CN113644960A - 基于sdn的mptcp路由方法 - Google Patents

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CN113644960A CN202110851178.7A CN202110851178A CN113644960A CN 113644960 A CN113644960 A CN 113644960A CN 202110851178 A CN202110851178 A CN 202110851178A CN 113644960 A CN113644960 A CN 113644960A
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mptcp
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sdn
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贾敏
徐媚琳
董涛
刘志慧
郭家
郭庆
顾学迈
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Harbin Institute of Technology
Beijing Institute of Satellite Information Engineering
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Harbin Institute of Technology
Beijing Institute of Satellite Information Engineering
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Abstract

基于SDN的MPTCP路由方法，本发明涉及信息与通信领域，具体涉及空间信息网络的流量调度技术。是为了解决空间网络存在的链接容易中断和链路资源利用率低的问题：它的方法为：建立pathCache哈希表，对输入的新数据流建立分组；当新的子流分组建立好后，在所述pathCache哈希表中查询是否存在与子流的源节点和目的节点IP地址相对应的一组路径，如果存在，则转发模块将这组路径加载到flows哈希表中，并将其映射到请求MPTCP的连接，当新的子流的数据包到达网络第一台交换机时，该第一台交换机将通过转发模块提取源节点和目的节点的IP地址，同时提取MPTCP选项，提取到的选项并将这些路径分配给子流。

Description

基于SDN的MPTCP路由方法
技术领域
本发明涉及信息与通信技术领域，具体涉及空间信息网络的流量调度技术。
背景技术
空间网络是一个全空间、全时间、全频率、面向多用户的信息网络，相比于传统的地面网络更加复杂。以卫星星座架构为基础，由于其卫星节点众多，传统的分布式架构应用在大规模卫星网络中，对其控制非常困难，用户需求增大，网络流量激增且不可控。
LEO系统中的传播延迟可能高达100ms，并使得TCP吞吐量大幅度降低。现有的传输层的解决方案包括高带宽延迟乘积(BDP)TCP变体，但是它们都不能很好地处理切换问题。
传统的协议数据的传输路径只有一条，当这条路径发生拥塞或者故障时，直接降低数据传输的质量，严重的则会终止传输。
因此为了解决空间信息网络中链路资源利用率低，数据易中断等问题，因此在传统的空间网络中上希望得到如下的调整：
1)、针对空间网络的卫星网络的相关特性提出了基于MPTCP-SDN网络框架。整个LEO卫星网络作为数据平面，在该平面上负责转发来自用户的数据消息。
2)、GEO卫星层作为网络中的控制层，对全网进行监控，大规模的LEO卫星作为网络中的转发和接入层，对流量数据进行转发以及和地面终端进行相连接。地终端最为服务层，可构建网络控制中心，进一步对整个空间网络的流量信息进行合理的监控及调度。
发明内容
本发明是为了解决空间网络存在的以下问题：
1)、链接容易中断
2)、链路资源利用率低，基于SDN的MPTCP路由方法
从而提供一种基于SDN的MPTCP路由方法，
一种基于SDN的MPTCP路由方法，它包括以下步骤：
步骤一、建立pathCache哈希表，所述pathCache哈希表用于缓存源节点和目的节点之间的所有路径；
步骤二、对源节点输入的新数据流建立分组，形成N条并行的子流；
步骤三、当步骤二所述新的子流分组建立好后，利用转发模块首先在步骤一建立的所述pathCache哈希表中查询是否存在与子流的源节点和目的节点IP地址相对应的一组路径，如果存在，则转发模块将这组路径加载到flows哈希表中，并将其映射到请求MPTCP的连接，否则，转发模块查询路径管理模块并将已获取的路径集存储到pathCache哈希表和flows哈希表中；
步骤四、当新的子流的数据包到达网络第一台交换机时，该第一台交换机将该数据包转发给转发模块，转发模块提取源节点和目的节点的IP地址和端口号，同时提取MPTCP选项，然后执行步骤五或步骤六；
步骤五、如果步骤四提取到的选项为MP_CAPABLE，则此流为初始化子流，将此IP存储在primaryIPs中，然后通过查询pathCache或者路径管理模块找到这组IP之间的一条或多条最短路径，并将这些路径分配给子流；
完成一次基于SDN的MPTCP路由建立；
步骤六、如果选项为MP_JOIN，则为附加子流，则为该附加子流创建新的路径集或条目为该附加子流分配可用路径，
完成一次基于SDN的MPTCP路由建立。
本发明具有以下特点和显著进步：
1、本发明所提出的基于SDN的MPTCP路由方法，解决了空间信息网络链接容易中断的问题，在网络拥塞时能够进行路径择优。
2、本发明在控制器的基础上，增加了对网络中通信协议的运用。当数据量激增时，针对系统的吞吐量有明显的增益，保证大部分数据流得到较好的传输。
附图说明
图1为MPTCP协同SDN系统示意图。
图2为不同算法仿真对比示意图，其中横坐标为时刻，纵坐标为吞吐量。
图3为不同算法吞吐量占优比仿真示意图，其中横坐标为数据流，纵坐标为吞吐量。
具体实施方式
具体实施方式一、首先根据卫星星座搭建使用的仿真拓扑，链接Floodlight控制器，实现SDN和MPTCP的协同系统。
本发明方法，即基于SDN的MPTCP路由方法描述如下表1所示。
表1.方法描述
Figure BDA0003182390390000021
Figure BDA0003182390390000031
最后通过各个部分的仿真测试，如图2和图3所示，说明了基于SDN的MPTCP协同算法的可行性。
本发明具有以下特点和显著进步：
1、本发明所提出的基于SDN的MPTCP路由方法，解决了空间信息网络链接容易中断的问题，在网络拥塞时能够进行路径择优。
2、本发明在控制器的基础上，增加了对网络中通信协议的运用。当数据量激增时，针对系统的吞吐量有明显的增益，保证大部分数据流得到较好的传输。

Claims (10)

1.基于SDN的MPTCP路由方法，其特征是：它包括以下步骤：
步骤一、建立pathCache哈希表，所述pathCache哈希表用于缓存源节点和目的节点之间的所有路径；
步骤二、对源节点输入的新数据流建立分组，形成N条并行的子流；
步骤三、当步骤二所述新的子流分组建立好后，利用转发模块首先在步骤一建立的所述pathCache哈希表中查询是否存在与子流的源节点和目的节点IP地址相对应的一组路径，如果存在，则转发模块将这组路径加载到flows哈希表中，并将其映射到请求MPTCP的连接，否则，转发模块查询路径管理模块并将已获取的路径集存储到pathCache哈希表和flows哈希表中；
步骤四、当新的子流的数据包到达网络第一台交换机时，该第一台交换机将该数据包转发给转发模块，转发模块提取源节点和目的节点的IP地址和端口号，同时提取MPTCP选项，然后执行步骤五或步骤六；
步骤五、如果步骤四提取到的选项为MP_CAPABLE，则此流为初始化子流，将此IP存储在primaryIPs中，然后通过查询pathCache或者路径管理模块找到这组IP之间的一条或多条最短路径，并将这些路径分配给子流；
完成一次基于SDN的MPTCP路由建立；
步骤六、如果选项为MP_JOIN，则为附加子流，则为该附加子流创建新的路径集或条目为该附加子流分配可用路径，
完成一次基于SDN的MPTCP路由建立。
2.根据权利要求1所述的基于SDN的MPTCP路由方法，其特征在于步骤一中缓存源目的IP地址之间的所有路径集通过拓扑管理模块获得。
3.根据权利要求1所述的基于SDN的MPTCP路由方法，其特征在于步骤三中，flows哈希表中包括每个MPTCP连接的条目，每个此类的条目都包含该连接的子流所使用的每对源目的IP地址对的子条目，此子条目称为IPentry，都会缓存源目的IP地址对所获取的路径集，并为该组路径中的子流进行分配。
4.根据权利要求1所述的基于SDN的MPTCP路由方法，其特征在于flows哈希表中包括每个MPTCP连接的条目，每个此类的条目都包含该连接的子流所使用的每对源目的IP地址对的子条目，此子条目称为IPentry。
5.根据权利要求4所述的基于SDN的MPTCP路由方法，其特征在于步骤六中、如果选项为MP_JOIN，则为附加子流，则为该附加子流创建新的路径集或条目为该附加子流分配可用路径，其具体方法为：
如果选项为MP_JOIN，则为附加子流，则转发模块从该数据包中提取令牌，若令牌在该子流中不存在，转发模块则使用此令牌在流中创建新条目，并创建新得IPentry用来存储获得的路径集。如果子流中存在此令牌，则检索相应的条目，转发模块检查IP是否存在条目中，如果存在，则检索相应的IPentry，从此IPentry将下一个可用路径分配给子流，转发模块按上述更新IPentry。
6.根据权利要求1所述的基于SDN的MPTCP路由方法，其特征在于步骤四中所述提取的MPTCP选项为MP_CAPABLE和MP_JOIN。
7.根据权利要求1所述的基于SDN的MPTCP路由方法，其特征在于该方法用于空间信息网络节点的通信场合。
8.根据权利要求1所述的基于SDN的MPTCP路由方法，其特征在于该方法用于空间信息网络节点的通信场合。
9.根据权利要求1所述的基于SDN的MPTCP路由方法，其特征在于该方法用于低轨卫星星间通信场合。
10.根据权利要求1所述的基于SDN的MPTCP路由方法，其特征在于该方法用于低轨卫星与底面的星地通信通信场合。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115208453A (zh) * 2022-04-27 2022-10-18 中国电子科技集团公司电子科学研究院 基于统一分组控制面的空间网络多模态路由交换架构

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112968843A (zh) * 2021-02-03 2021-06-15 长春理工大学 基于sdn的多路径传输控制系统及方法

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徐媚琳: ""SDN/NFV架构下的空间网络资源调度技术研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

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