[發明專利]一種基于SDN架構的資源分配方法

有效

• 申請號: 201611092219.4
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106789179B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 鄧文平;王寶生;劉志宏;蘇金樹;陳曙暉;胡寧;酈蘇丹;彭偉;王宏;唐竹
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/46;H04L12/911;H04L12/927
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 趙洪

1.一種基于SDN架構的資源分配方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，構建基于三層管理節點的QoS管理架構：底層管理節點為路由器，負責路由信息的通告與上報，以及QoS隧道的維護；二層管理節點為N個自治域服務節點S-QoSN，每個自治域部署一個S-QoSN，負責本自治域的資源分配管理，N為自治域個數；頂層管理節點為總控服務節點M-QoSN，全網部署一個M-QoSN，M-QoSN與每個S-QoSN相連，負責跨自治域的資源分配管理，M-QoSN還與映射服務器相連；映射服務器是網絡中裝有映射數據庫的服務器，映射數據庫的內容為映射數據表，映射數據表的每個表項為<終端標識，與終端相連的接入路由器的ID號>；M-QoSN節點通過查詢映射數據庫獲得終端與該終端相連的接入路由器之間的映射關系；

M-QoSN節點是一臺服務器，其上安裝有QoS需求輸入模塊、資源預留管理模塊、域間QoS管理模塊、流標簽管理模塊；S-QoSN節點也是一臺服務器，其上安裝有域內QoS管理模塊；路由器上安裝有路由管理模塊、QoS隧道維護模塊；

QoS需求輸入模塊與資源預留管理模塊相連，負責接收用戶提出的QoS需求并將QoS需求通告給資源預留管理模塊，QoS需求包括源終端標識、目的終端標識、帶寬、跳數、協議類型、端口、通信行為的發生時間；

資源預留管理模塊與QoS需求輸入模塊、域間QoS管理模塊、流標簽管理模塊相連，該模塊接收QoS需求輸入模塊發送的QoS需求，并將QoS需求保存到QoS需求表中；該模塊根據QoS需求向域間QoS管理模塊發送傳輸路徑計算請求以及資源預留請求，并負責向流標簽管理模塊發送流標簽分配請求及流標簽釋放請求；資源預留管理模塊將從域間QoS管理模塊接收的QoS隧道的路徑計算結果以及資源預留結果保存到QoS隧道管理表中；資源預留管理模塊還從域間QoS管理模塊接收隧道路徑失效信息，若接收到隧道路徑失效信息，則資源預留管理模塊嘗試重新建立QoS隧道，并將QoS隧道建立成功消息發送給域間QoS管理模塊；

域間QoS管理模塊與資源預留管理模塊、域內QoS管理模塊相連，該模塊從資源預留管理模塊接收傳輸路徑計算請求，完成域間傳輸路徑的計算，再根據域間傳輸路徑的計算結果，向該域間傳輸路徑所經過自治域的域內QoS管理模塊發送域內傳輸路徑計算請求，同時將域間傳輸路徑的計算結果保存至域間傳輸路徑表中；域間QoS管理模塊從資源預留管理模塊接收資源預留請求和隧道建立成功消息，向域間傳輸路徑所經過自治域的域內QoS管理模塊發送域內資源預留請求、隧道建立成功消息；域間QoS管理模塊負責從域內QoS管理模塊收集域間鏈路狀態信息、域內路徑計算結果、域內資源預留結果和域內隧道路徑失效信息；域間QoS管理模塊維護域間鏈路狀態數據庫InterLSDB；

流標簽管理模塊與資源預留管理模塊相連，該模塊對全網的流標簽信息進行統一管理，負責接收資源預留管理模塊的分配流標簽請求及釋放流標簽請求，對流標簽進行分配及釋放，并將分配流標簽結果及釋放流標簽結果發送給資源預留管理模塊；流標簽管理模塊維護空閑流標簽表和已分配流標簽表，空閑流標簽表的元素為空閑的流標簽，已分配流標簽表的元素為已分配的流標簽；

域內QoS管理模塊與域間QoS管理模塊、路由管理模塊、QoS隧道維護模塊相連，該模塊從域間QoS管理模塊接收域內傳輸路徑計算請求，完成域內傳輸路徑的計算，并將域內路徑計算結果返回域間QoS管理模塊；域內QoS管理模塊從域間QoS管理模塊接收域內資源預留請求，根據域內傳輸路徑表的傳輸路徑信息，向該域內路徑所經過的路由器發送流標簽添加消息，并將域內資源預留結果反饋到域間QoS管理模塊；域內QoS管理模塊從域間QoS管理模塊接收域內資源釋放請求，根據域內路徑計算結果，向該域內路徑所經過的路由器發送流標簽刪除消息，并將域內資源釋放結果反饋到域間QoS管理模塊；同時，域內QoS管理模塊定期收集本自治域內路由器中QoS隧道維護模塊發送的QoS隧道鄰居不可達信息，當收到QoS隧道鄰居不可達信息，則向域間QoS管理模塊通告域內隧道路徑失效信息；域內QoS管理模塊維護域內鏈路狀態數據庫IntraLSDB；

QoS隧道維護模塊與域內QoS管理模塊相連，該模塊從域內QoS管理模塊接收流標簽添加請求或者流標簽刪除請求，確定流標簽的生存時間，對安裝在路由器的流標簽表進行管理；該模塊還將流標簽添加請求或者流標簽刪除請求操作結果反饋給域內QoS管理模塊；同時，QoS隧道維護模塊維護標簽轉發表；QoS隧道維護模塊對域間及域內傳輸路徑上的鄰居定期發送隧道維護報文，當QoS隧道維護模塊檢測到隧道鄰居不可達時，將QoS隧道鄰居不可達信息發送給域內QoS管理模塊；

路由管理模塊與域內QoS管理模塊相連，該模塊定期向域內QoS管理模塊發送域內鏈路狀態信息及域間鏈路狀態信息，內容均為相鄰路由器之間的帶寬信息；

第二步，各自治域S-QoSN上的的域內QoS管理模塊并行初始化域內鏈路狀態數據庫IntraLSDB，將域內鏈路狀態信息中路由器間的最大鏈路帶寬、可用鏈路帶寬和不可用鏈路帶寬信息及其相應路由器ID號填入IntraLSDB；

第三步，M-QoSN上的域間QoS管理模塊初始化域間鏈路狀態數據庫InterLSDB，將域間鏈路狀態信息中路由器間的最大鏈路帶寬、可用鏈路帶寬和不可用鏈路帶寬信息及其相應路由器ID號填入InterLSDB；

第四步，QoS需求輸入模塊接收網絡管理員輸入的QoS需求，并將QoS需求發送給資源預留管理模塊，資源預留管理模塊從QoS需求輸入模塊接收QoS需求消息，并將QoS需求保存到QoS需求表中；

第五步，資源預留管理模塊從QoS需求輸入模塊接收QoS需求，向域間QoS管理模塊發送傳輸路徑計算請求；

第六步，域間QoS管理模塊從資源預留管理模塊接收傳輸路徑計算請求，通過查詢映射服務器確定源終端和目的終端的接入路由器，若源終端和目的終端分屬不同自治域，則執行步驟6.1；若源終端和目的終端屬于相同自治域，則執行步驟6.2：

6.1 域間QoS管理模塊進行跨域傳輸路徑計算：

6.1.1 域間QoS管理模塊根據域間鏈路狀態數據庫InterLSDB，計算域間傳輸路徑，若具有多條等價路徑，轉步驟6.1.7；若正好計算結果只有一條域間傳輸路徑，轉6.1.2；若不能找到滿足條件的路徑，域間QoS管理模塊將傳輸路徑計算結果置為失敗，并發送給資源預留管理模塊，轉第6.3步；

6.1.2 域間QoS管理模塊根據域間傳輸路徑計算結果向該路徑所經過自治域的域內QoS管理模塊發送域內傳輸路徑計算請求，并將域間傳輸路徑保存到本地的域間傳輸路徑表中；

6.1.3 域內QoS管理模塊接收域間QoS管理模塊發送的域內傳輸路徑計算請求，根據域內鏈路狀態數據庫IntraLSDB，計算本自治域的傳輸路徑，若具有多條等價路徑，則將多條等價路徑發送給域間QoS管理模塊，轉步驟6.1.7；若正好計算結果只有一條域內傳輸路徑，轉6.1.4；若不能找到滿足條件的路徑，域內QoS管理模塊將域內傳輸路徑計算結果置為失敗，并發送給域間QoS管理模塊，并轉第6.1.6步；

6.1.4 域內QoS管理模塊將域內傳輸路徑保存到本地的域內傳輸路徑表中，并將域內傳輸路徑計算結果發送到域間QoS管理模塊；

6.1.5 域間QoS管理模塊接收從域內QoS管理模塊發送的域內傳輸路徑計算結果，將傳輸路徑計算結果發送給資源預留管理模塊；轉第6.3步；

6.1.6 域間QoS管理模塊將傳輸路徑計算結果置為失敗，并發送給資源預留管理模塊，轉到第6.3步；

6.1.7 域間QoS管理模塊按多條路徑仲裁方法進行對多條等價路徑進行仲裁；

6.1.8 若等價路徑為域間傳輸路徑，轉到步驟6.1.2；若等價路徑為域內傳輸路徑，則轉到6.1.4；

6.2 域間QoS管理模塊進行非跨域傳輸路徑計算：

6.2.1 域間QoS管理模塊向源終端和目的終端的接入路由器所在自治域的域內QoS管理模塊發送域內傳輸路徑計算請求；

6.2.2 域內QoS管理模塊接收域間QoS管理模塊發送的域內傳輸路徑計算請求，根據域內鏈路狀態數據庫IntraLSDB，計算本自治域的傳輸路徑，若具有多條等價路徑，則將多條等價路徑發送給域間QoS管理模塊，轉步驟6.2.6；若正好計算結果只有一條域內傳輸路徑，轉6.2.3；若不能找到滿足條件的路徑，則轉第6.2.5步；

6.2.3 域內QoS管理模塊將域內傳輸路徑計算結果保存到本地的域內傳輸路徑表中，并將計算結果發送到域間QoS管理模塊；

6.2.4 域間QoS管理模塊接收從域內QoS管理模塊發送的域內傳輸路徑計算結果，將傳輸路徑計算結果發生給資源預留管理模塊；轉第6.3步；

6.2.5 域間QoS管理模塊將傳輸路徑計算結果置為失敗，并發送給資源預留管理模塊；轉到第6.3步；

6.2.6 域間QoS管理模塊按多條路徑仲裁方法對多條等價路徑進行仲裁，仲裁得到的路徑為域內傳輸路徑計算結果，轉到6.2.3；

6.3 資源預留管理模塊從域間QoS管理模塊接收傳輸路徑計算結果，如果傳輸路徑計算結果為成功，則將QoS隧道管理表的傳輸路徑計算狀態置為成功，轉第七步；如果傳輸路徑計算結果為失敗，則將QoS隧道管理表的傳輸路徑計算狀態置為失敗，轉第四步；

第七步，資源預留管理模塊請求流標簽分配，流標簽管理模塊對流標簽進行分配，方法是：

7.1 資源預留管理模塊向流標簽管理模塊發送流標簽分配請求，請求全網唯一的流標簽；

7.2 流標簽管理模塊接收資源預留模塊的流標簽分配請求，判斷空閑流標簽表是否為空，若不為空，則從空閑流標簽表中取出一個流標簽，并插入到已分配流標簽表中，同時將該流標簽分配結果返回給資源預留管理模塊；如果空閑流標簽表為空，則向給資源預留管理模塊發送流標簽分配失敗消息；

7.3 資源預留管理模塊從流標簽管理模塊接收流標簽分配結果，若流標簽分配成功，則轉第八步；若流標簽分配失敗，則轉第四步；

第八步，資源預留管理模塊將流標簽分配狀態保存到QoS隧道管理表中，然后對網絡資源進行分配，方法是：

8.1 資源預留模塊向域間QoS管理模塊發送資源預留請求；

8.2 域間QoS管理模塊從資源預留管理模塊接收資源預留請求，根據資源預留請求查詢域間傳輸路徑表，以獲得該隧道的域間傳輸路徑，然后向所經過所有自治域的域內QoS管理模塊發送資源預留請求；

8.3 域內QoS管理模塊從域間QoS管理模塊接收資源預留請求，根據資源預留請求查詢域內傳輸路徑表，以獲得域內傳輸路徑包含的路由器，然后向該路徑包含的路由器發送流標簽添加請求；

8.4 路由器的QoS隧道維護模塊從域內QoS管理模塊接收流標簽添加請求，提取流標簽添加請求中的流標簽、建立時間、生存時間、帶寬，并將這些信息保存到路由器流標簽表中，同時，將流標簽、轉發接口添加到路由器的標簽轉發表中，并將操作結果返回給域內QoS管理模塊；

8.5 域內QoS管理模塊從路由器的QoS隧道維護模塊接收返回結果，若路徑包含的所有路由器的返回結果均為成功，則表明域內資源預留成功，將域內資源預留結果置為成功并發送給域間QoS管理模塊；若存在一個路由器的返回結果為失敗，則表明域內資源預留失敗，將域內資源預留結果置為失敗并發送給域間QoS管理模塊；

8.6 域間QoS管理模塊從域內QoS管理模塊接收域內資源預留結果，若路徑包含的所有自治域的域內資源預留結果為成功，則表明資源預留成功，將資源預留結果置為成功并發送給資源預留管理模塊；若存在一個自治域的域內資源預留結果為失敗，則表明資源預留失敗，將資源預留結果置為失敗并發送給資源預留管理模塊；

8.7 資源預留模塊接收域間QoS管理模塊的資源預留結果，將資源預留結果保存到QoS隧道管理表中，如果資源預留結果為成功，則轉第九步；如果結果為失敗，則等待t秒，t為正整數，然后返回第四步，嘗試重新建立QoS隧道；

第九步，資源預留管理模塊逐級下發QoS隧道建立成功通知，方法是：

9.1 資源預留模塊發送隧道建立成功的通知到域間QoS管理模塊；

9.2 域間QoS管理模塊從資源預留管理模塊接收隧道建立成功的通知，并在本地的傳輸路徑表中將該條傳輸路徑置為建立成功，然后向域內QoS管理模塊下發隧道建立成功的通知；

9.3 域內QoS管理模塊接收域間QoS管理模塊發送的隧道建立成功的通知，將本地域內傳輸路徑表中該條傳輸路徑置為建立成功。