CN108282399B - 基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法 - Google Patents

基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法，获取网络拓扑中每两点间的所有路径，并记录；获取每两点间链路开销最小的路径，并记录在矩阵H中；当网络同时接收到多个流请求时，根据流请求，对源点和汇点间的所有路径做线性规划，且令虚假节点的开销与链路的开销的总和最小；通过源点和汇点间的路径上所传输的数据所占用的带宽，以及网络中每两点间的链路开销最小的路径表示网络中添加的虚假节点个数，并在计算每个流请求需要添加的虚假节点个数时，将已经处理过的流请求所添加的虚假节点遍历一遍。本发明提出的一种基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法，从质上减少了将中心控制运用在分布式网络中的总开销。

Description

基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法
技术领域
本发明涉及分布式网络中心控制领域，特别是一种基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法。
背景技术
在传统网络中，每个转发设备(如交换机、路由器)通过分布式路由协议(如RIP、OSPF、ISIS)相互之间交换网络状态信息，并计算数据的转发路径，然后根据得出的转发路径并配置自己的转发表，当流请求到来时按照转发表进行转发；在软件定义网络(SDN)中，由SDN控制器根据整个网络的状态计算数据的转发路径，然后控制器一一为每个转发设备配置转发表，当流请求到来时，转发设备按照转发表进行转发。我们可以结合传统网络和SDN的特点，由中心控制器根据整个网络的状态计算数据的转发路径，然后控制器根据计算出的转发路径，计算出一个增广的网络(在原本的网络中添加一些虚假节点和虚假链路)，然后控制器根据计算出的增广拓扑在网络中添加虚假节点和虚假链路，然后转发设备通过分布式路由协议计算出数据在增广后的网络转发路径，因为有虚假节点和虚假链路的存在，所以转发设备通过分布式路由协议计算出的转发路径会达到和之前中心控制器计算出的转发路径相同的效果，之后各个转发设备按照自己计算出的转发路径配置自己的转发表，当流请求到来时，转发设备按照转发表进行转发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法，以克服现有技术中存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法，包括如下步骤：
步骤S1：获取网络拓扑中每两点间的所有路径，并记录；
步骤S2：获取每两点间链路开销最小的路径，并记录在矩阵H中；
步骤S3：当网络同时接收到多个流请求时，根据流请求，对源点和汇点间的所有路径做线性规划，且令虚假节点的开销与链路的开销的总和最小；
步骤S4：通过源点和汇点间的路径上所传输的数据所占用的带宽，以及网络中每两点间的链路开销最小的路径表示网络中添加的虚假节点个数，并在计算每个流请求需要添加的虚假节点个数时，将已经处理过的流请求所添加的虚假节点遍历一遍。
在本发明一实施例中，所述矩阵H为一个|V|×|V|的矩阵，用于存放网络中每个节点到其它所有节点的链路开销最小的路径上的下一跳，hij为H的第i行第j个元素，即从i∈V到j∈V的链路开销最小的路径上的下一跳。
在本发明一实施例中，在所述矩阵H中记录：在没有添加虚假节点的情况下，流量从网络中的每个节点流向网络中的每个节点时，OSPF计算出的路由的下一跳；对于任意i,j∈V，获取从i到j的路径集合，记为Pij,则hij为
Figure BDA0001562770760000021
上的第2个节点。
在本发明一实施例中，在所述步骤S3中，所述线性规划的三个约束条件分别为：
约束条件1：对于每条链路，该链路上的流量等于该链路所在的所有路径上的流量的和；
Figure BDA0001562770760000022
约束条件2：对于每条链路，该链路上的流量不大于链路的带宽；
Figure BDA0001562770760000023
约束条件3：对于每个请求，从该请求的源点到该请求的汇点的所有路径上的流量和等于该请求所请求的流量带宽；
Figure BDA0001562770760000024
目标函数为：使虚假节点相关的开销与链路相关的开销的总和最小；
Figure BDA0001562770760000025
其中，
Figure BDA0001562770760000026
为权重参数，F为所需要添加的虚假节点个数。
在本发明一实施例中，按照如下方式计算需要添加的虚假节点个数：
对流请求一一遍历，在遍历到每个流请求时，再对网络中的每个节点进行遍历，获取度大于或等于3的节点；将虚假节点被添加在度大于或等于3的节点处，记ga'为节点a'∈V的度，对于a'∈V，ga'≥3，记在a'处添加的虚假节点个数为Fa'，则
Figure BDA0001562770760000031
在本发明一实施例中，对于ra∈R，a'∈V，Fa'的计算方法为：
若从a'流向
Figure BDA0001562770760000032
的流量与从a'流出的流量总和相等，则在节点a'处增加0个虚假节点；
若从a'流向
Figure BDA0001562770760000033
的流量为0，且从a'流向a'的邻接点的流量与从a'流出的流量总和相等，则在节点a'处增加1个虚假节点；
若从a'流向
Figure BDA0001562770760000034
的流量为0，且不存在从a'流向a'的邻接点的流量与从a'流出的流量总和相等，在则节点a'处增加F′个虚假节点；
若同时满足如下条件：从a'流向
Figure BDA0001562770760000035
的流量与从a'流出的流量总和不相等；从a'流向
Figure BDA0001562770760000036
的流量不为0；从a'流向
Figure BDA0001562770760000037
的流量等于从a'流出的流量总和的一半；从a'流向a'的非
Figure BDA0001562770760000038
的邻接点的流量与从a'流向
Figure BDA0001562770760000039
的流量相等，则在节点a'处增加1个虚假节点；
除上述情况以外的其它情况，在节点a'处增加F′个虚假节点；其中，F′为预先分配的虚假节点开销；
在按上述方式给Fa'赋值之后，遍历之前处理过的流请求所选择的路由。若之前处理过的某个流请求所选择的路由在节点a'处的分流比例与正在计算其所需添加虚假节点个数的路由的分流比例相同，则将刚添加的Fa'个虚假节点删除。
在本发明一实施例中，通过无向图G＝(V，E)表示网络拓扑，V表示节点集合，E表示链路集合；wij表示链路(i,j)∈E的带宽，cij表示单位流量从链路(i,j)∈E流过所造成的链路相关开销，dij表示从链路(i,j)∈E流过的流量；通过R表示一组流请求的集合，ra∈R表示为一个流请求，sa为ra所请求的源点，ta为ra所请求的汇点，da为ra所请求的流量带宽，Pa为从sa到ta的所有路径的集合，pb∈Pa为从sa到ta的一条路径，
Figure BDA00015627707600000310
为pb∈Pa这条路径传输的流量；若链路(i,j)在一条路径pb上，则记为(i,j)∈pb。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出的一种基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法，在考虑链路相关开销的同时，将虚假节点相关的开销也考虑进去，并在计算虚假节点相关开销的时候，考虑上多个流请求之间复用虚假节点的情况。本发明从质上减少了将中心控制运用在分布式网络中的总开销。从质上减少了将中心控制运用在分布式网络中的总开销，能从质上减少虚假节点与链路这两方面的总开销。
附图说明
图1为本发明一实施例中基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法的流程图。
图2为本发明一实施例中用路径上传输的数据量表示单个节点处所添加的虚假节点个数的算法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提出一种基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S1：获取网络拓扑中每两点间的所有路径，并记录；
步骤S2：获取每两点间链路开销最小的路径，并记录在矩阵H中；
步骤S3：当网络同时接收到多个流请求时，根据流请求，对源点和汇点间的所有路径做线性规划，且令虚假节点的开销与链路的开销的总和最小；
步骤S4：通过源点和汇点间的路径上所传输的数据所占用的带宽，以及网络中每两点间的链路开销最小的路径表示网络中添加的虚假节点个数，并在计算每个流请求需要添加的虚假节点个数时，将已经处理过的流请求所添加的虚假节点遍历一遍。
在本实施例中，通过无向图G＝(V,E)表示网络拓扑，V表示节点集合，E表示链路集合；wij表示链路(i,j)∈E的带宽，cij表示单位流量从链路(i,j)∈E流过所造成的链路相关开销，dij表示从链路(i,j)∈E流过的流量；通过R表示一组流请求的集合，ra∈R表示为一个流请求，sa为ra所请求的源点，ta为ra所请求的汇点，da为ra所请求的流量带宽，Pa为从sa到ta的所有路径的集合，pb∈Pa为从sa到ta的一条路径，
Figure BDA0001562770760000051
为pb∈Pa这条路径传输的流量；若链路(i,j)在一条路径pb上，则记为(i,j)∈pb。
在本实施例中，矩阵H为一个|V|×|V|的矩阵，用于存放网络中每个节点到其它所有节点的链路开销最小的路径上的下一跳，hij为H的第i行第j个元素，即从i∈V到j∈V的链路开销最小的路径上的下一跳。
在本实施例中，在矩阵H中记录：在没有添加虚假节点的情况下，流量从网络中的每个节点流向网络中的每个节点时，OSPF计算出的路由的下一跳；对于任意i,j∈V，获取从i到j的路径集合，记为Pij，则hij为
Figure BDA0001562770760000052
上的第2个节点(第一个节点为i)。
在本实施例中，在步骤S3中，线性规划的三个约束条件分别为：
约束条件1：对于每条链路，该链路上的流量等于该链路所在的所有路径上的流量的和；
Figure BDA0001562770760000053
约束条件2：对于每条链路，该链路上的流量不大于链路的带宽；
Figure BDA0001562770760000054
约束条件3：对于每个请求，从该请求的源点到该请求的汇点的所有路径上的流量和等于该请求所请求的流量带宽；
Figure BDA0001562770760000055
目标函数为：使虚假节点相关的开销与链路相关的开销的总和最小；
Figure BDA0001562770760000056
其中，
Figure BDA0001562770760000057
为权重参数，F为所需要添加的虚假节点个数。
目标函数中链路相关的开销即为每条链路流过的流量与单位流量从该链路流过所造成的相关链路开销的乘积的总和。
Figure BDA0001562770760000058
为一个权重参数，可依对虚假节点相关开销和链路相关开销的重视程度来设定
Figure BDA0001562770760000061
的值。F为这种路由方法所需要添加的虚假节点个数。
在本实施例中，在计算某种路由方式需要添加的虚假节点个数时，需要对这种这种路由方式所对应的那组流请求一一遍历。对流请求一一遍历，在遍历到每个流请求时，再对网络中的每个节点进行遍历，获取度大于或等于3的节点。虚假节点只有可能被添加在度大于或等于3的节点处，记ga'为节点a'∈V的度，对于a'∈V，ga'≥3，记在a'处添加的虚假节点个数为Fa'，则
Figure BDA0001562770760000062
有的路由方法需要添加非常多的虚假节点，一般情况下不选取，只有在其它路由方法同样需要添加非常多虚假节点时才有可能选取，本实施例中给这些路由方式设置一个非常大的虚假节点开销记为F′，F′的值可以根据具体情况设定，F′的值越大，这些路由方法越不容易被选取。
在本实施例中，对于ra∈R，a'∈V，如图2所示，Fa'的计算方法为：
若从a'流向
Figure BDA0001562770760000063
的流量与从a'流出的流量总和相等，则在节点a'处增加0个虚假节点；
若从a'流向
Figure BDA0001562770760000064
的流量为0，且从a'流向a'的某个邻接点的流量与从a'流出的流量总和相等，则在节点a'处增加1个虚假节点；
若从a'流向
Figure BDA0001562770760000065
的流量为0，且不存在从a'流向a'的某个邻接点的流量与从a'流出的流量总和相等，在则节点a'处增加F′个虚假节点；
若同时满足如下条件：从a'流向
Figure BDA0001562770760000066
的流量与从a'流出的流量总和不相等；从a'流向
Figure BDA0001562770760000067
的流量不为0；从a'流向
Figure BDA0001562770760000068
的流量等于从a'流出的流量总和的一半；从a'流向a'的某个非
Figure BDA0001562770760000069
的邻接点的流量与从a'流向
Figure BDA00015627707600000610
的流量相等，则在节点a'处增加1个虚假节点；
除上述情况以外的其它情况，在节点a'处增加F′个虚假节点；其中，F′为预先分配的虚假节点开销；
在按上述方式给Fa'赋值之后，遍历之前处理过的流请求所选择的路由。若之前处理过的某个流请求所选择的路由在节点a'处的分流比例与正在计算其所需添加虚假节点个数的路由的分流比例相同，则将刚添加的Fa'个虚假节点删除。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：获取网络拓扑中每两点间的所有路径，并记录；
步骤S2：获取每两点间链路开销最小的路径，并记录在矩阵H中；
步骤S3：当网络同时接收到多个流请求时，根据流请求，对源点和汇点间的所有路径做线性规划，且令虚假节点的开销与链路的开销的总和最小；
通过无向图G＝(V,E)表示网络拓扑，V表示节点集合，E表示链路集合；wij表示链路(i,j)∈E的带宽，cij表示单位流量从链路(i,j)∈E流过所造成的链路相关开销，dij表示从链路(i,j)∈E流过的流量；通过R表示一组流请求的集合，ra∈R表示为一个流请求，sa为ra所请求的源点，ta为ra所请求的汇点，da为ra所请求的流量带宽，Pa为从sa到ta的所有路径的集合，pb∈Pa为从sa到ta的一条路径，
Figure FDA0002681655290000011
为pb∈Pa这条路径传输的流量；若链路(i,j)在一条路径pb上，则记为(i,j)∈pb；
在所述步骤S3中，所述线性规划的三个约束条件分别为：
约束条件1：对于每条链路，该链路上的流量等于该链路所在的所有路径上的流量的和；
Figure FDA0002681655290000012
约束条件2：对于每条链路，该链路上的流量不大于链路的带宽；
Figure FDA0002681655290000013
约束条件3：对于每个请求，从该请求的源点到该请求的汇点的所有路径上的流量和等于该请求所请求的流量带宽；
Figure FDA0002681655290000014
目标函数为：使虚假节点相关的开销与链路相关的开销的总和最小；
Figure FDA0002681655290000015
其中，
Figure FDA0002681655290000021
为权重参数，F为所需要添加的虚假节点个数；
按照如下方式计算需要添加的虚假节点个数：
对流请求一一遍历，在遍历到每个流请求时，再对网络中的每个节点进行遍历，获取度大于或等于3的节点；将虚假节点被添加在度大于或等于3的节点处，记ga'为节点a'∈V的度，对于a'∈V，ga'≥3，记在a'处添加的虚假节点个数为Fa'，则
Figure FDA0002681655290000022
步骤S4：通过源点和汇点间的路径上所传输的数据所占用的带宽，以及网络中每两点间的链路开销最小的路径表示网络中添加的虚假节点个数，并在计算每个流请求需要添加的虚假节点个数时，将已经处理过的流请求所添加的虚假节点遍历一遍。
2.根据权利要求1所述的基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法，其特征在于，所述矩阵H为一个|V|×|V|的矩阵，用于存放网络中每个节点到其它所有节点的链路开销最小的路径上的下一跳，hij为H的第i行第j个元素，即从i∈V到j∈V的链路开销最小的路径上的下一跳。
3.根据权利要求2所述的基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法，其特征在于，在所述矩阵H中记录：在没有添加虚假节点的情况下，流量从网络中的每个节点流向网络中的每个节点时，OSPF计算出的路由的下一跳；对于任意i,j∈V，获取从i到j的路径集合，记为Pij,则hij为
Figure FDA0002681655290000023
上的第2个节点。
4.根据权利要求1所述的基于分布式网络的多个流请求集中控制处理方法，其特征在于，
对于ra∈R，a'∈V，Fa'的计算方法为：
若从a'流向
Figure FDA0002681655290000024
的流量与从a'流出的流量总和相等，则在节点a'处增加0个虚假节点；
若从a'流向
Figure FDA0002681655290000025
的流量为0，且从a'流向a'的邻接点的流量与从a'流出的流量总和相等，则在节点a'处增加1个虚假节点；
若从a'流向
Figure FDA0002681655290000031
的流量为0，且不存在从a'流向a'的邻接点的流量与从a'流出的流量总和相等，在则节点a'处增加F′个虚假节点；
若同时满足如下条件：从a'流向
Figure FDA0002681655290000032
的流量与从a'流出的流量总和不相等；从a'流向
Figure FDA0002681655290000033
的流量不为0；从a'流向
Figure FDA0002681655290000034
的流量等于从a'流出的流量总和的一半；从a'流向a'的非
Figure FDA0002681655290000035
的邻接点的流量与从a'流向
Figure FDA0002681655290000036
的流量相等，则在节点a'处增加1个虚假节点；
除上述情况以外的其它情况，在节点a'处增加F′个虚假节点；其中，F′为预先分配的虚假节点开销；
在按上述方式给Fa'赋值之后，遍历之前处理过的流请求所选择的路由；若之前处理过的流请求所选择的路由在节点a'处的分流比例与正在计算其所需添加虚假节点个数的路由的分流比例相同，则将添加的Fa'个虚假节点删除。
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