CN114465945B - 一种基于sdn的标识解析网络构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于SDN的标识解析网络构建方法，其特征在于，全局调整工业互联网标识解析体系的网络构建，改造为基于SDN的网络架构；调整二级节点和顶级节点的对接方式，同行业的二级节点间同步企业节点信息，克服平台信息孤岛弊端，增加标识解析网络的可控可管能力；基于此构建方式，引入一种标识解析流量调度算法，为顶级节点在查询行业代码时，根据设定的权重算法计算得到最优目标二级节点，提高标识解析的效率。
Description
技术领域
本发明涉及工业互联网标识解析请求服务领域，具体涉及一种基于SDN的标识解析网络构建方法。
背景技术
工业互联网标识解析体系是我国工业互联网建设的重要任务，工业互联网的核心是基于全面互联而形成数据驱动的智能，标识解析体系作为工业互联网的关键神经系统，是实现工业系统互联和工业数据传输交换的支撑基础。通过工业互联网标识解析系统，构建人、机、物全面互联的基础设施，对促进工业数据的开放流动与聚合、推动工业资源的优化集成与自由调度、支撑工业集成创新应用具有重要意义。
当前，我国的标识解析网络体系建设已初具规模，标识解析二级节点和企业节点建设技术要求已经有一定的标准，但基本上还是根据传统网络设定的网络模型构建。随着工业互联网中的主体对象来源越来越复杂多样，原有的标识解析网络将面临巨大的挑战，一边是标识解析数据量呈爆炸性的增长，另一边是对标识解析的时延提出了更高的要求。工业互联网标识解析体系建设任重道远，在网络构建，节点建设方面都需要加强创新。
发明内容
本发明提出了一种基于SDN的标识解析网络构建方法，利用SDN技术，重构了标识解析全局网络，调整顶级节点、二级节点和企业节点的单向数据上报对接方式，增加同行业节点的数据同步功能，为标识解析打破信息孤岛，提高路径可选度。然后利用SDN的集中管控特性，监控网络中关键的链路信息，同时监控服务器性能信息，在标识解析顶级节点查询行业代码时，计算最优目标节点提供数据依据，并提供了一种标识解析流量调度的计算方法；最后根据计算结果，利用SDN控制器制定下发相关流表，使得流量按选择路径进行传输。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于SDN的标识解析网络构建方法，其特征在于，将工业互联网标识解析的网络架构从传统网络架构改为基于SDN的网络架构，使用SDN交换机连接各物理设备，包括根节点、顶级节点、二级节点和企业节点，还包括递归节点和接入的终端设备；并将SDN交换机连接到SDN控制器或控制器集群，由控制器集中管控；
同行业的多个二级节点分配得到相同的标识前缀行业代码，同一个企业节点在二级节点注册后，可以同步信息到同行业的其他二级节点，该企业能够在同行业的任意二级节点查到，这样可以克服标识解析平台信息孤岛的弊端，增加了标识解析的可控可管能力；
结合SDN网络特性，提出了一个标识解析流量调度的算法，在没有缓存数据的情况下，标识解析客户端向公共递归节点发送请求，公共递归节点向顶级节点发送标识前缀解析请求，顶级节点在本地查询行业代码所在的二级节点，并过滤出可用的节点后，计算出最优目标和路径，具体包括：
S1：标识解析请求得到响应的速度与网络流量传输和服务器性能相关，在计算时，需要综合考虑相关因子，影响网络流量传输速度的包括：跳数、可用带宽、时延、丢包率，影响服务器性能的有CPU、内存、磁盘IO、带宽利用率；
S2：由于影响网络传输速度的因子不在同一个数量级，需要做归一化处理，影响服务器性能的因子都是以百分比利用率呈现，所以不作归一化处理；对于跳数、时延、丢包率，是变量越小越有益，分别以P、T、L代表跳数、时延、丢包率，具体计算如下：
其中，带i下缀的为当前采样值，max和min取一段采样周期内的最大和最小值，进行计算，带x下缀的为计算结果；
可用带宽是变量越大越有益，B代表可选路径上可用带宽之和，采用计算公式：
其中，带i下缀的为当前采样值，max和min取一段采样周期内的最大和最小值，进行计算，带x下缀的为计算结果；
S3：设x、y、z、o分别为CPU、内存、磁盘IO和带宽利用率，则服务器性能计算公式为：
其中，a、b、c、d为计算权值，a+b+c+d<＝1，a和b的权值大于c和d的权值，设定参考值:a＝0.4,b＝0.3,c＝0.1,d＝0.2；
S4：得到路径计算归一化计算结果和服务器性能计算结果后，代入路径权值计算公式：
W＝αBx-βPx-γTx-δLx-F
其中α+β+γ+δ＝1，β和γ权值大于α和δ的权值，根据对网络传输产生的影响大小设定参考值：α＝0.2，β＝0.3，γ＝0.3，δ＝0.2，最终选择W最大的目标节点。
计算得到的目标节点和路径选择结果，通过SDN控制器下发流表到顶级节点和目标二级节点间的SDN交换机，使上行和下行流量按选择的路径传输。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明利用SDN技术，重构了标识解析全局网络，调整顶级节点、二级节点和企业节点的单向数据上报对接方式，增加同行业节点的数据同步功能，为标识解析打破信息孤岛，提高路径可选度。然后利用SDN的集中管控特性，监控网络中关键的链路信息，同时监控服务器性能信息，在标识解析顶级节点查询行业代码时，计算最优目标节点提供数据依据，并提供了一种标识解析流量调度的计算方法；最后根据计算结果，利用SDN控制器制定下发相关流表，使得流量按选择路径进行传输。
附图说明
图1为网络拓扑图
图2为节点对接图
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明的保护范围。
一种基于SDN的标识解析网络构建方法，其特征在于，将工业互联网标识解析的网络架构从传统网络架构改为基于SDN的网络架构，使用SDN交换机连接各物理设备，包括根节点、顶级节点、二级节点和企业节点，还包括递归节点和接入的终端设备；并将SDN交换机连接到SDN控制器或控制器集群，由控制器集中管控；
同行业的多个二级节点分配得到相同的标识前缀行业代码，同一个企业节点在二级节点注册后，可以同步信息到同行业的其他二级节点，该企业能够在同行业的任意二级节点查到，这样可以克服标识解析平台信息孤岛的弊端，增加了标识解析的可控可管能力；
结合SDN网络特性，提出了一个标识解析流量调度的算法，在没有缓存数据的情况下，标识解析客户端向公共递归节点发送请求，公共递归节点向顶级节点发送标识前缀解析请求，顶级节点在本地查询行业代码所在的二级节点，并过滤出可用的节点后，计算出最优目标和路径，具体包括：
S1：标识解析请求得到响应的速度与网络流量传输和服务器性能相关，在计算时，需要综合考虑相关因子，影响网络流量传输速度的包括：跳数、可用带宽、时延、丢包率，影响服务器性能的有CPU、内存、磁盘IO、带宽利用率；
S2：由于影响网络传输速度的因子不在同一个数量级，需要做归一化处理，影响服务器性能的因子都是以百分比利用率呈现，所以不作归一化处理；对于跳数、时延、丢包率，是变量越小越有益，分别以P、T、L代表跳数、时延、丢包率，具体计算如下：
其中，带i下缀的为当前采样值，max和min取一段采样周期内的最大和最小值，进行计算，带x下缀的为计算结果；
可用带宽是变量越大越有益，B代表可选路径上可用带宽之和，采用计算公式：
其中，带i下缀的为当前采样值，max和min取一段采样周期内的最大和最小值，进行计算，带x下缀的为计算结果；
S3：设x、y、z、o分别为CPU、内存、磁盘IO和带宽利用率，则服务器性能计算公式为：
其中，a、b、c、d为计算权值，a+b+c+d<＝1，a和b的权值大于c和d的权值，设定参考值:a＝0.4,b＝0.3,c＝0.1,d＝0.2；
S4：得到路径计算归一化计算结果和服务器性能计算结果后，代入路径权值计算公式：
W＝αBx-βPx-γTx-δLx-F
其中α+β+γ+δ＝1，β和γ权值大于α和δ的权值，根据对网络传输产生的影响大小设定参考值：α＝0.2，β＝0.3，γ＝0.3，δ＝0.2，最终选择W最大的目标节点。
计算得到的目标节点和路径选择结果，通过SDN控制器下发流表到顶级节点和目标二级节点间的SDN交换机，使上行和下行流量按选择的路径传输。
基于SDN的标识解析网络构建方法，整体网络拓扑如附图1，所有相关节点设备都连接在SDN交换机上，SDN交换机由SDN控制器或SDN控制器集群集中控制。完成网络拓扑调整后，需要对拓扑链路(包括带宽、时延、丢包率)和服务器性能状态进行监控，制定采集策略，存储采集数据。
标识解析节点对接关系如附图二，在原有的对接流程基础上，增加同一行业代码分配到多个同行业二级节点，企业节点对接二级节点后，同行业二级节点间同步该企业节点的信息，这样公共递归节点查询行业代码的时候，会有多个目标二级节点可选，避免单个二级节点产生信息孤岛。
在有多个可选目标节点的情况下，根据监控所得数据和上述流量调度的算法，计算得到最优目标节点，最后调用SDN控制器下发策略，保障流量的走向遵循计算的结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明新型精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种基于SDN的标识解析网络构建方法，其特征在于，将工业互联网标识解析的网络架构从传统网络架构改为基于SDN的网络架构，使用SDN交换机连接各物理设备，包括根节点、顶级节点、二级节点和企业节点，还包括递归节点和接入的终端设备；并将SDN交换机连接到SDN控制器或控制器集群，由控制器集中管控；
同行业的多个二级节点分配得到相同的标识前缀行业代码，同一个企业节点在二级节点注册后，可以同步信息到同行业的其他二级节点，该企业能够在同行业的任意二级节点查到，这样可以克服标识解析平台信息孤岛的弊端，增加了标识解析的可控可管能力；
结合SDN网络特性，提出了一个标识解析流量调度的算法，在没有缓存数据的情况下，标识解析客户端向公共递归节点发送请求，公共递归节点向顶级节点发送标识前缀解析请求，顶级节点在本地查询行业代码所在的二级节点，并过滤出可用的节点后，计算出最优目标和路径，具体包括：
S1：标识解析请求得到响应的速度与网络流量传输和服务器性能相关，在计算时，需要综合考虑相关因子，影响网络流量传输速度的包括：跳数、可用带宽、时延、丢包率，影响服务器性能的有CPU、内存、磁盘IO、带宽利用率；
S2：由于影响网络传输速度的因子不在同一个数量级，需要做归一化处理，影响服务器性能的因子都是以百分比利用率呈现，所以不作归一化处理；对于跳数、时延、丢包率，是变量越小越有益，分别以P、T、L代表跳数、时延、丢包率，具体计算如下：
其中，带i下缀的为当前采样值，max和min取一段采样周期内的最大和最小值，进行计算，带x下缀的为计算结果；
可用带宽是变量越大越有益，B代表可选路径上可用带宽之和，采用计算公式：
其中，带i下缀的为当前采样值，max和min取一段采样周期内的最大和最小值，进行计算，带x下缀的为计算结果；
S3：设x、y、z、o分别为CPU、内存、磁盘IO和带宽利用率，则服务器性能计算公式为：
F＝ax+by+cz+do
其中，a、b、c、d为计算权值，a+b+c+d<＝1，a和b的权值大于c和d的权值，设定参考值:a＝0.4,b＝0.3,c＝0.1,d＝0.2；
S4：得到路径计算归一化计算结果和服务器性能计算结果后，代入路径权值计算公式：
W＝αBx-βPx-γTx-δLx-F
其中a、β、γ、δ是对网络传输产生的影响大小设定权重值，α+β+γ+δ＝1，β和γ权值大于α和δ的权值，根据对网络传输产生的影响大小设定参考值：α＝0.2，β＝0.3，γ＝0.3，δ＝0.2，最终选择W最大的目标节点。
2.根据权利要求1所述的一种基于SDN的标识解析网络构建方法，其特征在于，根据计算得到的目标节点和路径选择结果，通过SDN控制器下发流表到顶级节点和目标二级节点间的SDN交换机，使上行和下行流量按选择的路径传输。
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