[发明专利]基于SDN的移动自组织网络中QoS敏感的路由分配方法

权利要求书

1.一种基于SDN的移动自组织网络中QoS敏感的路由分配方法，用于实现基于SDN网络架构的移动自组织网络中每条流的最佳QoS路由分配，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤A.SDN控制器通过南向接口定期对每个链路的质量信息进行采样，并记录采样的链路质量信息w_t，r_t，d_t，构成链路质量样本集W_t，R_t，D_t，其中，w_t代表t时刻的吞吐量，r_t代表t时刻的丢包率，d_t代表t时刻的时延，W_t＝[w_t,w_t-1,…,w_t-Φ]，R_t＝[r_t,r_t-1,…,r_t-Φ]，D_t＝[d_t,d_t-1,…,d_t-Φ]，其中每个链路质量样本集内有Φ+1个样本；

步骤B.SDN控制器根据输入的链路质量样本集，对t+1时刻的链路质量w_t+1，r_t+1，d_t+1进行预测；

步骤C.SDN控制器计算每个流f_i的可行路径集P_i，其中链路质量作为权重；

步骤D.SDN控制器根据步骤B预测得到的链路质量信息制定路由优化问题，优化目标是使网络中的流f_i的QoS性能最大化；

步骤E.SDN控制器求解路由优化问题来计算每个流f_i的最佳路径，并将路由信息通过流表的模式下发给网络中的移动自组织节点；

步骤D中SDN控制器根据收集到的链路质量信息制定路由优化问题，其具体过程如下：

将基于SDN的MANET建模为连通的无向图G(V，E)，其中V是节点集，E是链路集，链路e_uv＝(u,v)∈E表示节点u和节点v之间的链路，所有节点通过无线链路连接，具有相同的通信优先级；链路e的链路质量信息是吞吐量w_e、丢包率r_e和链路时延d_e，网络中所有流的总吞吐量W、总丢包率R和总时延D分别用下式表示：

其中，x_ip表示流f_i是否选择可行路径p∈P_i，P_i为流f_i的可选路径集，F为流f_i的集合，表示链路e是否出现在流f_i的可行路径p中；则路由优化问题可由问题P1表示：

P1:max W

max D^-1

max R^-1

x_ip∈{0,1}

P1的优化目标是使网络中的流f_i的QoS性能最大化，其中，约束条件意味着必须从流f_i的可行路径集P_i中选择路径；通过求解问题P1，可得到最优的路由分配策略；

求解问题P1的具体过程如下：

将问题P1转化为：

P2:maxαW+εD^-1+γR^-1

x_ip∈{0,1}

问题P2将多目标优化转化为单目标优化，其中α、ε、γ为加权系数，α+ε+γ＝1；

步骤E中SDN控制器在路由计算模块内通过使用差分搜索算法求解路由优化问题，从而计算每个流f_i的最佳路径，具体过程如下：

将问题P2转化为如下形式：

λ₁＝1+αW+εD^-1+γR^-1

其中λ₁是约束因子，X_m是问题P2的解，X_m＝[x₁,x₂,…,x_ip,…,x_N]，N表示解的维数，N＝|P_i|×|F|，如果分配的路由满足问题P2中的约束，则：

F(X_m)＝max{αW+εD^-1+γR^-1}≥0

如果问题P2中的约束不满足，则：

此时F(X_m)≤-1，问题P2转化为无约束问题，SDN控制器根据F(X_m)的数值来判断得到的解是否为可行解，之后SDN控制器的路由计算模块使用差分搜索算法即可得到最佳QoS路由，并以流表的形式下发到移动自组织网络的节点内。

2.根据权利要求1所述一种基于SDN的移动自组织网络中QoS敏感的路由分配方法，其特征在于：步骤B中采用时间序列分析中的归一化最小二乘法，对t+1时刻的链路质量w_t+1，r_t+1，d_t+1进行预测的描述具体如下：

将链路质量样本集W_t，R_t，D_t，与滤波器系数向量a_t，b_t，c_t相乘，获得在t+1时刻预测的链路质量信息，即：

w_t+1＝a_tW_t

r_t+1＝b_tR_t

d_t+1＝c_tD_t

滤波器的设计准则表现为以下优化问题，

min||a_t+1-a_t||²+λ(w_t+1-a_t+1W_t)

||b_t+1-b_t||²+λ(r_t+1-b_t+1R_t)

||c_t+1-c_t||²+λ(d_t+1-c_t+1D_t)

其中λ为拉格朗日乘子，该滤波器可通过求解上述优化问题而获得。