本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及流量調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于SDN的流量調(diào)度系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，用戶對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求迅速增長，通信網(wǎng)絡(luò)運營商需要定期對骨干網(wǎng)進行擴容以滿足業(yè)務(wù)需求。但是由于不同區(qū)域和不同時段對網(wǎng)絡(luò)需求的不均衡，會導(dǎo)致業(yè)務(wù)流量存在波動性和突發(fā)性。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)路由選擇機制中，其路由選擇策略一般只是基于目的IP地址和最短路徑進行的，忽略了網(wǎng)絡(luò)鏈路可用容量的動態(tài)變化，從而導(dǎo)致有些鏈路在某些時段會出現(xiàn)擁塞，用戶體驗下降，而有些鏈路在某些時段非常空閑，存在帶寬資源浪費現(xiàn)象。

在網(wǎng)絡(luò)鏈路發(fā)生擁塞或故障時，如何快速有效地進行流量調(diào)度，使得整個網(wǎng)絡(luò)鏈路的流量負(fù)載盡可能的均衡，這是通信網(wǎng)絡(luò)運營商迫切需要解決的問題。

現(xiàn)有的流量調(diào)度方法是分布式的調(diào)度方法，即由每臺網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備(路由器)收集它周邊的網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)信息，作為最優(yōu)路徑計算的約束條件，然后選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。由于分布式架構(gòu)下的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備將控制邏輯和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)集中于一體，這種分布式的流量調(diào)度方法無法實現(xiàn)實時的全局路由和流量均衡調(diào)度，從而無法避免鏈路的局部擁堵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)不僅避免了鏈路的局部擁堵、而且還能均衡全網(wǎng)鏈路的流量分布的基于SDN的流量調(diào)度系統(tǒng)及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有如下構(gòu)成：

該基于SDN的流量調(diào)度系統(tǒng)，其主要特點是，所述的系統(tǒng)包括

路由采集模塊，用以采集各個路由設(shè)備的路由信息；

流量采集模塊，用以采集各個路由設(shè)備的流量信息；

數(shù)據(jù)庫，用以存儲采集到的各個路由設(shè)備的路由信息和流量信息；

配置管理模塊，用以由用戶配置網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)；

鏈路狀態(tài)分析模塊，用以根據(jù)路由信息、流量信息和用戶配置的網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)分析全網(wǎng)各鏈路的健康狀況；

流量調(diào)度模塊，用以根據(jù)鏈路狀態(tài)分析模塊的分析結(jié)果進行流量調(diào)度。

較佳地，所述的系統(tǒng)還包括：

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜土髁糠植颊故灸K，用以將采集的路由信息和流量信息分析后由圖形界面顯示；

所述的配置管理模塊通過所述的圖形界面由用戶手工配置網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)。

較佳地，所述的系統(tǒng)還包括最優(yōu)路徑計算模塊，所述的鏈路狀態(tài)分析模塊將各個鏈路的健康狀況轉(zhuǎn)化為鏈路的metric系數(shù)，所述的最優(yōu)路徑計算模塊對故障或擁塞鏈路根據(jù)實時更新的各個鏈路的metric系數(shù)重新選擇最優(yōu)路徑。

更佳地，所述的流量調(diào)度模塊根據(jù)鏈路分析模塊的分析結(jié)果和最優(yōu)路徑計算模塊計算的最優(yōu)路徑進行流量調(diào)度。

本發(fā)明還涉及一種基于SDN的流量調(diào)度方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟：

(1)配置管理模塊獲取由用戶配置的網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)；

(2)啟動路由采集、流量采集進程；

(3)鏈路狀態(tài)分析模塊進行鏈路分析；

(4)判斷是否存在擁塞的鏈路，如果是，則繼續(xù)步驟(5)，否則繼續(xù)步驟(3)；

(5)流量調(diào)度模塊將擁塞鏈路的流量調(diào)度到空閑線路。

較佳地，所述的網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)為各個網(wǎng)絡(luò)鏈路的最大帶寬利用率或網(wǎng)絡(luò)鏈路的剩余可用帶寬。

較佳地，所述的步驟(2)包括以下步驟：

(2-1)路由采集模塊通過SNMP、OSPF、BGP和IGP路由協(xié)議，收集各個路由設(shè)備的路由信息；

(2-2)流量采集模塊收集各個路由設(shè)備的流量信息。

較佳地，所述的系統(tǒng)還包括最優(yōu)路徑計算模塊，所述的步驟(5)，包括以下步驟：

(5-1)從擁塞鏈路中按照預(yù)設(shè)的優(yōu)化次序選出一路數(shù)據(jù)流；

(5-2)鏈路狀態(tài)分析模塊計算網(wǎng)絡(luò)鏈路metric系數(shù)；

(5-3)最優(yōu)路徑計算模塊根據(jù)選出的一路數(shù)據(jù)流和網(wǎng)絡(luò)鏈路metric系數(shù)，選用最優(yōu)路徑算法，計算一條經(jīng)過該鏈路的兩個端點的最優(yōu)路徑；

(5-4)判斷該最優(yōu)路徑是否滿足用戶配置的網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)，如果是，則繼續(xù)步驟(3)，否則繼續(xù)步驟(5-1)。

更佳地，所述的最優(yōu)路徑算法為Dijkstra算法或Floyd算法。

采用了該發(fā)明中的基于SDN的流量調(diào)度系統(tǒng)及方法，基于SDN原理，將網(wǎng)絡(luò)控制面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面分離開來，將流量調(diào)度功能放在業(yè)務(wù)應(yīng)用層實現(xiàn)，具有如下優(yōu)點：

1)區(qū)別于分布式架構(gòu)下的系統(tǒng)，基于SDN的流量調(diào)度方法及系統(tǒng)能全局感知鏈路擁塞或鏈路故障；

2)實時更新的網(wǎng)絡(luò)鏈路健康狀況能轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)鏈路metric系數(shù)，這樣使最優(yōu)路徑的選擇更為精準(zhǔn)；

3)一旦存在網(wǎng)絡(luò)鏈路擁堵時，通過啟動本發(fā)明提供的基于SDN的流量調(diào)度方法及系統(tǒng)，能快速有效消除鏈路擁堵，而且通過合理配置鏈路最大帶寬利用率，可以達(dá)到全網(wǎng)流量負(fù)載均衡。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于SDN的流量調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的基于SDN的流量調(diào)度方法的流程圖。

圖3為本發(fā)明的流量調(diào)度的流程圖。

圖4為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞氖纠龍D。

具體實施方式

為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實施例來進行進一步的描述。

本發(fā)明提供一種基于SDN的流量調(diào)度方法及系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中基于路由協(xié)議(BGP、OSPF、ISIS、SNMP等)交互實現(xiàn)全網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和鏈路cost等信息的獲取，實時采集全網(wǎng)各個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的流量信息，通過分析計算能實時感知全網(wǎng)鏈路流量狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)某個鏈路的流量超出限制，則根據(jù)實時更新的鏈路約束條件，通過最優(yōu)路徑算法將超限鏈路的流量調(diào)度到其它負(fù)載較輕的鏈路。這樣通過合理配置鏈路允許的最大帶寬占有率，經(jīng)過此流量調(diào)度系統(tǒng)的運行后，不僅避免了鏈路的局部擁堵，而且還能均衡全網(wǎng)鏈路的流量分布。

本發(fā)明基于SDN原理，將網(wǎng)絡(luò)控制面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面分離開來，將流量調(diào)度功能放在業(yè)務(wù)應(yīng)用層實現(xiàn)，基于SDN的流量調(diào)度方法及系統(tǒng)能全局感知鏈路擁塞或鏈路故障，根據(jù)實時更新的鏈路狀態(tài)將擁塞或故障鏈路流量動態(tài)調(diào)度到負(fù)載較輕的鏈路，從而達(dá)到全局網(wǎng)絡(luò)流量的負(fù)載均衡。

如圖1所示為基于SDN的流量調(diào)度系統(tǒng)組成圖。它主要包括流量調(diào)度系統(tǒng)、SDN控制器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。流量調(diào)度系統(tǒng)通過SDN北向接口與SDN控制器實現(xiàn)交互，SDN控制器通過SDN南向接口實現(xiàn)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的交互。

圖1中101模塊為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜土髁糠植颊故灸K，全網(wǎng)實時采集的路由信息和流量信息通過分析計算后由圖形界面顯示出來。

圖1中102模塊為配置管理模塊，通過圖形界面由用戶手工配置網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)，如配置鏈路的最大帶寬利用率。

圖1中103模塊為數(shù)據(jù)庫模塊，實現(xiàn)對全網(wǎng)路由信息和流量信息的存儲，可以為圖形界面管理模塊提供歷史數(shù)據(jù)。

圖1中104模塊為鏈路狀態(tài)分析模塊，根據(jù)實時采集的全網(wǎng)路由信息、流量信息和用戶配置信息分析全網(wǎng)各鏈路的健康狀況，將各鏈路的健康狀況轉(zhuǎn)化為鏈路的metric系數(shù)。

圖1中105模塊為最優(yōu)路徑計算模塊，對故障或擁塞鏈路根據(jù)實時更新的各鏈路metric系數(shù)重新選擇最優(yōu)路徑。

圖1中106模塊為路由采集模塊，通過SNMP、OSPF、BGP、IGP路由協(xié)議，收集各路由設(shè)備的鄰居狀態(tài)、路由信息、鏈路cost等信息，從而確定全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并將采集的?shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫。

圖1中107模塊為流量采集模塊，通過NetFlow、sFlow、NetStream協(xié)議實時采集各路由設(shè)備的流量狀況，并將采集的數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫。

圖1中108模塊為流量調(diào)度模塊，是本系統(tǒng)的核心模塊。流量調(diào)度的方法如下：

1)從鏈路狀態(tài)分析模塊中，對流量負(fù)載超出限制的鏈路，按照一定的優(yōu)化次序，取出一路數(shù)據(jù)流，這里的優(yōu)化次序可以根據(jù)此路數(shù)據(jù)流占比帶寬的大小、此路數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級等因素綜合排序；

2)將流量負(fù)載超限鏈路標(biāo)記為不可用，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中實時更新的各鏈路的metric系數(shù)，通過最優(yōu)路徑計算模塊重新選擇一條經(jīng)過此超限鏈路的兩個節(jié)點的最優(yōu)路徑；

3)如果沒有可選路徑，則按照一定的優(yōu)化次序取出該超限鏈路中的另外一路數(shù)據(jù)流，重復(fù)2)；否則進入4)；

4)再重新計算全網(wǎng)各鏈路的負(fù)載情況，重復(fù)1)直到各鏈路負(fù)載均未超出用戶配置的限制，否則一直重復(fù)這樣的迭代過程。

圖1中109模塊為SDN控制器模塊，指各通信廠商提供的SDN控制器，基于SDN的流量調(diào)度系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)的北向接口與SDN控制器進行交互。

圖1中110模塊為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，它通過標(biāo)準(zhǔn)的南向接口與SDN控制器進行交互。

下面結(jié)合一個具體實例來詳細(xì)描述一下基于SDN的流量調(diào)度方法及系統(tǒng)的實施過程。

如圖2所示為系統(tǒng)運行流程圖。其詳細(xì)實現(xiàn)步驟如下：

步驟201：首先通過用戶界面實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)鏈路的最大帶寬利用率進行配置(如80％)，或者對網(wǎng)絡(luò)鏈路的剩余可用帶寬進行配置(如50Mbps)。

步驟202：啟動路由采集、流量采集進程。通過SNMP、OSPF、BGP、IGP路由協(xié)議，收集各路由設(shè)備的鄰居狀態(tài)、路由信息、鏈路cost等信息，從而確定全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并將采集的?shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫。通過NetFlow、sFlow、NetStream協(xié)議實時采集各路由設(shè)備的流量狀況，并將采集的數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫

步驟203：鏈路狀態(tài)分析。通過步驟202中采集的路由信息，分析網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的鏈接狀況，從而構(gòu)造出全網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。通過步驟202中采集的路由節(jié)點流量信息，分析統(tǒng)計各鏈路的流量與鏈路帶寬占比情況。

步驟204：對全網(wǎng)各鏈路帶寬占有率進行分析，如果鏈路帶寬占有率大于用戶設(shè)置的最大帶寬利用率，則判斷該鏈路擁塞，進入步驟205對該鏈路流量進行調(diào)度。如果沒有鏈路擁塞，則回到步驟203進行周期性地鏈路狀態(tài)分析。

步驟205：將擁塞鏈路的流量調(diào)度到其它空閑鏈路。調(diào)度完成后回到步驟203進行周期性地鏈路狀態(tài)分析。流量調(diào)度是本發(fā)明的核心部分，下面具體描述流量調(diào)度的詳細(xì)流程。

如圖3所示為實現(xiàn)流量調(diào)度的流程圖。其詳細(xì)實現(xiàn)步驟如下：

步驟301：從擁塞鏈路中按照一定的優(yōu)化次序選出一路數(shù)據(jù)流。這里的優(yōu)化次序可以根據(jù)此路數(shù)據(jù)流占比帶寬的大小、此路數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級等因素綜合排序。例如可以優(yōu)先選出優(yōu)先級最低的數(shù)據(jù)流，在優(yōu)先級相同的情況下，優(yōu)先選出數(shù)據(jù)流占比帶寬最大的數(shù)據(jù)流作為最優(yōu)需要調(diào)出的一路數(shù)據(jù)流。

步驟302：更新網(wǎng)絡(luò)鏈路metric系數(shù)。即根據(jù)最新采集的路由信息、鏈路cost信息、鏈路帶寬占有率等信息，綜合計算網(wǎng)絡(luò)各鏈路的metric系數(shù)，作為最優(yōu)路徑計算的輸入條件。例如可以取metric＝100×C/(1－R)，其中C為鏈路成本cost的歸一化系數(shù)，R為鏈路帶寬利用率。

步驟303：針對步驟301中選出的一路數(shù)據(jù)流，根據(jù)步驟302中更新的鏈路metric系數(shù)，選用最優(yōu)路徑算法(如Dijkstra算法或Floyd算法)，重新計算一條經(jīng)過該鏈路的兩個端點的最優(yōu)路徑。

步驟304：如果滿足用戶配置的鏈路帶寬最大利用率的約束條件下，通過步驟303可以選出經(jīng)過擁塞鏈路兩個端點的備份路徑，則對此路數(shù)據(jù)流的調(diào)度成功，調(diào)度完成后更新全網(wǎng)各鏈路的流量分布狀態(tài)。否則回到步驟301進行迭代。

下面再結(jié)合一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫纠齺磉M一步說明基于SDN的流量調(diào)度方法及系統(tǒng)：

如圖4所示為一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫纠龍D。在圖4中，R1、R2、R3、R4、R5為五個路由節(jié)點。通過網(wǎng)絡(luò)路由信息采集后，獲得網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的鏈接關(guān)系和各鏈路的帶寬信息如圖4所示。R1R2鏈路帶寬為5G，R1R3鏈路帶寬為10G，R3R2鏈路帶寬為10G，R1R4鏈路帶寬為5G，R4R5鏈路帶寬為5G，R5R2鏈路帶寬為5G。

對各節(jié)點的流量進行采集，再綜合分析統(tǒng)計后，獲得各鏈路的帶寬利用率，其中R1R2鏈路帶寬利用率為85％，R1R3鏈路帶寬利用率為10％，R3R2鏈路帶寬利用率為62％，R1R4鏈路帶寬利用率為70％，R4R5鏈路帶寬利用率為70％，R5R2鏈路帶寬利用率為70％.如果用戶配置的鏈路帶寬最大利用率為80％，則可以判斷出鏈路R1R2處于擁塞狀態(tài)。

對R1和R2節(jié)點進行路由流量采集分析，從R1流向R2的數(shù)據(jù)流包含有5路數(shù)據(jù)流，分別是數(shù)據(jù)流S1，數(shù)據(jù)速率為2Gbps，帶寬占用40％，數(shù)據(jù)流S2，數(shù)據(jù)速率為1.5Gbps，帶寬占用30％，數(shù)據(jù)流S3，數(shù)據(jù)速率為0.5Gbps，帶寬占用10％，數(shù)據(jù)流S4，數(shù)據(jù)速率為0.25Gbps，帶寬占用5％.

假定數(shù)據(jù)流S1、S2、S3、S4的優(yōu)先級一樣，則根據(jù)步驟301選出占比帶寬最大的數(shù)據(jù)流S1作為優(yōu)先調(diào)度出的數(shù)據(jù)流。

通過最優(yōu)路徑算法(如Dijkstra算法或Floyd算法)計算從R1到R2的最優(yōu)路徑，如將鏈路帶寬占有率換算為鏈路的metric系數(shù)，則在本示例中計算出的最優(yōu)路徑為R1->R3->R2。但由于此時鏈路R3R2的帶寬利用率已經(jīng)達(dá)到82％，超出了用戶配置的最大帶寬利用率80％的限制條件，因此對S1數(shù)據(jù)流的調(diào)度是不成功的。

接下去回到步驟301，選擇占比帶寬第二的數(shù)據(jù)流S2作為調(diào)度出鏈路R1R2的數(shù)據(jù)流。同樣經(jīng)過最優(yōu)路徑計算選擇R1->R3->R2作為調(diào)入路徑，此時R1R2鏈路的帶寬利用率為55％，R1R3鏈路的帶寬利用率為25％，R3R2鏈路的帶寬利用率為77％，R1R4鏈路的帶寬利用率為70％，R4R5鏈路的帶寬利用率為70％，R5R2鏈路的帶寬利用率為70％，都能滿足用戶配置的最大帶寬利用率80％的限制條件。因此將S2數(shù)據(jù)流從鏈路R1R2調(diào)度到R1->R3->R2路徑的調(diào)度是成功的，達(dá)到了全網(wǎng)鏈路的流量負(fù)載均衡。

采用了該發(fā)明中的基于SDN的流量調(diào)度系統(tǒng)及方法，基于SDN原理，將網(wǎng)絡(luò)控制面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面分離開來，將流量調(diào)度功能放在業(yè)務(wù)應(yīng)用層實現(xiàn)，具有如下優(yōu)點：

1)區(qū)別于分布式架構(gòu)下的系統(tǒng)，基于SDN的流量調(diào)度方法及系統(tǒng)能全局感知鏈路擁塞或鏈路故障；

2)實時更新的網(wǎng)絡(luò)鏈路健康狀況能轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)鏈路metric系數(shù)，這樣使最優(yōu)路徑的選擇更為精準(zhǔn)；

3)一旦存在網(wǎng)絡(luò)鏈路擁堵時，通過啟動本發(fā)明提供的基于SDN的流量調(diào)度方法及系統(tǒng)，能快速有效消除鏈路擁堵，而且通過合理配置鏈路最大帶寬利用率，可以達(dá)到全網(wǎng)流量負(fù)載均衡。

在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。