利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2019104895761
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种SDN网络流量优势监控节点动态选择系统,其特征在于:包括控制平面和数据平面;所述数据平面包括网络资源模块,网络资源模块通过OpenFlow1.3协议将收集到的网络拓扑信息和更新的可用带宽和剩余带宽阈值以数据包的形式发送至控制平面;所述控制平面包括转发计算模块、节点更新模块和路径预测模块,转发计算模块依据数据平面发送的信息计算出最优转发路径集,并发送至节点更新模块;依据最优转发路径集,节点更新模块对节点流经频度进行计算,预筛选出优势监控节点集;根据节点更新模块提供的优势监控节点,路径预测模块利用监测到的真实转发路径集对未来周期内新的转发路径进行预测,并将预测结果发送至节点更新模块再次进行监控节点更新;

所述路径预测模块包括流量转发监测组件、转发路径管理组件和转发路径预测组件,流量转发监测组件将优势监控节点监控到的本周期内的真实转发路径集发送至转发路径管理组件,转发路径管理组件将现有的所有真实转发路径集作为历史转发路径集提供给转发路径预测组件,转发路径预测组件将预测出潜在转发路径集以数据包形式发送至节点更新模块中的节点流经频度计算组件,并最终由优势监控节点管理组件计算出用于下一周期流量监控的优势监控节点,形成一个闭环运行系统;

转发路径预测组件依据转发路径管理组件发送的历史转发路径集作为数据集,构建编码‑解码结构的网络模型Sequence‑to‑Sequence,将网络路径形式化为节点间相互映射的矩阵,拟合并推测路径中节点的合理顺序,其具体构建方法为:转发路径预测组件依据历史转发路径,利用网络模型Sequence‑to‑Sequence中的编码‑解码结构,通过学习、提取历史转发路径中的节点序列特征,找出满足历史转发路径特征的潜在转发路径,其详细内容如下:设源序列和目标序列分别用向量 表示,其中,

α和β分别表示其长度;Ds和Dt分别表示源序列和目标序列的数据集,数据集的元素数是k;θ,ω分别表示编码器的参数和解码器的权重,则编码‑解码结构中,编码器的表示形式为:其中, 是数据集Ds的k个元素之一;

对于解码器来说,其任务是根据源序列 的中间语义表示C和之前已经生成的历史信息,即历史周期内的转发路径集 来生成i时刻要生成的元素Ni,即预测的转发路径中的下一跳节点,此时解码器表示为:那么,结合式(3)(4),对于目标序列中输出的下一个网络节点y表示成:

其中,‑j表示在第j个元素出现之前的 的子序列,即

2.根据权利要求1所述的SDN网络流量优势监控节点动态选择系统,其特征在于:所述网络资源模块包括网络信息感知组件和带宽状态更新组件,网络信息感知组件将流量变化信息发送至带宽状态更新组件,然后网络信息感知组件和带宽状态更新组件分别将网络拓扑信息和可用带宽以及剩余带宽阈值信息发送至转发计算模块;

所述转发计算模块包括最短路径计算组件和转发路径计算组件,最短路径计算组件依据网络拓扑信息计算出源节点和目的节点间的前K条最短路径,并将结果发送至转发路径计算组件,转发路径计算组件根据前K条最短路径集和可用带宽以及剩余带宽阈值计算出最优转发路径集,并发送至节点更新模块;

所述节点更新模块包括节点流经频度计算组件和优势监控节点管理组件,节点流经频度计算组件在冷启动时依据最优转发路径集计算出使用频度最高的交换机节点作为高频度节点,或者在非冷启动时依据潜在转发路径集给出节点频度更新信息,之后发送给优势监控节点管理组件;优势监控节点管理组件在冷启动时依据高频度节点的流经频度大小预筛选出优势监控节点,优势监控节点管理组件在非冷启动时依据节点频度更新信息将轮询通信成本小于已被轮询流量的节点更新为优势监控节点,之后发送给路径预测模块。

3.一种如权利要求2所述的SDN网络流量优势监控节点动态选择系统的动态选择方法,其特征在于:依次包括以下步骤:(1)网络信息感知组件将底层物理网络拓扑信息和流量变化信息分别发送至最短路径计算组件和带宽状态更新组件;

(2)最短路径计算组件依据网络拓扑信息计算出前K条最短路径集并将结果发送至转发路径计算组件;

(3)带宽状态更新组件依据流量变化信息将可用带宽和剩余带宽阈值以数据包的形式发送至转发路径计算组件;

(4)转发路径计算组件结合步骤(2)和步骤(3)获得的信息计算出最优转发路径集并将结果发送至节点流经频度计算组件;

(5)节点流经频度计算组件通过计算筛选转发路径上的高频度节点,将结果发送至优势监控节点管理组件;

(6)优势监控节点管理组件依据节点频度初步筛选出优势监控节点,并发送给流量转发监测组件;

(7)流量转发监测组件将优势监控节点监测到的本周期的流量真实转发路径集发送至转发路径管理组件;

(8)转发路径预测组件依据转发路径管理组件提供的历史转发路径集预测出潜在转发路径集发送给节点流经频度计算组件;

(9)节点流经频度计算组件依据潜在转发路径集对节点频度进行更新,其结果以节点频度更新信息的形式提供给优势监控节点管理组件;

(10)优势监控节点管理组件依据节点频度更新信息对优势监控节点集进行更新,转步骤(7)进行下一周期的流量转发监测。

4.根据权利要求3所述的SDN网络流量优势监控节点动态选择系统的动态选择方法,其特征在于:所述步骤(1)中网络信息感知组件是SDN控制器通过链路发现协议LLDP搜集网络拓扑相关信息,并将网络拓扑相关信息存储在networkx中;

所述步骤(2)中采用Yen算法获得前K条最短路径集;

上述网络拓扑相关信息包括交换机之间端口与链路的映射关系、接入主机的信息和链路信息。

5.根据权利要求3所述的SDN网络流量优势监控节点动态选择系统的动态选择方法,其特征在于:所述步骤(3)中剩余带宽阈值由网络管理员根据实际网络规模和流量波动规律进行设置;所述可用带宽由SDN控制器采取被动测量方式计算得出,设链路的可用带宽容量为E,控制器以时间周期γ询问交换机端口计数器中t时刻的字节数N(t),则目前此链路的已用带宽B表示为:SDN控制器根据前K条最短路径集中每条路径中各个链路的可用带宽计算出整个路径的可用带宽,因此根据(1)计算出整个路径的可用带宽B′:B′=min(E‑B)∈K′(E‑B),K′∈K      (2)。

6.根据权利要求3所述的SDN网络流量优势监控节点动态选择系统的动态选择方法,其特征在于:所述步骤(4)中具体依次包括以下步骤:(4.1)SDN控制器整合基于跳数的前K条最短路径集和更新的网络链路可用带宽信息,选择前K条最短路径集中的最短路径作为首次转发路径,其他K‑1条作为备选路径;

(4.2)如果转发链路的可用带宽发生变化,即新的活动流进入时,比较该转发路径剩余的可用带宽与新流所需带宽大小,如果该转发路径剩余的可用带宽大于所需带宽,转步骤(4.3),否则执行步骤(4.4);

(4.3)如果新流共享带宽后此链路剩余带宽在剩余带宽阈值范围内,则转步骤(4.5),否则执行步骤(4.4);

(4.4)重新选择一条备选路径作为新流量的转发路径,并转(4.2);

(4.5)如果该路径为备选路径,控制器先下发新的流表项至该路径上的交换机,再将其遍历的交换机节点提交给节点流经频度计算组件;否则直接将结果提交给节点流经频度计算组件。

7.根据权利要求3所述的SDN网络流量优势监控节点动态选择系统的动态选择方法,其特征在于:所述步骤(5)中,节点流经频度计算组件通过SDN控制器计算每个流的转发路径所涉及到的节点的使用频度,选择出所有路径中使用频率最高的交换机节点,对于没有监控到的单个轮询交换机的流量,则选择实际监控成本最小的交换机节点,将这些节点以数组形式暂时存储并以高频度节点的结果形式发送至优势监控节点管理组件。

8.根据权利要求3所述的SDN网络流量优势监控节点动态选择系统的动态选择方法,其特征在于:所述步骤(9)中节点流经频度计算组件依据潜在转发路径集中所有路径遍历的交换机节点,选择出使用频率最高的交换机节点并以数组形式进行存储,且数组长度与步骤(5)中暂存储的数组长度相同,然后将该数组以节点频度更新的形式发送至优势监控节点管理组件。

9.根据权利要求3所述的SDN网络流量优势监控节点动态选择系统的动态选择方法,其特征在于:所述步骤(10)中优势监控节点管理组件依据节点频度更新信息对优势监控节点集进行更新,其详细内容如下:当有新的节点建立通信连接时,设产生新的活动流sj,遍历的交换机节点为v’,则轮询该交换机节点时产生的通信成本Cj为Cj=Dj(Lreq+Lreph+|sj|Lreply)      (6)

其中,Dj为交换机v’与控制器之间的距离,Lreq表示请求消息大小,Lreph表示回复消息头大小,Lreply表示回复消息大小;

当新的活动流sj遍历交换机v’,若该活动流未在监控节点覆盖范围内,根据式(6)计算轮询该活动流所产生的通信成本,若其通信成本小于已被轮询的流量,且该活动流只经过特定某个交换机,那么就在优势监控节点集合中将该节点更新,否则继续使用当前监控节点集进行活动流统计信息采集实现流量监控,再对该流量遍历的下一个交换机节点重复上述过程;最后将管理的结果以优势监控节点形式提交给流量转发监测组件。