[發明專利]一種基于BP神經網絡的SDN鏈路分配方法

在審

• 申請號: 201910449213.5
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110198280A
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 陸以勤;方亞慧;覃健誠;程喆
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04L12/927
• 分類號: H04L12/927;H04L12/24;G06N3/08;G06N3/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裴磊磊

本發明公開了一種基于BP神經網絡的SDN鏈路分配方法，該方法可以動態地為交換機中每個測量任務分配相應的鏈路資源。包括以下步驟：在SDN控制器中構建BP神經網絡；QoS監控模塊收集每個任務的QoS值；神經網絡根據任務的重要性對其占用的鏈路資源進行動態調整；BP神經網絡的輸入為各個任務的QoS值，輸出為邏輯鏈路與任務權重的比值，當輸出小于均值時，增加該任務的邏輯鏈路；隨著訓練次數的增加，每一次的輸出都更接近期望均值。本發明解決了SDN中鏈路分配自適應性差導致服務質量下降的問題，提高了網絡的自適應性、服務質量和網絡資源利用率。

技術領域

本發明涉及軟件定義網絡中的鏈路分配技術領域，特別涉及一種基于BP(BackPropagation，反向傳播)神經網絡的軟件定義網絡邏輯鏈路分配方法。

背景技術

互聯網經過幾十年的迅猛發展，已經成為全球性的基礎設施。隨著互聯網規模的擴大以及用戶的劇增，其封閉和僵化的缺點日漸明顯。隨著物聯網、云計算等新興科技的發展，傳統的網絡架構已經無法滿足新業務的發展要求，傳統互聯網的架構嚴重阻礙了其發展，新業務和協議難以部署。為了解決這個問題，Nick McKeown教授團隊提出了一個新的網絡架構：軟件定義網絡(Software Defined Network，SDN)。在SDN架構中，網絡的控制平面和數據平面相互分離，實現了網絡可編程化。網絡可編程化能夠提高資源利用率，提高網絡的靈活性，加快服務部署時間。這樣，SDN可以使網絡從復雜變的簡單，滿足網絡用戶對易用性的需求，更加自動化和智能化。

SDN中的鏈路分配問題是其中一個重要的研究方向。虛擬網絡的分配主要是鏈路分配，在鏈路映射中，一條虛擬鏈路可被映射到一條或多條物理鏈路上。將鏈路分配給虛擬網絡存在著巨大的挑戰。很多鏈路資源分配算法都是靜態的，虛擬網絡的鏈路資源分配是建立在長期資源需求預測上的，在虛擬網絡的周期內，資源一旦分配便不會發生改變，這種分配方式缺乏自適應性，要么造成資源浪費，要么當前資源的規模不能滿足發展的需要，導致服務的滿意度降低。而動態資源分配算法既能滿足設備提供商的資源需求，也能提高物理資源的利用率。

現有的SDN資源分配技術主要包括：靜態資源分配算法和動態資源分配算法兩種。現有技術一：“二分步”映射算法是靜態資源分配算法的一種，指虛擬網絡映射中將節點和鏈路映射分離。先對虛擬節點優化映射，然后尋找優化的虛擬鏈路映射。主要根據優化目標采用貪婪的策略進行優化求解；這種算法的優點是簡化了資源分配的過程，但是節點和鏈路分離使得資源分配過程協調性差、速度慢、效率低，而且難以得到虛擬網絡分配的全局最優。現有技術二：一種沒有重映射的啟發式資源分配算法，也是靜態資源分配算法的一種，將最小化物理資源負載作為目標函數，采用啟發式算法進行虛擬化網絡資源分配；這種算法將大型網絡拓撲分成很多小的拓撲，對每個小拓撲進行資源映射，從而提升資源映射率，加快資源分配速率。但缺點是沒有考慮聯合映射，導致映射結果不準確。現有技術三：動態自適應虛擬架構，在該架構中，底層鏈路監測各虛擬網絡的流量狀況，根據其承載能力和擁塞情況，周期性地為虛擬網絡分配鏈路資源，每個虛擬網絡可以運行個性化的流量管理協議，來對虛擬網絡的服務性能進行優化；這種方法的優點是可以動態自適應的為虛擬網絡的資源分配進行調整，但缺點在于系統不夠穩定。現有技術四：自適應資源分配算法，在該算法中，物理節點是開放靈活的，能夠支持虛擬網絡的映射、配置和管理等，并且具有自由感知功能；該算法將虛擬鏈路映射到物理網絡中，滿足負載均衡自適應；資源分配算法提高了資源利用率，而且有良好的適應性與穩定性；但是算法過于冗余，運算量大，會影響網絡的正常運行。

綜上所述，現有的SDN鏈路分配方式要么速率慢、效率低，要么結果不準確，導致系統不穩定。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種基于BP神經網絡的軟件定義網絡鏈路分配方法，把BP神經網絡應用到SDN鏈路分配中去，解決了傳統鏈路資源分配方式的低效、慢速、不穩定等問題，利用神經網絡的自學習能力，使得SDN鏈路分配具有良好的自適應性，提高了網絡資源利用率。