[发明专利]一种在流表容量受限时的SDN网络流量优化方案

说明书

本发明属于网络数据流量领域，是一种在流表容量受限时的SDN网络流量优化方案。即在SDN网络中进行流量工程，应对在网络突发流较多时，容易造成网络拥塞的现状；并结合现实，考虑SDN路由器中的流表容量限制，对网络中的流量进行路由优化，实现负载均衡这一目标。主要通过三个阶段完成：不考虑流表容量约束且商品流可被任意分割情况下的SDN网络路由优化、不考虑流表容量约束且商品流不可被分割的网络流量优化、在以上研究基础上引进流表容量有限这一条件，重新调整网络流量路由路径，以使其满足以上各约束条件。

技术领域

本发明属于网络数据流量领域，具体涉及在SDN网络中进行流量工程，应对在网络突发 流较多时，容易造成网络拥塞的现状；并结合现实，考虑SDN路由器中的流表容量限制，对 网络中的流量进行路由优化，实现负载均衡这一目标。

背景技术

近十年来，随着信息网络时代的到来，云计算以及大数据这些网络发展的产物迅速兴起、 网络设备的增加，网络数据流量也是猛增。这对于传统网络来说是一个巨大的考验，随着网 络流增加，网络出现大量拥塞，需要优化网络资源，提高网络资源利用率。

目前网络流量工程的目标主要为网络的负载均衡，通过对网络中业务流路由路径的控制 是实现负载均衡的重要手段。当前传统IP网络的流量工程方法主要是基于多协议标记交换协 议和基于内部网关协议权重优化的流量工程方法(杨嬛，2013)。基于多协议标记交换协议 的流量工程通过在网络中源节点与目的节点之间建立标记交换路径(LabelSwitch Paths)来 确定各个业务的路由路径，可对业务进行多条路径的分流，路由更加灵活。该协议利用标记 较好的解决了转发平面的抽象，但是控制平面的复杂性给网络带来的影响削弱了其部署范围。 其次，由于其庞大的开销而受到了限制，该方法需要支持多协议标记交换协议的路由器，因 此涉及到网络设备的更新，开销过大。基于内部网关协议的方法根据链路权重选择最短路径， 通过调整链路权重而改变路由方向，当链路权重一定时，业务流的路由路径也被确定了，不 会再选择其他路径，而当网络中源节点到目的节点之间突发流较多时，容易造成网络拥塞。 所以这种方法仍然存在着严重的局限性。

SDN网络这种新型架构使得网络传输变得更简单可控，在SDN网络中网络元素的数据转 发行为由集中的控制器决定，SDN网络中转发层面的传输设备只保留了数据的转发功能，整 个网络体系的控制功能全权交给SDN控制器来实现，控制器能够搜集全网视图，动态地监测 网络情况变化，实现了控制转发的解耦工作。这种控制平面与数据平面的分离使得网络运营 商能够对数据包转发的实际方式进行精细的粒度控制，从而更好地利用其网络。出于这个原 因，SDN正在成为许多主干和数据中心网络流量工程解决方案的领先技术(王蒙蒙等，2016)。

发明内容

本发明是一个技术方案，将SDN网络与传统IP网络结合起来，解决在流表容量受限情 况下的网络流量问题。取代将网络中所有路由器更换成SDN路由器的情况，即全SDN网络， 而是将SDN路由器逐步地部署到现有的网络中去的一种技术方案。

本发明采用的研究方法：

在不考虑流表容量约束且商品流可被任意分割情况下的SDN网络路由优化和不考虑流表 容量约束且商品流不可被分割的网络流量优化的研究基础上引进流表容量有限这一条件，重 新调整网络流量路由路径，以使其满足以上各约束条件。

具体如下：

在稀疏部署SDN路由器的传统IP网络中的网络流量路由问题，以最小化最大链路利用率 为目标进行本课题研究，并且提出相应的线性规划模型，利用对偶规划模型，使用完全多项 式时间近似方案来解决网络路由优化问题。

根据优化后的网络路由路径，基于每条业务流只能按照一个路径路由的基础上，分别提 出一种基于随机算法的解决方案以及一种介于贪心原理的解决方案。