应用程序/上层SDN控制器发送的查询请求；

若为全域信息查询，则将查询请求转发到底层的SDN控制器进行查询操作；

若为单条信息查询，则在本层的缓存中进行查询：若命中，则返回查询信息；否则，将查询请求转发至下层的SDN控制器。

进一步地，所述方法还包括：

底层SDN控制器在进行查询操作时，在本层的缓存中进行查询信息：若命中，则返回查询信息；若未命中，则向实际物体网络发起查询，并返回查询信息。

进一步地，所述方法还包括：

所述缓存按照每个缓存文件被访问次数的大小依序存储缓存文件。

进一步地，所述方法还包括：

SDN控制器在本层缓存中命中查询信息后，将命中的缓存文件的被访问次数加1，并按照被访问次数的大小调整缓存文件的存储顺序。

进一步地，所述方法还包括：

当接收到应用程序查询请求的SDN控制器收到下层SDN控制器返回的查询信息后，将所述查询信息依序替换被访问次数较小的缓存文件。

进一步地，所述方法还包括：

SDN控制器对本层缓存查询一次后，所有缓存文件的计量器均自动减去查询信息大小；

当某计量器小于零时，将对应缓存文件的被访问的次数减1；

以及当缓存文件的被访问次数发生变化时，将该缓存文件的计量器调整至所述缓存容量大小。

进一步地，所述方法还包括：

SDN控制器接收到的请求信息为操作指令，则完成相应操作后进行缓存更新检查。

依据本发明的一个方面，提供一种用于SDN多层控制器的信息查询系统，包括多层SDN控制器；其中，

SDN控制器用于接收应用程序/上层SDN控制器发送的查询请求；

若为全域信息查询，则将查询请求转发到底层的SDN控制器进行查询操作；

若为单条信息查询，则在本层的缓存中进行查询：若命中，则返回查询信息；否则，将查询请求转发至下层的SDN控制器。

进一步地，底层的SDN控制器用于：

底层SDN控制器在进行查询操作时，在本层的缓存中进行查询信息：若命中，则返回查询信息；若未命中，则向实际物体网络发起查询，并返回查询信息。

进一步地，所述SDN控制器还包括缓存模块，

用于按照每个缓存文件被访问次数的大小依序存储缓存文件。

进一步地，所述缓存模块还用于：

SDN控制器在本层缓存中命中查询信息后，将命中的缓存文件的被访问次数加1，并按照被访问次数的大小调整缓存文件的存储顺序。

进一步地，所述缓存模块还用于：

当接收到应用程序查询请求的SDN控制器收到下层SDN控制器返回的查询信息后，将所述查询信息依序替换被访问次数较小的缓存文件。

进一步地，所述SDN控制器还包括计量模块，

SDN控制器对本层缓存查询一次后，所有缓存文件的计量器均自动减去查询信息大小；

当某计量器小于零时，将对应缓存文件的被访问的次数减1；

以及当缓存文件的被访问次数发生变化时，将该缓存文件的计量器调整至所述缓存模块的容量大小。

进一步地，所述SDN控制器还用于：

接收到的请求信息为操作指令，则完成相应操作后进行缓存更新检查。

本发明有益效果如下：

通过在SDN控制器中添加缓存模块，在查询时根据本发明所提出的信息查询方法可以有效提高APP查询及网络运维的效率，同时通过消除控制器间冗余的缓存副本，可以进一步提高缓存命中率，从而减少APP获取内容的时延和网络带宽。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的SDN分布式网络架构图；

图2为本发明实施例的多层SDN控制器的信息查询方法的流程图；

图3为本发明实施例所提供的4层SDN控制器的结构图；

图4为本发明实施例单条信息查询前0层SDN控制器中各缓存文件的信息；

图5为本发明实施例单条信息查询后0层SDN控制器中各缓存文件的信息；

图6为本发明实施例单条信息查询前1层SDN控制器中各缓存文件的信息；

图7为本发明实施例单条信息查询后1层SDN控制器中各缓存文件的信息；

图8为本发明实施例单条信息查询前2层SDN控制器中各缓存文件的信息；

图9为本发明实施例单条信息查询后2层SDN控制器中各缓存文件的信息；

图10为实验仿真获取的各算法的缓存平均命中率对比图；

图11为实验仿真获取的各算法不同控制器的平均传输时延对比图；

图12本发明的实施例中SDN控制器中缓存结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例所提供的SDN分布式网络架构图，包括2层SDN超级控制器(Super Controller)、一层域控制器(Domain Controller)和最底层的实际物理网络。其中，最顶层的SDN控制器为超级控制器，负责管理和协同其下层的SDN控制器。下层的设备同样为超级控制器，负责管理和协同其管理的域控制器。第三层为域控制器，负责管理本域的物理网络，可以直接查询所有物体设备信息。为了提到查询效率，本发明在每层的SDN控制器中添加缓存模块，负责缓存其域内的文件及相关信息。

参见图2，本发明所提供的用于多层SDN控制器的信息查询方法，包括如下步骤：

SDN控制器接收到应用程序/上层SDN控制器发送的查询请求，

若为全域信息查询，则将查询请求转发到底层的SDN控制器进行查询操作；

若为单条信息查询，在本层的缓存文件中进行查询相应信息：若查询到，则返回查询信息；否则，将查询请求转发至下层的SDN控制器。

本发明中每个SDN控制器具有独立的查询业务功能，通过在每层的SDN控制器中添加缓存模块，在全域信息查询，则由底层的SDN控制器进行查询处理，在单条信息查询，则逐层在SDN控制器的缓存中查找相应的信息，可以提高APP查询及网络运维的效率，通过消除控制器间冗余的缓存副本，可以进一步提高缓存命中率，从而减少APP获取内容的时延和网络带宽。

SDN控制器解析到请求信息为查询请求后，需要判断查询请求的类型。具体地包括全域信息查询和单条信息查询。其中，全域信息查询，即对该SDN控制器域内所有物理设备的具体信息进行查询。如sdnQueryAllTunnels，即对该查询控制器内所有信道的相关信息进行查询。单条信息查询，即对该Controller子域内某一指定具体信息进行查询。如sdnQueryRouteOfLSP，查询指定LSP(Label Switching Path，标记交换路径)的路由信息。

本发明中，当SDN控制器接收到的查询请求为全域信息查询请求后，中间层的SDN控制器对该请求不做处理，只需将其转发至底层的SDN控制器，由底层的SDN控制器完成查询操作。底层的SDN控制器进行查询操作时，首先在本层的缓存文件中进行查询：若查询到相关信息，则将查询到的信息返回至上层SDN控制器，并更新本层的缓存信息；否则，查询物理网络后，将查询信息添加至缓存中，并向上层SDN控制器返回该查询信息。

在进行单条信息查询时，当SDN控制器在本层的缓存中查找信息：若命中，则将查询信息返回上层的SDN控制器：若在本层的缓存中查询不到该信息后，则将请求信息转发至下层的SDN控制器，由下层的SDN控制器按照上述方法继续查询信息，直至某层的SDN控制器查询到该信息为止。具体地，当SDN控制器在本层缓存中查询到该信息后，需要更新本层的缓存信息。

具体地，本发明的实施例中，在缓存模块中设置了计数器，用于统计缓存中最近一段时间内每个缓存文件的被访问次数。当SDN控制器在缓存中查询到信息后，将命中的缓存文件的被访问次数加1。缓存模块中所有缓存文件按照计数器大小排成有序的顺序链表，具有相同计数的缓存文件按照时间排序，计数器初始值为1。

为了防止产生缓存污染问题，同时为每个缓存文件设置一个计量器，计量器值的大小为缓存模块的容量。每当SDN控制器对缓存模块进行一次查询后(无论是否查询到信息)，所有缓存文件的计量器自动减去查询信息大小。当计量器小于0的时候，计数器自动减1。本发明中每当计数器变化时，需要将相应的计量器重新设为缓存模块容量大小。即计数器的变化决定了缓存文件在顺序链表中的位置，计量器的变化影响计数器的变化。

在整个查询过程中，只有接收APP查询请求的SDN控制器以及底层的SDN控制器进行缓存文件的更新，即将查询到的信息添加至本层的缓存中。中间用于转发请求的SDN控制器不进行缓存文件的更新，只需查询后减少计量器的大小。本实施例中，对于单个SDN控制器的缓存替换算法，采用一种基于缓存容量的改进LFU算法——LFU-Capacity(leastfrequently used-Capacity)，即将最近访问次数最少的缓存文件替换出缓存模块。因此，当有新的缓存文件需要添加进来时，控制器会根据顺序链表选出访问次数较小的缓存文件进行替换，直至替换文件的缓存块的容量满足新缓存文件大小为止。通过采用本发明中的LFU-Capacity算法，可以有效消除控制器缓存污染问题，从而提高缓存命中概率。

在SPTN网络中，SDN控制器需要保持对缓存模块中缓存文件的跟踪，如果检测到某个缓存文件变了，必须及时进行更新。SDN控制器对来自APP或网络管理员的URI请求信息后，首先需要对请求信息进行解析，若为PUT、POST、DELETE等操作指令，则在操作完成后对缓存模块检查更新缓存信息，并通知相关控制器进行更新检查。

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

参见图3，本发明实施例所提供的4层SDN控制器的结构图，包括4层SDN控制器。其中，前三层为超级控制器Super Controller，底层为域控制器Domain Controller。假设APP先后发送2条查询命令，分别为在2层Super Controller查询指定LSP的路由信息sdnQueryRouteOfLSP和在2层Super Controller查询所有Tunnels信息sdnQueryAllTunnels。下面结合图3对多层SDN控制器进行单条信息查询的具体实施过程进行详细介绍，包括如下步骤：

S201，APP端向2层的Super Controller发送单条信息的查询请求命令sdnQueryRouteOfLSP，请求查询指定LSP(Label Switching Path，标记交换路径)节点路由信息。

S202，2层的Super Controller解析该查询请求命令，并在本层缓存模块中查找与该命令相关信息：若未命中，找到该LSP所在的1层的Super Controller，并将其转发该查询请求命令。

S203，1层Super Controller解析该查询请求命令，在缓存模块中查找相关信息：未命中，找到该节点所在0层Super Controller并转发该请求命令。

S204，0层Super Controller来自1层Super Controller查询请求信息，在本层的缓存模块查找相关信息：若命中，则将信息返回给1层Super Controller，并更新该信息计数器以及计量器，更新前后缓存情况如图4和图5；

S205，1层Super Controller接收到来自0层发送的信息，更新缓存模块中各缓存文件的计量器，更新前后Cache中缓存情况如图6和7所示，并将信息转发给2层SuperController；

S206，2层Super Controller为查询Controller，得到查询信息后返回给APP，同时按照算法更新Cache中缓存内容，更新前后Cache中缓存情况如图8和9所示。

全域信息查询情况比较复杂，域内所有Controller都需要更新计量器，只有接收到APP查询请求信息的Super Controller和Domain Controller会更换缓存文件，具体包括如下步骤：

S301，2层Super Controller接收到sdnQueryAllTunnels查询信息，解析出为全域查询命令，分解向1层Super Controller发送请求信息；

S302，1层Super Controller接收上层请求信息，解析出为全域信息查询命令，分别向0层Super Controller发送请求信息；

S303，0层Super Controller接收到来自1层Super Controller的请求命令，解析为全域信息查询命令，继续向下层Domain Controller转发；

S304，所有Domain Controller接收到来自0层Super Controller请求信息，若在Cache中命中则直接，则返回信息给上层Super Controller，若未命中则直接从物理网络中查询到相关Tunnel信息，返回给0层Super Controller，查询完毕后，更新各计量器，并将该查询信息添加至缓存文件中；

S305，0层Super Controller接收到Domain Controller发送的信息，根据返回信息大小更新各缓存文件的计量器，将信息转发给1层Super Controller；

S306，1层Super Controller接收到信息后，更新各缓存计量器，同时将信息转发给2层Super Controller；

S307，2层Super Controller为查询Controller，接收到1层Super Controller发送的信息，添加该查询信息至缓存文件中，并将查询信息传递给APP，完成本次查询。

本发明针对SDN网络查询命令的特点，在SDN控制器中添加缓存机制，针对底层控制器Cache的频率特征提出的LFU-Capacity算法改善缓存命中率，同时考虑分布式网络间缓存冗余的问题，提出的基于LFU-Capacity的分布式网络最大缓存容量算法(Max CacheCapacity of Distributed Network，MCCDN)，即只接收APP请求或网络管理员的SDN控制器以及底层的域控制器更新查询信息，保证网络的最大容量。图10为仿真中各算法的平均缓存命中率之比。基于实验仿真数据可以看出随着查询次数的增加，本发明的MCCDN算法相对于其他传统算法具有较好的性能表现，缓存命中率也较为稳定。图11为仿真中各层Controller查询的平均传输时延本发明的各层SDN控制器查询的传输时延相对于LRU算法及LFU-Aging算法中都有较大改善。因此，本发明在平均缓存命中率及降低传输时延方面都有较好的表现。在SDN控制器中添加缓存机制可以很好的降低网络时延，同时可以减少网络带宽的消耗。

本发明还提供了一种用于多层SDN控制器的信息查询系统，包括多层SDN控制器；其中，

SDN控制器用于接收应用程序/上层SDN控制器发送的查询请求；

若为全域信息查询，则将查询请求转发到底层的SDN控制器进行查询操作；

若为单条信息查询，则在本层的缓存中进行查询：若命中，则返回查询信息；否则，将查询请求转发至下层的SDN控制器。

进一步地，底层的SDN控制器用于：

底层SDN控制器在进行查询操作时，在本层的缓存中进行查询信息：若命中，则返回查询信息；若未命中，则向实际物体网络发起查询，并返回查询信息。

进一步地，SDN控制器还包括缓存模块，

用于按照每个缓存文件被访问次数的大小依序存储缓存文件。

进一步地，缓存模块还用于：

SDN控制器在本层缓存中命中查询信息后，将命中的缓存文件的被访问次数加1，并按照被访问次数的大小调整缓存文件的存储顺序。

进一步地，缓存模块还用于：

当接收到应用程序查询请求的SDN控制器收到下层SDN控制器返回的查询信息后，将查询信息依序替换被访问次数较小的缓存文件。

进一步地，缓存模块位于SDN控制器北向模块中。参见图12，当上层的请求到达北向模块，服务器首先解析出URI，在缓存模块中查询，若未命中则进行逐层查询，向下层发送请求信息。

进一步地，SDN控制器还包括计量模块，

SDN控制器对本层缓存查询一次后，所有缓存文件的计量器均自动减去查询信息大小；

当某计量器小于零时，将对应缓存文件的被访问的次数减1；

以及当缓存文件的被访问次数发生变化时，将该缓存文件的计量器调整至缓存模块容量大小。

进一步地，SDN控制器还用于：

接收到的请求信息为操作指令，则完成相应操作后进行缓存更新检查。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。

虽然通过实施例描述了本申请，本领域的技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种用于SDN多层控制器的信息查询方法，其特征在于，包括：

SDN控制器接收应用程序/上层SDN控制器发送的查询请求；

若为全域信息查询，则将查询请求转发到底层的SDN控制器进行查询操作；

若为单条信息查询，则在本层的缓存中进行查询：若命中，则返回查询信息；否则，将查询请求转发至下层的SDN控制器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

底层SDN控制器在进行查询操作时，在本层的缓存中进行查询信息：若命中，则返回查询信息；若未命中，则向实际物体网络发起查询，并返回查询信息。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述缓存按照每个缓存文件被访问次数的大小依序存储缓存文件。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

SDN控制器在本层缓存中命中查询信息后，将命中的缓存文件的被访问次数加1，并按照被访问次数的大小调整缓存文件的存储顺序。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当接收到应用程序查询请求的SDN控制器收到下层SDN控制器返回的查询信息后，将所述查询信息依序替换被访问次数较小的缓存文件。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

SDN控制器对本层的缓存查询一次后，所有缓存文件的计量器均自动减去查询信息大小；

当某计量器小于零时，将对应缓存文件的被访问的次数减1；

以及当缓存文件的被访问次数发生变化时，将该缓存文件的计量器调整至所述缓存的容量大小。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

SDN控制器接收到的请求信息为操作指令，则完成相应操作后进行缓存更新检查。

8.一种用于SDN多层控制器的信息查询系统，其特征在于，包括多层SDN控制器；其中，

SDN控制器用于接收应用程序/上层SDN控制器发送的查询请求；

若为全域信息查询，则将查询请求转发到底层的SDN控制器进行查询操作；

若为单条信息查询，则在本层的缓存中进行查询：若命中，则返回查询信息；否则，将查询请求转发至下层的SDN控制器。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，底层的SDN控制器用于：

底层SDN控制器在进行查询操作时，在本层的缓存中进行查询信息：若命中，则返回查询信息；若未命中，则向实际物体网络发起查询，并返回查询信息。

10.如权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述SDN控制器还包括缓存模块，

用于按照每个缓存文件被访问次数的大小依序存储缓存文件。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述缓存模块还用于：

SDN控制器在本层缓存中命中查询信息后，将命中的缓存文件的被访问次数加1，并按照被访问次数的大小调整缓存文件的存储顺序。

12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述缓存模块还用于：

当接收到应用程序查询请求的SDN控制器收到下层SDN控制器返回的查询信息后，将所述查询信息依序替换被访问次数较小的缓存文件。

13.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述SDN控制器还包括计量模块，

SDN控制器对本层缓存查询一次后，所有缓存文件的计量器均自动减去查询信息大小；

当某计量器小于零时，将对应缓存文件的被访问的次数减1；

以及当缓存文件的被访问次数发生变化时，将该缓存文件的计量器调整至所述缓存模块的容量大小。

14.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述SDN控制器还用于：

接收到的请求信息为操作指令，则完成相应操作后进行缓存更新检查。

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