[發(fā)明專利]一種基于區(qū)塊鏈的軟件定義內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器選擇方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011276492.9
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112769590B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 連陽陽;袁翰青;王少影;王靜;高麗芳;辰軍;呂鵬鵬;王智慧;方蓬勃;李啟蒙;文芳;路欣;肖帆;陳連棟;藺鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)河北省電力有限公司信息通信分公司;北京萬可信息技術(shù)有限公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: H04L67/1042
• 分類號: H04L67/1042;H04L67/1001;H04L45/76;H04L45/645;H04L9/40
• 代理公司: 北京華際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11676
• 代理人: 葉宇

1.一種基于區(qū)塊鏈的軟件定義內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器選擇方法，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其特征在于：基于現(xiàn)有SDN架構(gòu)，通過解析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包提取交換機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，從全局視角選擇最優(yōu)的內(nèi)容代理服務(wù)器，提出基于區(qū)塊鏈的軟件定義內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，防止控制器數(shù)據(jù)篡改、及非法控制器接入，自頂向下分為應(yīng)用層、控制層、數(shù)據(jù)層；

應(yīng)用層：包含不同的軟件定義內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；

控制層：由一個或多個基于軟件的SDN控制器組成，控制層內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)為SDN控制器充當(dāng)聯(lián)盟鏈節(jié)點，通過聯(lián)盟節(jié)點的聯(lián)結(jié)構(gòu)成聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)，保障網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的安全性，包括PacketParser、ViewBuilder、Verifier、Controlblock、Others五個模塊：

Packet?Parser包括：對交換機發(fā)送的數(shù)據(jù)包進行解析，其包括Packet?In、Flow?Mod、Stats?Reply、Features?Reply；

Packet?In為交換機向控制器請求流表的信令；

Flow?Mod為控制器處理請求后下發(fā)流表的信令；

Stats?Reply包含交換機的狀態(tài)信息；

Features?Reply為交換機的功能特性信息，包括路徑標(biāo)志path?id以及流表信息；

Packet?Parser對傳入控制器的數(shù)據(jù)包進行動態(tài)監(jiān)視和解析，提取重要元數(shù)據(jù)集；

View?Builder負責(zé)分析元數(shù)據(jù)集，提取交換機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和狀態(tài)信息，對網(wǎng)絡(luò)故障定位，合理優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)起重要作用；

Verifier從系統(tǒng)安全性方面考慮，為防止攻擊者通過修改數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)或注入額外的數(shù)據(jù)包破環(huán)系統(tǒng)安全性，要對節(jié)點的合法性進行驗證；

Control?block控制器生成的區(qū)塊結(jié)構(gòu)包括前一個區(qū)塊的hash值、默克爾樹的根節(jié)點、時間戳、區(qū)塊鏈簽名及網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)信息和行為信息；

Others包括負載均衡、信任評估、入侵檢測、安全策略功能，從可伸縮性考慮，控制器可動態(tài)擴展新的功能，靈活的提供擴展服務(wù)，滿足新的市場需求：

負載均衡模塊能夠?qū)⒘髁抠Y源進行均衡，充分利用網(wǎng)絡(luò)的鏈路資源，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸時延；

信任評估模塊根據(jù)控制器的動態(tài)和靜態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)進行信任評估，信任值一方面作為控制器安全策略選擇的依據(jù)，另一方面作為區(qū)塊鏈共識算法選擇主節(jié)點的依據(jù)；

入侵檢測模塊對網(wǎng)絡(luò)傳輸進行即時監(jiān)視，在發(fā)現(xiàn)可疑傳輸時發(fā)出警報或者采取主動反應(yīng)措施；

安全策略模塊通過區(qū)塊鏈的智能合約提前規(guī)定好合約內(nèi)容，當(dāng)入侵檢測觸發(fā)合約條件時，程序自動執(zhí)行合約內(nèi)容，有效的抵御和響應(yīng)攻擊；

通過南向接口監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)行為，提供控制功能，通過北向接口和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序以及服務(wù)器進行通信，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理和安全性，同時控制邏輯將應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)需求映射為網(wǎng)絡(luò)元素資源的指令，可獲得底層網(wǎng)絡(luò)的全局信息，包括網(wǎng)絡(luò)拓撲和狀態(tài)信息；

北向接口位于控制平面與應(yīng)用平面之間，上層的應(yīng)用程序通過北向接口獲取下層的網(wǎng)絡(luò)資源，并通過北向接口向下層網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)；

南向接口位于數(shù)據(jù)平面和控制平面之間，負責(zé)SDN控制器與網(wǎng)絡(luò)單元之間的數(shù)據(jù)交換和交互操作；

數(shù)據(jù)層：是底部平面，不具備控制邏輯，由路由器，物理/虛擬交換機，接入點網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。

2.基于權(quán)利要求1所述的一種基于區(qū)塊鏈的軟件定義內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器選擇方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：優(yōu)化用戶的平均響應(yīng)時間與用戶的帶寬滿意度轉(zhuǎn)換；

步驟二：優(yōu)化用戶平均響應(yīng)時間，平均響應(yīng)時間為用戶的往返時延，包括往返的鏈路時延和服務(wù)器的處理時延；

步驟三：通過改變權(quán)重值來分析算法的性能變化，根據(jù)實際的網(wǎng)絡(luò)需求通過調(diào)節(jié)權(quán)重值來平衡響應(yīng)時間和帶寬滿足度兩個優(yōu)化目標(biāo)所占權(quán)重：

其定義時延優(yōu)化函數(shù)J_a為：

其中，t為系統(tǒng)的初始時刻，k為系統(tǒng)的某當(dāng)前時刻，T為設(shè)置的反饋時間間隙；

然后考慮用戶的帶寬滿足度，網(wǎng)絡(luò)實際能提供的帶寬和用戶請求的帶寬大小的比值，所以鏈路l上的用戶帶寬滿足度偏移用B_l(t)表示，定義如下：

R為用戶請求的平均大小，[x]⁺表示當(dāng)x＞0時，值為x本身，當(dāng)x≤0時，值取0，因此，定義帶寬滿足度偏移的優(yōu)化函數(shù)J_b為：

最后考慮減少系統(tǒng)輸入P_l.s(t)的變化值以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，定義第三個優(yōu)化函數(shù)J_c為：

為了同時考慮三個優(yōu)化函數(shù)，定義聯(lián)合優(yōu)化函數(shù)為J_a+ω_bJ_b+ω_cJ_c，其中ω_b和ω_c分別為J_b和J_c相對于J_a的權(quán)重值，通過求解以下非線性規(guī)劃問題，可以計算得到t+1≤k≤t+T每個時隙內(nèi)的所有p_l,s(t)的值：

minJ_a+ω_bJ_b+ω_cJ_c

步驟一中，定義t時刻系統(tǒng)狀態(tài)為Z_t，N_t為t時刻系統(tǒng)中總的請求數(shù)，MPC的系統(tǒng)輸入為p_l,s(t)，CDN代理服務(wù)器集合S＝{1,2,...s,...}，路徑集合L＝{1,2,...,l,...}；

步驟二中，將服務(wù)器看成一個M/M/1排隊模型，服務(wù)器的處理時間表示為

υ_t表示t時刻內(nèi)請求到達的速率，υ_s為服務(wù)器的處理速度，p_s(t)為任務(wù)被代理服務(wù)器s處理的概率；

SDN網(wǎng)絡(luò)中，控制器能獲取網(wǎng)絡(luò)全局的狀態(tài)信息，包括鏈路時延，將控制器檢測到的鏈路時延用d_l表示，則用戶請求的平均往返時延為：

其中p_l,s(t)為任務(wù)經(jīng)過路徑l被代理服務(wù)器s處理的概率。