[發明專利]一種基于SDN的蟻群優化負載均衡路由算法

有效

• 申請號: 201710358160.7
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107094115B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 樊自甫;張丹;楊先輝;萬曉榆;王正強
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L12/751
• 分類號: H04L12/751;H04L12/729;H04L12/803;H04L29/08
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

本發明請求保護一種基于SDN的蟻群優化負載均衡路由算法，包括：首先獲取SDN網絡中各鏈路狀態信息，建立一種負載均衡模型，在該負載均衡模型中，不僅對鏈路帶寬容量限制，同時還考慮到交換機流表容量的限制；然后，提出一種蟻群優化算法求解負載均衡模型，所提蟻群優化算法主要是根據概率公式選擇下一個節點并判斷是否為目的節點，結束一次循環時，對相應鏈路上的信息素更新規則進行更新設定，直至滿足迭代終止條件時，求解出當前最佳路徑集合并輸出。本發明不僅使網絡中的流量均勻地分布到各個鏈路上，同時也有效地避免了產生過多流表規則而引起交換機流表空間不足。

技術領域

本發明屬于SDN網絡中的負載均衡路由技術，提出了一種基于SDN的蟻群優化負載均衡路由算法。

背景技術

在SDN架構下，邏輯上集中的控制器可以獲取交換機和路徑的基本信息，根據運營商意圖和網絡的基本信息計算合適的數據流路徑，然后將相應的轉發規則下發到相應的交換機。SDN交換機中的轉發規則存儲在大小有限的三態內容可尋址存儲器(TernaryContent Addressable Memory，TCAM)中,其支持對通配符模式的快速并行查詢，它僅可以保存幾千個規則，因為它非常昂貴和耗電。限制流表大小的實際重要性已被ASCII工業認可。現有的商業OpenFlow交換機具有TCAM的大小僅可以存儲大約1500個OpenFlow轉發規則，因為他們比標準交換機轉發流條目更長。因此，SDN應用在大型網絡變得更具有挑戰性。為了避免擁塞，我們需要確保數據流傳輸路徑的帶寬滿足數據流需求。從交換機的角度看，流表的大小是另外一個約束。一旦達到交換機流表的限制，交換機將拒絕安裝更多轉發規則，這會導致網絡轉發錯誤。因此，帶寬利用和流表使用是密切相關的。選擇轉發分組路徑不僅需要考慮鏈路的負載均衡，還需考慮路徑上交換機中流表容量的限制。

Lan Y L等人在《2016International Symposium on Communication Systems,2013:25-28》上發表題為“Dynamic load-balanced path optimization in SDN-baseddata center networks”的文章。該文章提出了提出一種動態負載均衡路徑優化 (DLPO)算法。所提DLPO算法可以在流傳輸期間改變流的路徑，實現不同鏈路之間的負載均衡。此外，還提出基于優先級的流表更新策略，以確保在輕載路徑中相關聯的交換機的所有流表被成功更新時，擁塞路徑的數據流被成功重定向輕載路徑以避免由于流的路徑改變而引起的分組丟失。此方案僅考慮了鏈路的負載。

J.Li等人在《2014IEEE Networking IEEE/ACM Transactions on,2014:2787 -2805》上發表題為“Load Balancing in IP Networks Using Generalized Destination-Based Multipath Routing”的文章。該文章廣義目的地多路徑路由 (GDMR)實現路徑負載均衡，將數據流按照路徑的剩余帶寬實現一定比例的數據流分割實現網絡的負載分布均勻。此方案也可以在具有整個網絡的全局視圖的中央控制器中實現，而SDN是一個非常適合實時他們方案的平臺。但此方案只考慮了鏈路的負載。

Zhang H等人在《2014Conference on Computer Communications.IEEE, 2014:13-18.》上發表題為“On the effect of forwarding table size on SDN networkutilization”的文章。該文章提出了路徑度最大流算法(PDMF)。通過限制網絡中每個節點的最大路徑數來建模，目標是為了滿足鏈路有限帶寬容量以及節點路徑等級的同時最大限度地提高網絡中可行流的數目。此方案通過限定節點的最大路徑數以保證網絡中優先的流表不超出其容量，但是無法保證網絡中鏈路負載均衡從而難以避免網絡擁塞的產生。