CN107454015A - 一种基于OF‑DiffServ模型的QoS控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于OF‑DiffServ模型的QoS控制方法及系统,方法包括:S1、通过OpenFlow交换机的边缘节点将进入SDN网络的每个业务流发送至控制器;S2、通过控制器对每个业务流进行分类,并给不同类别的业务流设置不同的优先级和ToS值;S3、将每个业务流分别放入自身优先级对应的队列;S4、每隔一跳,根据SDN网络的网络状态信息、ToS值更新规则和每个业务流的QoS需求对每个业务流的ToS值进行更新,用以调整每个业务流的优先级,返回执行步骤S3。本发明的有益效果是:本技术方案中数据流可以根据每个端口数据流及队列的空闲情况,自适应调整流的分类,实时调整流所进入的队列,充分利用网络资源,在高优先级的流量过多时,也能保持网络性能的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及数据流处理领域,特别涉及一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法及系统。
背景技术
近年来,随着网络技术的快速发展以及业务种类日益丰富,网络带宽容量需求日益扩大,使得人们对服务质量(Quality of Service,QoS)要求越来越高。不断增长的网络数据流量、网络设备数量以及运营成本,使得传统的以IPv4协议为核心技术的互联网面临着越来越严重的技术挑战,传统网络体系架构暴露出了越来越多的弊病,已经不能满足各种新型业务对服务质量的需求。软件定义网络(Software Defined Network,SDN)这种新型网络架构受到越来越多的关注。
目前SDN网络中QoS保障方面仍旧存在一些弊端,比如不能提供动态的QoS保障,缺乏自适应性,只考虑传输链路而忽略了交换机节点自身的影响。数据流传输时在交换机节点处会产生时延、拥塞和丢包等,特别是端口队列的时延和拥塞,都将对SDN网络的QoS保障产生重大的影响。
发明内容
本发明提供了一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法及系统,解决了现有技术的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法,包括:
S1、通过OpenFlow交换机的边缘节点将进入SDN网络的每个业务流发送至控制器;
S2、通过所述控制器对每个业务流进行分类,并给不同类别的业务流设置不同的优先级,其中,相同优先级的业务流具有相同的ToS值;
S3、将每个业务流分别放入自身优先级对应的队列,并给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽;
S4、每隔一跳,根据所述SDN网络的网络状态信息、ToS值更新规则和每个业务流的QoS需求对每个业务流的ToS值进行更新,用以调整每个业务流的优先级,返回执行步骤S3。
本发明的有益效果是:本技术方案中数据流可以根据每个端口数据流及队列的空闲情况,自适应调整流的分类,实时调整流所进入的队列,充分利用网络资源,在高优先级的流量过多时,也能保持网络性能的稳定性。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
优选地,在步骤S1之前,还包括:
S0、在所述OpenFlow交换机的入端口处设置最大发送速率和超过所述最大发送速率的最大浮动值,用以限制所述入端口的业务流速率和业务流突发量。
优选地,步骤S3中,在出队调度时,通过加权公平队列算法给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽。
优选地,所述网络状态信息包括:所述SDN网络的网络拓扑结构、各链路及端口信息、各端口的队列的长度、各队列的数据流的集合和各链路的可用带宽。
一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制系统,包括:
发送模块,用于通过OpenFlow交换机的边缘节点将进入SDN网络的每个业务流发送至控制器;
分类模块,用于通过所述控制器对每个业务流进行分类,并给不同类别的业务流设置不同的优先级,其中,相同优先级的业务流具有相同的ToS值;
放入模块,用于将每个业务流分别放入自身优先级对应的队列,并给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽;
更新模块,用于每隔一跳,根据所述SDN网络的网络状态信息、ToS值更新规则和每个业务流的QoS需求对每个业务流的ToS值进行更新,用以调整每个业务流的优先级,返回所述放入模块。
优选地,还包括:
设置模块,用于在所述OpenFlow交换机的入端口处设置最大发送速率和超过所述最大发送速率的最大浮动值,用以限制所述入端口的业务流速率和业务流突发量。
优选地,所述放入模块具体用于在业务流出队调度时,通过加权公平队列算法给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽。
优选地,所述网络状态信息包括:所述SDN网络的网络拓扑结构、各链路及端口信息、各端口的队列的长度、各队列的数据流的集合和各链路的可用带宽。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法的流程示意图;
图2为本发明实施例提供的ToS值更新前后的队列的负载情况的示意图;
图3为本发明实施例提供的ToS值更新前后的队列的负载情况的示意图;
图4为本发明另一实施例提供的一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法的流程示意图;
图5为本发明另一实施例提供的一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制系统的结构示意图;
图6为本发明另一实施例提供的一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1所示,一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法,包括:
S101、通过OpenFlow交换机的边缘节点将进入SDN网络的每个业务流发送至控制器。
控制器采用SSH的方式与OpenFlow交换机进行交互,即控制器的南向接口采用SSH协议向底层结点发送CLI命令,相应CLI命令在交换机结点上执行相应的控制脚本,并返回数据文件。
S102、通过控制器对每个业务流进行分类,并给不同类别的业务流设置不同的优先级,其中,相同优先级的业务流具有相同的ToS值。
S103、将每个业务流分别放入自身优先级对应的队列,并给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽。
S104、每隔一跳,根据SDN网络的网络状态信息、ToS值更新规则和每个业务流的QoS需求对每个业务流的ToS值进行更新,用以调整每个业务流的优先级,返回执行步骤S103。
具体地,通过控制器实时采集SDN网络的网络状态信息,网络状态信息包括:SDN网络的网络拓扑结构、各链路及端口信息、各端口的队列的长度、各队列的数据流的集合和各链路的可用带宽。
本发明提出的OF-DiffServ(OpenFlow-DiffServ)机制与传统的DiffServ机制有很大区别,传统网络DiffServ模型中底层设备的逻辑控制功能及边缘路由器的流分类标记功能都由OpenFlow网络中控制平面来完成。传统的DiffServ是在边缘路由器进行一次分组头部的DSCP标记,内部路由器进行依据边缘结点的DSCP标记结果,只提供简单的逐跳行为(Per-Hop Behavior,PHB)分类选择以及相应的转发处理功能,而OF-DiffServ机制需要在每一跳的出端口进行一次ToS(Type of Service,服务类型)值的更新。其主要原理有以下几点:(1)进入SDN网络的数据流按照链路占用带宽最优解进行第一次业务流类别的划分。(2)不同类别的业务流可以获得享有网络资源的不同优先权。(3)优先权的高低决定该业务流占用网络资源的优先级别,进入出端口的不同队列。(4)不同队列有不同的带宽资源和丢包策略,且带宽越大的队列,发生拥塞时丢包越少。(5)在OF-DiffServ中,业务流的分类是动态实时不断更新的,根据当前网络的碰撞域,动态调整业务流的优先级别,保证网络资源被充分利用,不被浪费。(6)OF-DiffServ提供逐跳的相对服务质量保证,高优先级的流在每一跳都享有最优的网络资源。业务流的分类通过设置ToS值来完成,当在边缘节点进行第一次业务流划分时,按照传统业务流的分类,将流划分为三类,分别为BE,AF,EF三类,三类流按照优先级从低到高分为BE,AF,EF,三类业务流分别入不同的队列。后续ToS值的动态实时更新遵循以下三条原则,即ToS值更新规则:
(1)如果高优先级的业务流的数量超过第一预设阈值且低优先级的业务流的数量低于第二预设阈值,则更新高优先级的业务流的ToS值,用以缓解高优先级队列的拥塞压力。当高优先级的流量过多导致队列溢出,且低优先级队列处于空闲时,就更新一次ToS值,使一部分高优先级的流降为低优先级的流,缓解高优先级队列的拥塞压力。图2中,(a)表示一个出端口在ToS值更新前队列的负载情况,(b)表示一个出端口在ToS值更新后队列的负载情况。q0,q1,q2分别为BE,AF,EF的流转发队列,flow1,flow2和flow3都属于EF的流,且q2队列已溢出,q1队列空闲,更新flow1的ToS值后,降低了flow1的优先级,缓解了拥塞压力,确保了流的转发。
(2)如果如果高优先级的业务流的数量低于第二预设阈值且高优先级的业务流的数量超过第一预设阈值,则更新低优先级的业务流的ToS值,用以缓解低优先级队列的拥塞压力。当高优先级队列空闲时,低优先级的业务流可以更新ToS值成为高优先级的流,在高优先级队列进行转发。图3中,(c)表示一个出端口在ToS值更新前队列的负载情况,(d)表示一个出端口在ToS值更新后队列的负载情况。q0,q1,q2分别为BE,AF,EF的流转发队列,flow4,flow5和flow6都属于AF的流,且q2队列空闲,更新flow5和flow6的ToS值后,提升了flow5和flow6的优先级,使其流在q2队列得到更加快速的转发,充分利用了网络资源提高QoS。
(3)当不满足以上两条情形时,ToS值不更新,业务流在原队列进行传输。
进入SDN网络中的业务流,首先到达SDN网络中的边缘交换机结点,边缘结点将数据流信息上报控制器,控制器首先根据传统意义上DiffServ机制中业务流的分类,进行第一次业务流分类。下发流表,将分类流按照最短路径进行转发(假设网络中所有的端到端都存在一条已知的最短转发路径),将ToS字段所标识的服务类别分别放入不同的队列。输出队列的流量管理机制按事先设定的带宽和缓冲处理控制每个队列,即给予不同的每一跳行为。控制器根据目前网络状态信息,及每条分类流的转发路径,统计出所有结点的碰撞域。根据网络中碰撞域,并结合ToS值更新原则,进行ToS标签值的更新,即业务流的重新分类,使业务流得到最佳性能传输。当网络发生拥塞的时候,所有的数据流都有可能被丢弃;为满足用户对不同应用不同服务质量的要求,就需要网络能根据用户的要求分配和调度资源,对不同的数据流提供不同的服务质量:对实时性强且重要的数据报文优先处理;对于实时性不强的普通数据报文,提供较低的处理优先级,网络拥塞时甚至丢弃。QoS针对某种类别的数据流,可以为它赋予某个级别的传输优先级,来标识它的相对重要性,并使用设备所提供的各种优先级转发策略、拥塞避免等机制为这些数据流提供特殊的传输服务。配置了QoS的网络环境,增加了网络性能的可预知性,并能够有效地分配网络带宽,更加合理地利用网络资源。具体地,如果某个业务流的QoS标签为实时性强且重要,则应该将该业务流的ToS值更新为高优先级的ToS值。每经过一跳,根据出端口碰撞域中最优解,计算出其碰撞域中每条流传输的优先级别。进入高优先级队列的流,先得到转发。每一跳更新一次ToS值,数据流可以根据每个端口数据流及队列的空闲情况,自适应调整流的分类,实时调整流所进入的队列。同一条业务流在不同的出端口有可能得到不同的优先级,得到不同级别的优先服务权,即在不同的碰撞域端口有不同的服务级别,占用网络带宽资源情况有可能是不同的。因此,在更新业务流的优先级时,需要综合考虑多方面的因素,包括SDN网络的网络状态信息、ToS值更新规则和每个业务流的QoS需求等。
如图4所示,一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法,包括:
S401、在OpenFlow交换机的入端口处设置最大发送速率和超过最大发送速率的最大浮动值,用以限制入端口的业务流速率和业务流突发量。
为保证QoS性能,在交换机设备的入端口处进行控制,通过设置最大发送速率和超过最大发送速率的最大浮动值来实现对入端口速率限制和入端口突发量的限制。
S402、通过OpenFlow交换机的边缘节点将进入SDN网络的每个业务流发送至控制器。
控制器采用SSH的方式与OpenFlow交换机进行交互,即控制器的南向接口采用SSH协议向底层结点发送CLI命令,相应CLI命令在交换机结点上执行相应的控制脚本,并返回数据文件。
S403、通过控制器对每个业务流进行分类,并给不同类别的业务流设置不同的优先级,其中,相同优先级的业务流具有相同的ToS值。
S404、将每个业务流分别放入自身优先级对应的队列,并给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽。
OpenFlow交换机支持在端口上建立多个速率不同的队列,进行QoS带宽分配和隔离。具体地,在出队调度时,通过加权公平队列算法给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽。优先级的数值越小,所得的带宽越少。优先级的数值越大,所得的带宽越多。在拥塞发生时,它能保证任何流量的流,都能公平地得到一定的带宽占用,减少这个网络的时延。
S405、每隔一跳,根据SDN网络的网络状态信息、ToS值更新规则和每个业务流的QoS需求对每个业务流的ToS值进行更新,用以调整每个业务流的优先级,返回执行步骤S404。
具体地,通过控制器实时采集SDN网络的网络状态信息,网络状态信息包括:SDN网络的网络拓扑结构、各链路及端口信息、各端口的队列的长度、各队列的数据流的集合和各链路的可用带宽。
如图5所示,一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制系统,包括:
发送模块501,用于通过OpenFlow交换机的边缘节点将进入SDN网络的每个业务流发送至控制器。
分类模块502,用于通过控制器对每个业务流进行分类,并给不同类别的业务流设置不同的优先级,其中,相同优先级的业务流具有相同的ToS值。
放入模块503,用于将每个业务流分别放入自身优先级对应的队列,并给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽。
更新模块504,用于每隔一跳,根据SDN网络的网络状态信息、ToS值更新规则和每个业务流的QoS需求对每个业务流的ToS值进行更新,用以调整每个业务流的优先级,返回放入模块。
网络状态信息包括:SDN网络的网络拓扑结构、各链路及端口信息、各端口的队列的长度、各队列的数据流的集合和各链路的可用带宽。
如图6所示,一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制系统,包括:
设置模块601,用于在OpenFlow交换机的入端口处设置最大发送速率和超过最大发送速率的最大浮动值,用以限制入端口的业务流速率和业务流突发量。
发送模块602,用于通过OpenFlow交换机的边缘节点将进入SDN网络的每个业务流发送至控制器。
分类模块603,用于通过控制器对每个业务流进行分类,并给不同类别的业务流设置不同的优先级,其中,相同优先级的业务流具有相同的ToS值。
放入模块604,用于将每个业务流分别放入自身优先级对应的队列,并给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽。
更新模块,用于每隔一跳,根据SDN网络的网络状态信息、ToS值更新规则和每个业务流的QoS需求对每个业务流的ToS值进行更新,用以调整每个业务流的优先级,返回放入模块。
放入模块604具体用于在业务流出队调度时,通过加权公平队列算法给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽。
网络状态信息包括:SDN网络的网络拓扑结构、各链路及端口信息、各端口的队列的长度、各队列的数据流的集合和各链路的可用带宽。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,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保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法,其特征在于,包括:
S1、通过OpenFlow交换机的边缘节点将进入SDN网络的每个业务流发送至控制器;
S2、通过所述控制器对每个业务流进行分类,并给不同类别的业务流设置不同的优先级,其中,相同优先级的业务流具有相同的ToS值;
S3、将每个业务流分别放入自身优先级对应的队列,并给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽;
S4、每隔一跳,根据所述SDN网络的网络状态信息、ToS值更新规则和每个业务流的QoS需求对每个业务流的ToS值进行更新,用以调整每个业务流的优先级,返回执行步骤S3。
2.根据权利要求1所述的一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法,其特征在于,在步骤S1之前,还包括:
S0、在所述OpenFlow交换机的入端口处设置最大发送速率和超过所述最大发送速率的最大浮动值,用以限制所述入端口的业务流速率和业务流突发量。
3.根据权利要求2所述的一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法,其特征在于,步骤S3中,在出队调度时,通过加权公平队列算法给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制方法,其特征在于,所述网络状态信息包括:所述SDN网络的网络拓扑结构、各链路及端口信息、各端口的队列的长度、各队列的数据流的集合和各链路的可用带宽。
5.一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制系统,其特征在于,包括:
发送模块,用于通过OpenFlow交换机的边缘节点将进入SDN网络的每个业务流发送至控制器;
分类模块,用于通过所述控制器对每个业务流进行分类,并给不同类别的业务流设置不同的优先级,其中,相同优先级的业务流具有相同的ToS值;
放入模块,用于将每个业务流分别放入自身优先级对应的队列,并给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽;
更新模块,用于每隔一跳,根据所述SDN网络的网络状态信息、ToS值更新规则和每个业务流的QoS需求对每个业务流的ToS值进行更新,用以调整每个业务流的优先级,返回所述放入模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制系统,其特征在于,还包括:
设置模块,用于在所述OpenFlow交换机的入端口处设置最大发送速率和超过所述最大发送速率的最大浮动值,用以限制所述入端口的业务流速率和业务流突发量。
7.根据权利要求6所述的一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制系统,其特征在于,所述放入模块具体用于在业务流出队调度时,通过加权公平队列算法给每个业务流分配自身优先级对应的占有出口队列的带宽。
8.根据权利要求5-7任一项所述的一种基于OF-DiffServ模型的QoS控制系统,其特征在于,所述网络状态信息包括:所述SDN网络的网络拓扑结构、各链路及端口信息、各端口的队列的长度、各队列的数据流的集合和各链路的可用带宽。
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