[发明专利]一种基于SDN的服务定制网络资源自适应分配方法

权利要求书

1.一种基于SDN的服务定制网络资源自适应分配方法，其特征在于：包括系统框架、资源分配问题模型、服务定制机制以及基于改进蚁群算法的资源分配机制；

所述系统框架的建立、资源分配问题模型的建立、服务定制的设计以及基于改进蚁群算法的资源分配机制设计步骤包括：

步骤1基于SDN的服务定制网络资源自适应分配技术设计的系统模型，包括网络测量、拓扑管理、资源请求以及资源分配模块；

步骤2对网络资源分配问题进行建模，包括网络模型、请求资源模型、服务定制模型以及资源分配模型；

步骤3对服务定制方法进行设计，包括获取用户需求、用户需求分析以及服务定制资源；

步骤4对传统的蚁群算法进行改进，设计出一种改进蚁群算法的资源分配方法；

所述步骤2的具体步骤包括：

步骤2.1将网络表示为一个有向连接图G＝(V，E)，由基础设备和链路组成，所有的顶点集合V＝H∪S由主机集合H＝{h₁，h₂，h₃，...h_n}和交换机集合S＝{s₁，s₂，s₃，...s_n}组成；

步骤2.2交换机节点模型为S＝{id，Tcap_i，Ptap_i，Ftap_i，linkset，level}，其中id表示交换机的唯一标识；每个交换机s_i∈S维护一个基于TCAM的流表FlowTab，FlowTab中可存储规则数目为Tcap_i，FlowTab由高级策略规则表Ptap_i＝{r_p1，r_p2，r_p3，...r_pm}和转发规则表Ftap_i＝{r_f1，r_f2，r_f3，...r_fm}组成，Ptap_i和Ftap_i分别表示策略规则表和转发规则表的大小；linkset表示该节点到下个节点的集合，level表示交换机在拓扑中的层次；为了避免交换机规则空间被100％全部利用，分别用式(1)和(2)表示分配高级策略规则空间和转发规则空间的大小，其中portion表示交换机流规则空间可以分配给高级策略空间的比例，THR_TCAM表示交换机规则空间的最大利用率；

Ftap_i＝Tcap_i×THR_TCAM×portion (1)

Fcap_i＝Tcap_i×THR_TCAM×(1-portion) (2)

步骤2.3用Flow表示数据流类，存储数据流的相关信息，每个数据流描述为Flow＝(F_id，Fip_s，Fip_d，Fport_s，Fport_d，F_rate，F_time，F_path，edgeset，T)；其中，F_id用以标识一个数据流，Fip_s和Fip_d分别代表它的源IP地址和目的IP地址，Fport_s和Fport_d分别代表它的源端口地址和目的端口地址，F_rate表示数据流的速率，F_time表示当前的时间戳，F_path表示数据流经过的一系列交换机节点的有序序列，edgeset表示边的集合，T表示更新时间间隔，T的取值与网络状态相关，网络正常情况下，其值为固定值，当网络中出现突发状况时，立即更新；

步骤2.4对延迟、抖动以及丢包率这三个因素进行归一化处理，使其化为量纲可比较的数据；

(1)延迟：对延迟进行归一化计算如式(3)所示：

Delay_i，j＝(delay_i，j-delay_min)/(delay_max-delay_min) (3)

其中，Delay_i，j表示节点i与节点j之间归一化后的延迟值，delay_i，j表示节点i与节点j之间的实际时延，在整个网络拓扑图中，delay_max和delay_min分别表示所有链路中延迟的最大值、最小值；

(2)抖动：对抖动进行归一化计算如式(4)所示：

Jitter_i，j＝(jitter_i，j-jitter_min)/(jitter_max-jitter_min) (4)

其中，Jitter_i，j表示节点i与节点j之间归一化后的抖动值，jitter_i，j表示节点i与节点j之间的实际抖动，在整个网络拓扑图中，jitter_max和jitter_min分别表示所有链路中抖动的最大值、最小值；

(3)丢包率：对丢包率进行归一化计算如式(5)所示：

LossRate_i，j＝(lossrate_i，j-lossrate_min)/(lossrate_max-lossrate_min) (5)

其中，LossRate_i，j表示节点i与节点j之间归一化后的丢包率值，lossrate_i，j表示节点i与节点j之间的实际丢包率，在整个网络拓扑图中，lossrate_max和lossrate_min分别表示所有链路中丢包率的最大值、最小值；

步骤2.5对用户请求资源进行建模，每一个用户需求可以用一个五元组表示U_id，U_des，U_bw，U_st，U_ft，U_id是该用户的唯一标识，U_des表示最终目的，U_bw表示带宽，U_st表示开始时间，U_ft表示结束时间；

步骤2.6当用户在特定时间段内需要网络资源时，用户将资源请求发送给控制器；每个定制服务可以使用相互独立的物理资源，网络中可以同时存在多个定制服务，然后把用户网络请求生成定制服务；对于任何r∈r_sd的路由可以定义为：

f_c(r)＝∑_(i，j)∈rc_ij (6)

f_d(r)＝∑_(i，j)∈rd_ij (7)

其中，r_sd表示路由，c_ij表示代价，d_ij代表时延，f_c(r)表示总代价，f_d(r)表示总时延，c_ij＝βg_ij+(1-β)p_ij，β值可变，p_ij表示丢包率，g_ij表示带宽利用率，代价c_ij最终表示为：

c_ij＝βg_ij+(1-β)p_ij (8)

步骤2.7资源分配流的建立过程包括：首先将第一个发送的数据包发送给控制器进行处理，同时控制器需要每隔2s查询网络链路状态信息，为了实现基于SDN的服务定制网络资源自适应分配方法，控制器需要进行流量监测以及收集网络资源状态信息数据。