一种数据流控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及通信领域，公开了一种数据流控制方法和系统。该方法包括：计算软件定义网络SDN中各交换机节点的数据流表请求量；根据各交换机节点的汇聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求量最优化SDN中各个链路的权值，以均衡各个交换机节点的数据流。本发明专利技术通过对网路数据流进行路由优化，实现网络中交换机之间的负载均衡，充分利用有限的流表处理能力和流表缓存空间，提高网络资源的利用效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及网络领域，具体地，涉及一种数据流控制方法和系统。
技术介绍
软件定义网络SDN中，交换设备在数据平面根据流表进行高速的数据转发，控制器在控制平面负责进行路由计算、流表生成和维护等工作，从而使得能够更加合理地分配网络资源。SDN旨在实现网络互联和网络行为的定义和开放式的接口，从而支持未来各种新型网络体系结构和新型业务的创新。与原有TCP/IP的细腰架构不同，SDN将控制功能从传统的分布式网络设备中迁移到可控的计算设备中，最终通过开放可编程的软件模式来实现网络的自动化控制功能。在SDN网络中，当到达交换机的数据流没有匹配的流表项时，会将该数据流的第一个数据包发送给控制器。控制器计算转发路径，并下发给相应的交换机。交换机安装转发规则需要一定的时间，当数据量很大时，由于交换机的流表安装速度和控制器的流表处理能力有限，可能在交换机和控制器同时出现瓶颈。为了解决该问题，现有技术中提供了如下的技术方案：通过采用聚类或模糊匹配的方法把数据流归类，控制器可以同时处理一类数据流，而不是单个流，来减轻负担。数据流匹配规则越宽松，例如采用位数更少的掩码，被划分的类型越少，控制器负担越轻。但是当该技术方案采用更短的子网掩码进行数据流匹配时，网络中数据流的粒度增大。网络管理员对数据流管控的精确度下降，难以进行精确的数据过滤、访问控制等操作。同时，也增加了网络中链路、存储空间等资源的分配粒度，无法实现网<br>络资源的高效利用。动态流调整策略，其关注通过交换机的“大象流”。控制器为超过特定速率的流估计数据传输请求，计算最优路径，并安装基于特定流的转发流表项。该技术需要交换机实时的针对每个流进行统计，检测并分析是否符合“大象流”的特点。如果发现“大象流”，再通知控制器行针对性的处理。在网络负载较重的情况下，这些实时监测和额外计算工作将进一步加重交换机和控制器的负担，不利于提高网络性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种数据流控制方法和系统，以均衡SDN中各个交换机的数据流。为了实现上述目的，本专利技术提供一种种数据流控制方法，该方法包括：计算软件定义网络SDN中各交换机节点的数据流表请求量；根据各交换机节点的汇聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求量最优化SDN中各个链路的权值，以均衡各个交换机节点的数据流；其中第n个交换机的汇聚代价Φ(Load(n))=ΣiΦ(Matchi)×Loadi(n),]]>Φ(Matchi)＝γbConv(Matchi)，Conv(Matchi)＝Fup(Matchb)/Fup(Matchi)，Load(n)为第n个交换机的数据转发速率，Loadi(n)为第n个交换机采用数据流表匹配方式Matchi的数据转发速率，Fup(Matchb)为采用基准数据流表匹配方式Matchb的数据流表请求量，Fup(Matchi)为采用匹配方式Matchi的数据流表请求量，n为整数，i为整数，γb为预设的交换机转发1比特数据的汇聚代价。优选地，根据下式计算Loadi(n)：其中MatchP为最精确的数据流表匹配方式，MatchK为最宽松的数据流表匹配方式，P为整数，K为整数，K大于或等于P+1，Fup(n)为第n个交换机的数据流表请求量的上限，Fup(i)为数据流表的超时时间T内的流表请求量，Fi(n)为超时时间T内第n个交换机转发的数据流个数，Fsize为平均单个数据流的大小。优选地，第n个交换机节点的数据流表请求量其中αb为单位时间内第n个交换机采用基准匹配方式Matchb的数据流表请求量与交换机转发的数据流总数的比值。优选地，根据各交换机节点的汇聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求量最优化SDN中各个链路的权值包括根据所述各交换机节点的汇聚代价并以所述各交换机节点的数据流表请求量小于或等于所述各交换机节点的数据流表请求量上限UB为边界条件最优化SDN中各个链路的权值。优选地，根据各交换机节点的汇聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求量最优化SDN中各个链路的权值包括根据下式最优化SDN中各个链路的权值：{min(Σn∈NΦ(Load(n)))Σi≤KαbLoadi(n)/Conv(Matchi)≤UB.]]>优选地，根据各交换机节点的汇聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求量最优化SDN中各个链路的权值包括通过遗传算法求解最短路径来最优化SDN中各个链路的权值。相应地，本专利技术提供了一种数据流控制系统，该系统包括软件定义网络SDN中各交换机节点和网络控制器，该网络控制器包括：计算模块，用于计算软件定义网络SDN中各交换机节点的数据流表请求量；均衡模块，用于根据各交换机节点的汇聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求量最优化SDN中各个链路的权值，以均衡各交换机节点的数据流；其中第n个交换机的汇聚代价Φ(Load(n))=ΣiΦ(Matchi)×Loadi(n),]]>Φ(Matchi)＝γbConv(Matchi)，Conv(Matchi)＝Fup(Matchb)/Fup(Matchi)，Load(n)为第n个交换机的数据转发速率，Loadi(n)为第n个交换机采用数据流表匹配方式Matchi的数据转发速率，Fup(Matchb)为采用基准数据流表匹配方式Matchb的数据流表请求量，Fup(Matchi)为采用匹配方式Matchi的数据流表请求量，n为整数，i为整数，γb为预设的交换机转发1比特数据的汇聚代价。优选地，计算模块根据下式计算Loadi(n)：其中MatchP为最精确的数据流表匹配方式，MatchK为最宽松的数据流表匹配方式，P为整数，K为整数，K大于或等于P+1，Fup(n)为第n个交换机的数据流表请求量的上限，Fup(i)为数据流表的超时时间T内的流表请求量，Fi(n)为超时时间T内第n个交换机转发的数据流个数，Fsize为平均单个数据流的大小。优选地，第n个交换机节点的数据流表请求量其中αb为单位时间内第n个交换机采用基准匹配方式Matchb的数据流表请求量与交换机转发的数据流总数的比值。优选地，均衡模块还用于根据各交换机节点的汇聚代价并以所述各交换机节点的数据流表请求量小于或等于所述各交换机节点的数据流表请求量上限UB为边界条件最优化SDN中各个链路的权值。...

【技术保护点】
一种数据流控制方法，其特征在于，该方法包括：计算软件定义网络SDN中各交换机节点的数据流表请求量；根据各交换机节点的汇聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求量最优化SDN中各个链路的权值，以均衡各个交换机节点的数据流；其中第n个交换机的汇聚代价Φ(Matchi)＝γbConv(Matchi)，Conv(Matchi)＝Fup(Matchb)/Fup(Matchi)，Load(n)为第n个交换机的数据转发速率，Loadi(n)为第n个交换机采用数据流表匹配方式Matchi的数据转发速率，Fup(Matchb)为采用基准数据流表匹配方式Matchb的数据流表请求量，Fup(Matchi)为采用匹配方式Matchi的数据流表请求量，n为整数，i为整数，γb为预设的交换机转发1比特数据的汇聚代价。

【技术特征摘要】
1.一种数据流控制方法，其特征在于，该方法包括：
计算软件定义网络SDN中各交换机节点的数据流表请求量；
根据各交换机节点的汇聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求
量最优化SDN中各个链路的权值，以均衡各个交换机节点的数据流；
其中第n个交换机的汇聚代价Φ(Matchi)＝γbConv(Matchi)，Conv(Matchi)＝Fup(Matchb)/Fup(Matchi)，Load(n)为第n
个交换机的数据转发速率，Loadi(n)为第n个交换机采用数据流表匹配方式
Matchi的数据转发速率，Fup(Matchb)为采用基准数据流表匹配方式Matchb的数
据流表请求量，Fup(Matchi)为采用匹配方式Matchi的数据流表请求量，n为整
数，i为整数，γb为预设的交换机转发1比特数据的汇聚代价。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据下式计算Loadi(n)：
其中MatchP为最精确的数据流表匹配方式，MatchK为最宽松的数据流表
匹配方式，P为整数，K为整数，K大于或等于P+1，Fup(n)为第n个交换机
的数据流表请求量的上限，Fup(i)为数据流表的超时时间T内的流表请求量，
Fi(n)为超时时间T内第n个交换机转发的数据流个数，Fsize为平均单个数据
流的大小。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第n个交换机节点的数

\t据流表请求量其中αb为单位时间内第n个交
换机采用基准匹配方式Matchb的数据流表请求量与交换机转发的数据流总数
的比值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据各交换机节点的汇
聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求量最优化SDN中各个链路的
权值包括根据所述各交换机节点的汇聚代价并以所述各交换机节点的数据
流表请求量小于或等于所述各交换机节点的数据流表请求量上限UB为边界
条件最优化SDN中各个链路的权值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据各交换机节点的汇
聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求量最优化SDN中各个链路的
权值包括根据下式最优化SDN中各个链路的权值：
min(Σn∈NΦ(Load(n)))Σi≤KαbLoadi(n)/Conv(Matchi)≤UB.]]>6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据各交换机节点的汇
聚代价以及所述各交换机节点的数据流表请求量最优化SDN中各个链路的
权值包括通过遗...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉，黄婧洁，陈建亚，刘韵洁，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11