CN106953742A - 一种基于sdn的无线异构网带宽保障方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SDN的无线异构网带宽保障方法,包括步骤:SDN交换机获取当前无线链路参数,并上报到SDN控制器;SDN控制器根据网络拓扑、当前无线链路参数和输入约束计算出可选的转发路径,并生成对应转发路径上每台SDN交换机的流表和带宽预留信息,并逐一下发到SDN交换机;在报文进入SDN交换机后,先判断该报文是否匹配流表,如果匹配,则该报文优先占用出端口带宽,按照SDN控制器下发的带宽预留信息进行处理;否则,该报文根据端口剩余带宽决定是否正常转发出去或是丢弃。由于本发明采用的SDN交换机既能对有传输质量要求的业务按照SDN思想匹配流表和预留带宽,也能对其他业务按照传统的转发方式处理,因此是一种混合型SDN交换机。
Description
技术领域
本发明涉及网络架构研究领域,特别涉及一种基于SDN的无线异构网带宽保障方法。
背景技术
SDN,即Software-Defined Network(软件定义网络),是一种新型网络创新架构,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,使网络作为管道变得更加智能。在网络中,SDN控制器负责收集网络拓扑信息,根据业务需求计算转发路径;SDN交换机根据SDN控制器下发的流表等信息进行业务报文转发。
当前,SDN的研究主要集中于有线网络,研究方向包括网络拓扑发现、多级流表实现、SDN控制器部署等等。针对无线异构网络的SDN研究较少。在无线异构网络中(组网如图1所示),因为存在多种不同带宽和性能的无线网络设备,如短波、卫星等,所以业务带宽的保障成为用户最为关心的网络性能参数。但目前缺少对于SDN交换机在无线异构网中进行业务带宽保障的方法研究,主要体现在SDN交换机如何获取和上报无线链路参数、如何基于SDN交换机实现传统网络上平滑扩展基于SDN业务带宽保障的应用等方面的研究缺乏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种基于SDN的无线异构网带宽保障方法,该方法解决了SDN交换机如何获取和上报无线链路参数,以及传统网络上平滑扩展基于SDN业务带宽保障的应用等方面的问题,也适用于资源受限网络环境下基于SDN的业务带宽保障。
本发明的目的通过以下的技术方案实现:一种基于SDN的无线异构网带宽保障方法,包括步骤:
SDN交换机获取当前无线链路参数,并上报到SDN控制器;
SDN控制器根据网络拓扑、当前无线链路参数和输入约束计算出可选的转发路径,并生成对应转发路径上每台SDN交换机的流表和带宽预留信息,并逐一下发到SDN交换机;
在报文进入SDN交换机后,先判断该报文是否匹配流表,如果匹配,则该报文优先占用出端口带宽,按照SDN控制器下发的带宽预留信息进行处理;否则,该报文根据端口剩余带宽决定是否正常转发出去或是丢弃。
由于本发明采用的SDN交换机既能对有传输质量要求的业务按照SDN思想匹配流表和预留带宽,也能对其他业务按照传统的转发方式处理,因此是一种混合型SDN交换机。
具体的,所述链路参数包括最大链路带宽、链路拥塞情况、链路丢包率和误码率。这里的链路参数可以根据实际情况自由选择。
更进一步的,最大链路带宽根据连接的无线传输设备类型,按照经验数据设置为固定值,当SDN控制器查询最大链路带宽时,SDN交换机将此值上报。
更进一步的,链路拥塞情况通过计算本端SDN交换机的实时发送带宽占无线链路最大支持带宽的百分比确定,当百分比大于某一预先设置的阈值w1时,本端SDN交换机自动向SDN控制器上报链路拥塞消息;当百分比小于w1与拥塞正常因子a1(可根据经验设置为某一百分数)的乘积时,本端SDN交换机自动向SDN控制器上报链路拥塞解除消息。
更进一步的,链路丢包率的计算步骤是:远端SDN交换机按照周期t定时向本端SDN交换机发送其接收端口的包速率统计报文,本端SDN交换机收到上述包速率统计报文后,除以本端发送的包速率得到链路丢包率;
当链路丢包率换算成百分比后小于某一预先设置的阈值w2时,本端SDN交换机自动向SDN控制器上报链路丢包率高的消息;当链路丢包率换算成百分比后大于w2与丢包率正常因子a2(可根据经验设置为某一百分数)的比值时,本端SDN交换机自动向SDN控制器上报链路丢包率正常的消息。
更进一步的,所述包速率统计报文只包含报文标识(报文标识用于表明此报文为包速率统计报文)和包速率。从而使包速率统计报文内容尽量简短,避免对正常业务造成影响。
优选的,SDN交换机获取当前链路参数后,将当前链路参数通过扩展的OpenFlow协议上报给SDN控制器,SDN控制器基于SDN交换机上报的实时链路参数计算满足业务需求的转发路径。
优选的,报文不是匹配流表的报文时,查传统转发表进行转发。传统转发表包含但不限于MAC转发表、IPv4转发表、IPv6转发表、MPLS转发表等传统IP交换机支持的转发表。查传统转发表的报文被SDN交换机送入交换机的较低优先级调度队列。匹配流表的报文送入交换机的较高优先级调度队列。同时在SDN交换机上启用基于优先级的队列调度算法,该算法能保证进入高优先级队列的报文优先占用端口带宽,从而避免了不能匹配流表的报文占用匹配流表的报文带宽。
更进一步的,可以将匹配流表的报文根据业务类型再次划分为语音业务、视频业务、其他数据业务,并对上述三种业务设定优先级,前提是保证这几种业务报文对应队列优先级比不匹配流表的报文对应队列优先级高,从而针对匹配流表的报文实现更细粒度上的拥塞调度。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
1、本发明提出在SDN交换机中增加无线链路参数获取步骤,在尽量不改动无线传输设备和增加设备负荷的条件下,支持获取包括链路最大带宽、链路丢包率和链路拥塞情况等链路质量信息,并上报给SDN控制器。SDN控制器计算转发路径时,可根据SDN交换机上报的多个链路参数作为约束条件计算满足业务需求的转发路径。
2、本发明提出的SDN交换机,对于一般业务报文可采用传统的转发方式处理,对于需要进行带宽保障的业务报文,则按照SDN控制器下发的流表和带宽预留信息进行处理。业务报文到达SDN交换机时,优先查找转发流表,如果没有与之匹配的转发流表,再查传统的转发表进行转发。因为采用此种混合型SDN交换机可以兼容现有的传统交换机功能,并且可以支持根据SDN控制器指令下发流表和进行带宽预留,提供独占的带宽,从而无需更换设备即可叠加新的基于SDN带宽保障的业务应用,所以有利于在传统网络上平滑扩展基于SDN业务带宽保障的应用。
附图说明
图1是无线异构网组网示意图。
图2是本实施例中SDN交换机上报链路参数信息到SDN控制器的流程图。
图3是本实施例中SDN交换机带宽保障方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
下面结合图2、3,对本实施例一种基于SDN的无线异构网带宽保障方法进行具体说明。
一、SDN交换机获取当前链路参数,并上报到SDN控制器。
对于无线异构网,直接采用有线网络中的链路质量获取方法对网络设备的性能有较高要求。因为目前的方式大多需要网络设备主动发送检测报文,特别是检测结果获取的及时性和发送检测报文的频率相关,发送频率越高,检测结果获取越及时,这可能对无线异构网中存在的各种低速网络设备产生较大负荷,导致网络拥塞。为了解决此问题,本实施例提出在SDN交换机中增加无线链路参数获取步骤,尽量不改动无线传输设备和增加设备负荷,如图2所示。链路质量信息包括但不限于下文提到的最大链路带宽、链路丢包率和拥塞情况等。
1、无线传输设备的最大链路带宽,SDN交换机支持进行手动设置,可根据连接的无线传输设备类型,按照经验数据设置为固定值,当SDN控制器查询最大链路带宽时,SDN交换机将此值上报。
2、无线传输设备的链路拥塞情况,通过计算本端SDN交换机的实时发送带宽占无线链路最大支持带宽的百分比确定,当百分比大于某一预先设置的阈值w1时,自动向SDN控制器上报链路拥塞消息。当百分比小于某一预先设置的阈值w1与拥塞正常因子a1(可根据经验设置为某一百分数)的乘积时,自动向SDN控制器上报链路拥塞解除消息。
3、无线传输设备的链路丢包率,通过比较远端SDN交换机端口接收的包速率和本端SDN交换机端口发出的包速率后确定,只需要定时将远端SDN交换机端口接收的包速率回传给本端SDN交换机即可,无需增加其他检测报文。具体为:本端SDN交换机启用发送端口的包速率统计,远端SDN交换机启用接收端口的包速率统计,远端SDN交换机按照周期t定时向本端SDN交换机发送其接收端口的包速率统计报文。包速率统计报文内容尽量简短,可以只包含报文标识和包速率,避免对正常业务造成影响。本端SDN交换机收到远端SDN交换机发送的端口收包速率统计报文时,除以本端发送的包速率得到百分比,当百分比小于某一预先设置的阈值w2时,自动向SDN控制器上报链路丢包率高的消息给SDN交换机。当百分比大于某一预先设置的阈值w2与丢包率正常因子a2(可根据经验设置为某一百分数)的比值时,自动向SDN交换机上报链路丢包率正常消息给SDN交换机。参照上述获取无线链路参数的方式,经过少量改进,可以同样获取其他无线链路参数,如误码率等。
因为现有的OpenFlow协议不支持上报链路丢包率和拥塞情况等参数,SDN交换机需要将OpenFlow协议进行扩展,实现相关参数上报。
二、SDN控制器计算并下发每台SDN交换机的流表和带宽预留信息
SDN控制器进行业务转发路径的计算时,可根据网络拓扑、实时链路参数和输入约束裁剪掉不满足条件的链路,进行综合计算,从而计算出可选路径。然后SDN控制器根据计算结果生成对应转发路径上每台SDN交换机的流表和带宽预留信息,并逐一下发到SDN交换机。
三、混合型SDN交换机业务带宽保障
初始化SDN交换机时,启用出端口的队列调度,设置调度算法为优先级队列调度(Priority Queuing,PQ),并设置SDN交换机端口输入的报文默认进入端口的(最低)优先级队列。然后,SDN交换机查询无线传输设备的链路最大带宽,并设置与无线传输设备相连端口的速率限制为此带宽,从而保证SDN交换机输出到的报文速率不超过无线传输设备支持的最大链路带宽。
当SDN交换机收到SDN控制器下发流表并指定流表对应的保证带宽时,SDN交换机配置流表,并配置流表对应的带宽限制(最大占用带宽),同时设置流表匹配报文进入出端口的较高优先级队列,比最低优先级高即可。由于匹配流表的报文进入出端口的较高优先级队列,当匹配流表的报文和其他一般报文(即不能匹配流表的报文)同时进入SDN交换机时,可保证匹配流表的报文优先占用出端口带宽,其他不能匹配流表的报文则根据端口剩余带宽(端口带宽减去流表匹配报文占用带宽),决定可以正常转发出去或是丢弃。因为匹配流表和不匹配流表的报文在带宽足够时都可以正常转发,所以利用此种混合型SDN交换机进行带宽预留,可以满足在传统网络上平滑扩展基于SDN应用的需求,如图3所示。
上述方法是一种简化的区分业务报文优先级队列的方式,仅根据是否匹配流表区分为二种优先级。实际上可以将匹配流表的报文根据业务类型划分为更细的多种优先级,比如根据业务类型进一步细化,语音业务对应最高优先级,视频业务对应次高优先级,其他数据业务对应低优先级等等,只要保证匹配流表的报文都进入较高的优先级队列(比不匹配流表的报文进入的队列优先级高即可)。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于SDN的无线异构网带宽保障方法,其特征在于,包括步骤:
SDN交换机获取当前无线链路参数,并上报到SDN控制器;
SDN控制器根据网络拓扑、当前无线链路参数和输入约束计算出可选的转发路径,并生成对应转发路径上每台SDN交换机的流表和带宽预留信息,并逐一下发到SDN交换机;
在报文进入SDN交换机后,先判断该报文是否匹配流表,如果匹配,则该报文优先占用出端口带宽,按照SDN控制器下发的带宽预留信息进行处理;否则,该报文根据端口剩余带宽决定是否正常转发出去或是丢弃。
2.根据权利要求1所述的基于SDN的无线异构网带宽保障方法,其特征在于,所述链路参数包括最大链路带宽、链路拥塞情况、链路丢包率和误码率。
3.根据权利要求2所述的基于SDN的无线异构网带宽保障方法,其特征在于,最大链路带宽根据连接的无线传输设备类型,按照经验数据设置为固定值,当SDN控制器查询最大链路带宽时,SDN交换机将此值上报。
4.根据权利要求2所述的基于SDN的无线异构网带宽保障方法,其特征在于,链路拥塞情况通过计算本端SDN交换机的实时发送带宽占无线链路最大支持带宽的百分比确定,当百分比大于某一预先设置的阈值w1时,本端SDN交换机自动向SDN控制器上报链路拥塞消息;当百分比小于w1与拥塞正常因子a1的乘积时,本端SDN交换机自动向SDN控制器上报链路拥塞解除消息。
5.根据权利要求2所述的基于SDN的无线异构网带宽保障方法,其特征在于,链路丢包率的计算步骤是:远端SDN交换机按照周期t定时向本端SDN交换机发送其接收端口的包速率统计报文,本端SDN交换机收到上述包速率统计报文后,除以本端发送的包速率得到链路丢包率;
如果链路丢包率换算成百分比后小于某一预先设置的阈值w2,本端SDN交换机自动向SDN控制器上报链路丢包率高的消息;当链路丢包率换算成百分比后大于w2与丢包率正常因子a2的比值时,本端SDN交换机自动向SDN控制器上报链路丢包率正常的消息。
6.根据权利要求5所述的基于SDN的无线异构网带宽保障方法,其特征在于,所述包速率统计报文只包含报文标识和包速率。
7.根据权利要求1所述的基于SDN的无线异构网带宽保障方法,其特征在于,SDN交换机获取当前链路参数后,将当前链路参数通过扩展的OpenFlow协议上报给SDN控制器,SDN控制器基于SDN交换机上报的实时链路参数计算满足业务需求的转发路径。
8.根据权利要求1所述的基于SDN的无线异构网带宽保障方法,其特征在于,报文不能匹配流表时,查传统转发表进行转发。
9.根据权利要求1所述的基于SDN的无线异构网带宽保障方法,其特征在于,在SDN交换机上启用基于优先级的队列调度算法;SDN交换机将匹配流表的报文送入交换机的较高优先级调度队列。
10.根据权利要求9所述的基于SDN的无线异构网带宽保障方法,其特征在于,将匹配流表的报文根据业务类型再次划分为语音业务、视频业务、其他数据业务,并对上述三种业务设定优先级,同时保证这几种业务报文对应队列优先级比不匹配流表的报文对应队列优先级高。
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