基于天牛须搜索的SDN网络中多目标组播路由路径构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于天牛须搜索的SDN网络中多目标组播路由路径构建方法，包括步骤：用户主机通过交换机向控制器发送组播服务请求；控制器接收到用户请求之后，解析报文以获取用户主机地址与组播组地址；控制器根据全网视图信息及组播组成员信息，启动多目标组播路由算法模块，计算出满足QoS约束的组播路由路径集；由组播业务要求动态选择合适的路由路径，制定转发策略；控制器根据已制定转发策略向相关交换机下发流表；交换机添加流表项，并按已定规则进行数据转发。其中，采用多目标天牛搜索优化算法模块。本发明专利技术的SDN多目标组播路由机制不仅能提供满足QoS约束的路由路径，还可以为决策者提供多种高质量备选方案，灵活匹配不同的网络情景。

Multi-objective multicast routing path construction method in SDN network based on tianniu search

【技术实现步骤摘要】
基于天牛须搜索的SDN网络中多目标组播路由路径构建方法
本专利技术涉及网络通信
，特别是一种基于天牛须搜索的SDN(Software-DefinedNetworking，软件定义网络)网络中多目标组播路由路径构建方法。
技术介绍
随着网络技术的不断革新和高速宽带网络的快速发展，愈来愈多的网络业务出现在市场上，例如视频会议、网络游戏、数据分发、远程教学等，这些网络通信业务的要求不同于传统点对点之间的网络通信，要求数据接收方为一组目的节点。组播技术的出现正是为了解决这一问题，组播是指将数据信息从源节点以多路复用的方式，通过树形网络结构下发至一组目的节点。组播路由问题是在网络中寻找一棵满足QoS(QualityofService，服务质量)约束的包含所有组播组成员的组播路由树，该问题亦是网络提供组播服务的核心问题之一。Internet作为社会基础设施的重要组成成分，面对日趋成熟多媒体的业务和大流量网络数据的要求，其结构和功能已异常复杂，传统网络管控能力的已不能完美支撑目前的众多网络业务。SDN作为一种新型网络架构技术，将数据平面和控制平面解耦合，从而简化了网络管理。在控制平面，通过高度逻辑化和可编程的SDN控制器，掌握全局网路视图，方便管理配置网络和部署网络协议；在数据平面，SDN交换机用于提供简单的数据转发功能，可快速匹配各种不同的网络数据包；在这数据平面和控制平面之间通过统一的接口(OpenFlow协议等)进行数据交互。SDN的提出旨在解决传统网络中存在的问题和不足，例如业务部署效率低、业务适应能力差、服务质量保障弱等问题，因此，SDN中的组播路由也是一个亟待解决和完善的问题。在图论中，网络中的组播路由问题属于ST(SteinerTree，斯坦纳树)问题，已证明该问题是一个NP-hard(non-deterministicpolynomial，非确定性多项式)问题，而带QoS约束的组播路由问题属于NP-C(NP-Complete，NP完全)问题，即不能在多项式时间内求得最优解。该问题的研究多采用进化算法来解决这一问题，包括遗传算法、蚁群算法、粒子群优化等。在解决多目标问题上，一般地将优化目标以数学方式加权为单目标或将优化目标转换成约束条件来处理，这种方法的局限性在于不能求得问题的最优解，且提供的解决方案单一，这完全不能满足现实网络情景下的多业务要求。面对日益增长的网络通信服务需求，多目标优化的方法在解决SDN组播路由问题上具有可行性和有效性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于BAS(BeetleAntennaeSearch，天牛须搜索)算法的多目标组播路由优化方法，并将其运用于SDN组播路由问题当中。实现本专利技术目的的技术方案如下：基于天牛须搜索的SDN网络中多目标组播路由路径构建方法，包括步骤：用户主机通过交换机向控制器发送组播服务请求；控制器接收到用户请求之后，解析报文以获取用户主机地址与组播组地址；控制器根据全网视图信息及组播组成员信息，启动多目标组播路由算法模块，计算出满足QoS约束的组播路由路径集；由组播业务要求动态选择合适的路由路径，制定转发策略；控制器根据已制定转发策略向相关交换机下发流表；交换机添加流表项，并按已定规则进行数据转发；所述多目标组播路由算法模块采用多目标天牛搜索优化算法模块，具体步骤为：(1)输入原始拓扑结构G＝(V，E)，确定多目标组播路由问题模型，设定种群规模、最大进化代数、外部归档集合容量、初始移动步长、初始须间距等算法参数；(2)根据原始拓扑结构初始化种群，并对种群中个体进行适应度评估，将初始种群中的非支配解保存到外部档案集合中，设当前进化代数t＝1；(3)随机生成速度向量矩阵，然后根据当前须间距计算出种群中每个个体左右触角所在位置；(4)种群中个体根据左右触角所在位置和当前移动步长，对自身位置进行重定位；(5)种群适应度重评估，更新移动步长和须间距；(6)更新外部档案集合，保存新产生的非支配解；(7)判断是否满足终止条件，若满足，输出外部档案集合，算法运行结束，否则，t＝t+1，转至步骤(3)；所述外部档案集合即组播路由路径集。本专利技术的有益效果在于，SDN多目标组播路由机制不仅能提供满足QoS约束的路由路径，还可以为决策者提供多种高质量备选方案，灵活匹配不同的网络情景。其中，多目标天牛搜索优化算法，采用多天牛并行进化机制，避免陷入局部较优解；采用自适应移动步长方法，有效加速全局收敛能力。附图说明图1是本专利技术提出的多目标组播路由模块所在位置示意图。图2是本专利技术提出的一种基于天牛须算法的多目标组播路由优化方法流程图。图3是本专利技术提出的一种新型SDN多目标组播路由机制的流程图。图4是本专利技术与多目标粒子群算法在同一网络场景中独立运行10次得到的GD指标的统计箱线图。图5是本专利技术与多目标粒子群算法在同一网络场景中独立运行10次得到的IGD指标的统计箱线图。图6是本专利技术与多目标粒子群算法在同一网络场景中独立运行10次得到的HV指标的统计箱线图。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术作进一步详细说明。参照图2，MOBSO(Multi-objectiveBeetleSearchOptimization，多目标天牛搜索优化)的具体实现步骤如下：步骤一输入原始拓扑结构G＝(V，E)，确定多目标组播路由问题模型(包含源节点s、目的节点集合D和QoS约束条件)，设定种群规模、最大进化代数、外部归档集合容量、初始移动步长、初始须间距等算法参数。1.本实施例采用的拓扑结构表示为一个带权无向图G＝(V，E)，其中V表示网络中的节点集合，E表示网络中的链路集合，|V|和|E|分别为图中节点个数和链路条数。2.给定一个带权无向图G＝(V，E)，QoS约束组播路由问题可看作成一个组播任务S＝(M，Q，O，T)，其中M为组播组，Q为服务质量要求，O为优化目标函数，T为组播树。已知p(s，d)是源节点s到目的节点d的一条路径，其满足以下条件：Bandwidth(p(s，d))＝mine∈p(s，d)bandwidth(e)(1)Delay(p(s，d))＝∑e∈p(s，d)delay(e)(2)Loss(p(s，d))＝1-∏e∈p(s，d)(1-loss(e))(3)本实施例的问题模型定义如下：MinimizeF(x)＝(f1(x)，f2(x))(4)f1(x)＝ArgDelay(T)＝Delay(T)/ND(5)f2(x)＝ArgLoss(T)＝Loss(T)/ND(6)subjecttoBandwidth(T)≥B(7)其中，x∈X，X为决策空间，ND是目的节点集合大小，Delay(T)是组播树的时延(从源节点到每个目的节点路径的时延和)，Lo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于天牛须搜索的SDN网络中多目标组播路由路径构建方法，其特征在于，包括步骤：/n用户主机通过交换机向控制器发送组播服务请求；/n控制器接收到用户请求之后，解析报文以获取用户主机地址与组播组地址；/n控制器根据全网视图信息及组播组成员信息，启动多目标组播路由算法模块，计算出满足QoS约束的组播路由路径集；/n由组播业务要求动态选择合适的路由路径，制定转发策略；/n控制器根据已制定转发策略向相关交换机下发流表；/n交换机添加流表项，并按已定规则进行数据转发；/n所述多目标组播路由算法模块采用的算法为多目标天牛搜索优化算法，具体步骤为：/n(1)输入原始拓扑结构G＝(V,E)，确定多目标组播路由问题模型，设定种群规模、最大进化代数、外部归档集合容量、初始移动步长和初始须间距；其中V表示网络中的节点集合，E表示网络中的链路集合；/n(2)根据原始拓扑结构初始化种群，并对种群中个体进行适应度评估，将初始种群中的非支配解保存到外部档案集合中，设当前进化代数t＝1；/n(3)随机生成速度向量矩阵，然后根据当前须间距计算出种群中每个个体左右触角所在位置；/n(4)种群中个体根据左右触角所在位置和当前移动步长，对自身位置进行重定位；/n(5)种群适应度重评估，更新移动步长和须间距；/n(6)更新外部档案集合，保存新产生的非支配解；/n(7)判断是否满足终止条件，若满足，输出外部档案集合，算法运行结束，否则，t＝t+1,转至步骤(3)；所述终止条件为t等于最大进化代数；/n所述外部档案集合即组播路由路径集。/n...

【技术特征摘要】
1.基于天牛须搜索的SDN网络中多目标组播路由路径构建方法，其特征在于，包括步骤：
用户主机通过交换机向控制器发送组播服务请求；
控制器接收到用户请求之后，解析报文以获取用户主机地址与组播组地址；
控制器根据全网视图信息及组播组成员信息，启动多目标组播路由算法模块，计算出满足QoS约束的组播路由路径集；
由组播业务要求动态选择合适的路由路径，制定转发策略；
控制器根据已制定转发策略向相关交换机下发流表；
交换机添加流表项，并按已定规则进行数据转发；
所述多目标组播路由算法模块采用的算法为多目标天牛搜索优化算法，具体步骤为：
(1)输入原始拓扑结构G＝(V,E)，确定多目标组播路由问题模型，设定种群规模、最大进化代数、外部归档集合容...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢焕来，权文明，吴宗玲，张新有，戴朋林，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51