一种基于链路实时负载的SDN动态负载均衡调度方法技术

本发明专利技术请求保护一种基于链路实时负载的SDN动态负载均衡调度方法，包括：控制器获取拓扑信息和收集网络的状态信息；控制器为网络中的路径设置一个权重，并以此作为路径的选择依据，从跳数最少的路径中选择权重最小的一条作为初始路径；计算网络负载均衡度，如果负载均衡度大于给定的阈值，返回第一步；否则，进入第四步；定位出负载最高的链路并检测该链路是否存在大流，如果检测大流，方法结束；否则，进入下一步；第五步：针对检测到的大流满足限定的条件，选择满足限定条件的大流进行调度，若该链路存在多条满足条件的大流，则优先调度更大的流，实现高效的负载均衡。本发明专利技术在研究数据中心网络的拓扑架构和流量特征的基础上，充分利用了SDN网络的集中式控制的优势，提出了一种基于链路实时负载的SDN动态负载均衡调度算法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据中心网络应用
，具体涉及一种于链路实时负载的SDN动态负载均衡调度方法。
技术介绍
SDN采用集中式控制策略，控制器具有全网的拓扑视图，有助于对整个网络进行统一的管理，进而能实现对网络流量的实时监控和调度，便于实现路径优化和负载均衡等功能，能够有效的避免网络中产生拥塞，提高网络性能和资源利用率。它不仅可以大幅度降低硬件负载均衡设备成本，而且开放、灵活的可编程能力使得网络的控制能力和自动化管理空前提升，更有利于实现负载均衡。同时，数据中心网络作为当前信息世界的应用和流量核心所在，时时刻刻均承受着大量的请求访问、高性能需求和复杂的管理，大量采购的负载均衡器导致了成本和管理复杂度进一步上升。而基于SDN的数据中心网络负载均衡能有效提高数据中心网络资源利用率、降低设备管理复杂度。当前基于SDN的数据中心网络链路负载均衡主要是通过控制器对链路的周期性监控以获得流量和链路的状态信息，并为流的选取合适的传输路径实现负载均衡。W.Braun等人在《2015InternationalConferenceandWorkshopson,Cottbus,2015:1-5.》上发表题为“Load-dependentflowsplittingfortrafficengineeringinresilientOpenFlownetworks”的文章。该文章提出了流分割策略，将控制器匹配到的大流进行分割后再进行多路径传输。首先设定了一个流速率阈值，当某条大流f的速率超过该阈值时，即判定该流为大流，并需要进行分割。而路径的计算则是为每对源地址与目的地址计算两条最短路径，同时使这两条最短路径的相交链路最少，而更短的路径则作为主要的传输路径。HuiLong等人在《2013IEEE27thInternationalConferenceon,2013:25-28》上发表题为“LABERIO:Dynamicload-balancedRoutinginOpenFlow-enabledNetwork”的文章。该文章提出了动态负载均衡算法LABERIO，该方案采用最大最小剩余带宽法则为流量选择最佳下一跳链路，将最高负载链路上的最大的流调度到负载最小的链路上。而针对网络中一些频繁调度的大流，该算法为每条流进一步设置了一个标志h，用于表示流被调度后增加的传输跳数。该方案在无阻塞全连接网络和典型的Fat-Tree拓扑中分别进行了仿真实验，提高了网络整体传输能力减少了时延，并通过更好利用可用资源实现了网络吞吐量的最大化。A.Craig等人在《2015IEEEInternationalConferenceon,London,2015:5789-5795》上发表题为“LoadbalancingformulticasttrafficinSDNusingreal-timelinkcostmodification”的文章。该文章根据Fat-Tree拓扑的特征，将路径分为上行路径和下行路径，并根据下一跳链路负载选择最佳路径。当检测到大流f并进行分割后，再将其分配到路径中。同时，为了避免拥塞状况的产生，进一步为链路负载设定了一个阈值。当链路负载超过该阈值后，则对该链路上的流进行调度以均衡负载。该类方案需要将网络中的大流进行分割，但并没有提出能有效解决包失序问题的方案，同时重路由路径仅考虑了下一跳，可能导致网络负载不均衡，甚至拥塞。J.Li等人在《2014IEEE13thInternationalConferenceon,Beijing,2014:527-533》上发表题为“AnEffectivePathLoadBalancingMechanismBasedonSDN”的文章。该文章基于模糊控制理论提出了模糊综合评估机制(FuzzySyntheticEvaluationMechanism，FSEM)实现路径负载均衡，并将算法分成了两个阶段。在网络初始状态时，网络中并没有流量，此时使用Top-K最短路径算法计算出K条最短路径。当网络中存在大量流量分布时，则采用FSEM对路径进行评估，并计算出最佳传输路径。该方案并没有对流进行任何区分，而是统一进行路由与调度，不能实现高效的负载均衡调度。由相关的研究可知，当前的负载均衡方案主要是直接将最高负载链路上的最大流调度到最低负载链路，并没有考虑整条链路的负载情况，可能由于瓶颈链路而造成的局部拥塞。同时，直接对链路上的最大流进行调度，不仅可选路径少，甚至可能由于频繁调度大流，导致网络性能的下降。本专利技术根据数据中心网络流量的特征，为链路设置一个权重并把所有链路负载的标准差作为路径权重的一个考虑因素。本专利技术对链路上的负载和流进行周期性监控，若某条链路上的负载分布不均匀或某条链路超载，则优先选择满足限定条件的大流进度行调度。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于链路实时负载的SDN动态负载均衡调度方法，其包括以下步骤：101、控制器获取数据中心网络拓扑信息和状态信息；102、根据步骤101获取的网络拓扑信息和状态信息，控制器为网络中的路径设置一个权重，并以此作为路径的选择依据，从跳数最少的路径中选择权重最小的一条作为初始转发路径；103、计算数据中心网络负载均衡度，如果负载均衡度大于给定的阈值，返回步骤101；否则，进入步骤104；104、定位出负载最高的链路并检测该链路是否存在大流，如果检测不到大流，结束；否则，进入步骤105；105、选择满足带宽限定条件的大流进行调度，若该链路存在多条满足条件的大流，则优先调度更大的流，实现动态负载均衡调度。进一步的，所述步骤101控制器获取数据中心网络拓扑信息是通过链路层发现协议LLDP协议获取并更新全局网络拓扑的，当检测到网络中存在失效链路或节点时，则将该链路或节点从拓扑视图中删除，并为该链路上的流重新选择一条传输路径。进一步的，所述步骤101控制器收集数据中心网络的状态信息是通过控制器向交换机发送OFPT_STATS_REQUEST消息，获取所需的链路统计信息和流的统计信息，包括收发的包数、字节数以及统计持续时间。进一步的，所述步骤102控制器为网络中的路径设置一个权重WPath：其中，m表示链路的个数，LFi表示第i链路上的空闲负载，链路的空闲负载其中Bi表示链路i的已占用的带宽，Ci表示链路i的最大。进一步的，所述步骤103网络负载均衡度ρ计算公式为：其中，整个网络的链路平均负载Lavg是由等式确定，Li为第i条链路上的负载，整个网络的链路最大负载LMax＝max{L1,L2,…,Ln本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于链路实时负载的SDN动态负载均衡调度方法，其特征在于，包括以下步骤：101、控制器获取数据中心网络拓扑信息和状态信息；102、根据步骤101获取的网络拓扑信息和状态信息，控制器为网络中的路径设置一个权重，并以此作为路径的选择依据，从跳数最少的路径中选择权重最小的一条作为初始转发路径；103、计算数据中心网络负载均衡度，如果负载均衡度大于给定的阈值，返回步骤101；否则，进入步骤104；104、定位出负载最高的链路并检测该链路是否存在大流，如果检测不到大流，结束；否则，进入步骤105；105、选择满足带宽限定条件的大流进行调度，若该链路存在多条满足条件的大流，则优先调度更大的流，实现动态负载均衡调度。

【技术特征摘要】
1.一种基于链路实时负载的SDN动态负载均衡调度方法，其特征在于，包括以下步骤：101、控制器获取数据中心网络拓扑信息和状态信息；102、根据步骤101获取的网络拓扑信息和状态信息，控制器为网络中的路径设置一个权重，并以此作为路径的选择依据，从跳数最少的路径中选择权重最小的一条作为初始转发路径；103、计算数据中心网络负载均衡度，如果负载均衡度大于给定的阈值，返回步骤101；否则，进入步骤104；104、定位出负载最高的链路并检测该链路是否存在大流，如果检测不到大流，结束；否则，进入步骤105；105、选择满足带宽限定条件的大流进行调度，若该链路存在多条满足条件的大流，则优先调度更大的流，实现动态负载均衡调度。2.根据权利要求1所述的基于链路实时负载的SDN动态负载均衡调度方法，其特征在于，所述步骤101控制器获取数据中心网络拓扑信息是通过链路层发现协议LLDP协议获取并更新全局网络拓扑的，当检测到网络中存在失效链路或节点时，则将该链路或节点从拓扑视...

【专利技术属性】
技术研发人员：万晓榆，张丹，赵书宜，胡敏，樊自甫，王正强，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50