[發(fā)明專利]一種基于SDN的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的流量矩陣在線估計方法

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• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106850348A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬爭鳴;賴東亮;楊廣銘;尹遠(yuǎn)陽;孫嘉琪;黃卓君
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: H04L12/26
• 分類號: H04L12/26;H04L12/803;H04L12/24;H04L12/721
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于SDN網(wǎng)絡(luò)流量測量估計領(lǐng)域，具體涉及一種基于SDN的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(SDN-DCI)的流量矩陣在線估計方法。

背景技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)不斷超出預(yù)期的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)流量快速的增長。網(wǎng)絡(luò)管理人員為提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，需建立流量工程對網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行動態(tài)的分析預(yù)測和高效規(guī)劃。流量矩陣表示在網(wǎng)絡(luò)中所有源-目的(origin-destination OD)節(jié)點(diǎn)對間流動的流量，描述了全網(wǎng)流量的具體分布。流量矩陣作為流量工程的關(guān)鍵輸入信息，是網(wǎng)絡(luò)性能的一個重要參數(shù)，為合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)路由提供了重要的參考依據(jù)。由于流量矩陣的重要性，流量矩陣的測量與估計一直受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。

傳統(tǒng)流量矩陣測量的方法主要分為間接測量法和直接測量法。

間接反演估計法主要利用網(wǎng)絡(luò)中的一些附加信息來估計流量矩陣。在網(wǎng)絡(luò)中，鏈路負(fù)載是流量矩陣根據(jù)路由矩陣在鏈路上匯聚而成，它們之間具有Y＝AX的線性約束關(guān)系。其中鏈路負(fù)載Y可以利用SNMP協(xié)議得到，路由矩陣A可以通過收集內(nèi)部路由協(xié)議的配置信息得到。因此，可以利用反演的方法，從而估計出流量矩陣。由于在網(wǎng)絡(luò)中，OD流的數(shù)目一般遠(yuǎn)大于鏈路的數(shù)目，即路由矩陣是低秩的，這種方法并不能精確的估計出流量矩陣，尤其是無法對一些大流量的OD流做出好的估計，這會嚴(yán)重降低流量矩陣在實(shí)際工程中的作用。

直接測量法是通過對設(shè)備節(jié)點(diǎn)或鏈路進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以直接測量的方式來獲取流量矩陣。然而，對于連接數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)路而言，流的數(shù)目通常非常多，不可能直接測量出每個流的大小，這樣的測量開銷和時間花費(fèi)代價都很大，對于在線流量矩陣的估計測量來說并不現(xiàn)實(shí)。

近幾年，SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的提出為流量矩陣的測量帶來了便捷的方式?？刂破矫婧娃D(zhuǎn)發(fā)平面的分離使得集中式的控制平面具有全局的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，能夠動態(tài)的分配網(wǎng)絡(luò)資源和配置流表。通過對流表進(jìn)行合理的設(shè)計，能夠很方便的測量出具體指定OD流。但由于硬件資源的限制，流表項的條目有限，不可能對所有OD流進(jìn)行測量。對于在線流量矩陣的測量來說，如何在有限的硬件資源和滿足路由約束條件的情況下，將流表均衡的分配到各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，快速準(zhǔn)確的給出流量矩陣的估計值依然沒有一個很好的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的多種缺陷，提出一種基于SDN-DCI網(wǎng)絡(luò)的流量矩陣在線估計方法。該方法利用修正的廣義重力模型，快速地確定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的k條具有較大流量的OD流；通過SDN流表，在不改變原路由的條件下，均勻的下放相應(yīng)流表，從而測量出這k條具有較大流量的OD流，確保其估計精度并保證設(shè)備節(jié)點(diǎn)流表的負(fù)載均衡；然后通過SNMP協(xié)議的鏈路負(fù)載測量信息與估計值的相對誤差，定位出估計誤差較大的鏈路L；最后，定義OD流的誤差因子，在估計誤差較大的鏈路集合L中找出n條對估計誤差影響較大的OD流，并下放相應(yīng)的SDN流表測量其流值，從而最大程度的減小流量矩陣的估計誤差。本發(fā)明的具體內(nèi)容如下：

1、在大型網(wǎng)絡(luò)中，不同類型的流量有著不同的自身特點(diǎn)。對于SDN-DCI網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示，PE^D表示SDN-DCI網(wǎng)絡(luò)中連接數(shù)據(jù)中心(DC)的邊緣節(jié)點(diǎn)；PE^C則表示SDN-DCI網(wǎng)絡(luò)中連接骨干網(wǎng)的邊緣節(jié)點(diǎn)。將SDN-DCI網(wǎng)絡(luò)中的流量分為三種類型：由PE^D流入，PE^C流出的OD流流量；PE^C流入，PE^D流出的流量以及從PE^D流入，PE^D流出的流量。由于不同類型流量，自身的特點(diǎn)也有所不同。現(xiàn)有的重力模型并沒有根據(jù)不同種類的流量分別給出一個合理的流量系數(shù)。因此，本發(fā)明新增流量系數(shù)修正現(xiàn)有的重力模型。利用修正的廣義重力模型初步估計出流量矩陣X，找出估計結(jié)果中的前k條最大流。修正的廣義重力模型的表述如下：

從流入，流出的流量：

從流入，流出的流量：

從流入，流出的流量：

其中：

式中表示從節(jié)點(diǎn)流入SDN-DCI網(wǎng)絡(luò)的總流量，表示流入SDN-DCI網(wǎng)絡(luò)的總流量，表示從節(jié)點(diǎn)流出網(wǎng)絡(luò)的總流量。這里，分別增加了系數(shù)α_ij、β_ij、μ_ij來對重力模型進(jìn)行修正，但系數(shù)的初始值都定為1，與原來的重力模型相同。