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专利号: 2016108102638
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于SDN架构的数据中心网络节能路由算法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、控制器监控模块搜集当前数据中心网络流量矩阵、数据中心网络拓扑及网络中每条链路容量信息,根据容量约束条件与流量需求约束条件,并结合搜集的信息建立能耗优化模型,基于启发式的最优能耗子集算法计算出能耗最优拓扑子集,输出该能耗最优拓扑子集中各交换机及链路的状态;

步骤二、在能耗最优拓扑子集中对流量矩阵中的流进行路径分配,通过负载均衡路径分配方法把网络中的流调度到具有最小链路利用率的路径,实现流量在能耗最优拓扑子集上的均衡分配;

步骤三、对能耗最优拓扑子集中各条链路进行检测,计算各条链路中分配的流的流量需求Tlink,根据流量需求大小判断链路所连交换机的端口速率,并根据设备的功耗特性参数GFER对速率为1G的链路进行重路由条件判断,为符合重路由条件的链路中的流计算新的转发路径,并根据重路由结果对能耗最优拓扑子集中的交换机速率及负载均衡路径分配进行调整;

步骤四、控制器根据步骤三得到的最终路径分配结果对数据流进行路由。

2.根据权利要求1所述的基于SDN架构的数据中心网络节能路由算法,其特征在于,所述数据中心网络采用Fat-Tree拓扑,其中包含4个Pod(供应点),每个Pod由2个接入层交换机和2个汇聚层交换机组成,每个接入层交换机与两个主机相连接,核心层由4个交换机组成,每个核心层交换机均有一条链路与各个Pod的汇聚层交换机相连。

3.根据权利要求1所述的基于SDN架构的数据中心网络节能路由算法,其特征在于,所述步骤一建立能耗优化模型包括:在当前网络拓扑和流量需求下,通过对流量矩阵中每条流的路径分配,使得网络中能耗最小,优化目标计算如下:Minimum∑(u,v)∈EXu,v×a(u,v)+∑u∈SYu×b(u)

G(V,E)用以描述网络拓扑,其中V代表网络中的交换机,E代表交换机间的链路,S表示交换机集合且 a(u,v)表示节点u与节点v间链路(u,v)的能耗,b(u)表示交换机u的能耗,Xu,v与Yu均为二进制变量,分别表示交换机和链路状态,0代表关闭,1代表开启。

4.根据权利要求1所述的基于SDN架构的数据中心网络节能路由算法,其特征在于,步骤一所述容量约束条件如下:其中 表示流i的可用路径,其中 表示包

含链路(u,v)的流i的可用路径集合,fi(p)表示网络中任意一条流i的路径,c(u,v)表示链路(u,v)的容量,其中(u,v)∈E;λ表示网络中每条链路可分配的带宽与链路带宽的比值,其取值为0-1之间的任意数字;

为确保流量矩阵中的任意一条流Ti,在源和目的地址处发出和接收的流量等于这条流的需求di,流量需求约束条件定义如下:

5.根据权利要求1所述的基于SDN架构的数据中心网络节能路由算法,其特征在于,步骤一最优能耗子集算法具体步骤如下:S1:对于拓扑中所有链路,将其可分配链路容量capmax[l]设置为其链路容量cap[l]的λ倍,即capmax[l]=λcap[l];

S2:对于流量矩阵T中的任意第i条流,根据其源目的地址列出所有可用路径,并按位置从左至右排序,表示下:S3:对路径集合 依次查询,若路径pi,j中所有链路的可用容量capavail[l]大于流i的带宽需求fdmd,则将该流分配至路径pi,j;

S4:此时,路径pi,j中所有链路的可用容量capavail[l]变为capavail[l]-fdmd,重新回到S2,为流量矩阵中其他流分配路径;

S5:直至流量矩阵T中的流完全分配路径,循环结束,并将该路径相关的交换机置于开启状态,其余交换机则置于关闭状态,至此完成最优能耗拓扑子集的划分并选择出被开启的交换机集合。

6.根据权利要求1所述的基于SDN架构的数据中心网络节能路由算法,其特征在于,所述步骤二负载均衡路径分配方法具体如下:步骤A1:将流量矩阵T中的流按带宽需求递减排序,优先分配带宽需求较大的流I;

A2:对于任意第i条流,在能耗最优拓扑子集中计算其所有可用路径,并估算将该流分配至每条可用路径后该路径的链路利用率;

A3:把流i分配至由A2估算出的拥有最小链路利用率的路径,并把该路径中所涉及所有链路的容量进行更新即:capavail[l]=capavail[l]-fdmdA4:分配流程返回A1,直至流量矩阵T中的流量均在最优拓扑子集中完成负载均衡路径分配。

7.根据权利要求1所述的基于SDN架构的数据中心网络节能路由算法,其特征在于,步骤三中所述GFER表示设备端口在1Gbps速率时的功耗P1Gbps和100Mbps速率时的功耗P100Mbps的比值,即:

8.根据权利要求1所述的基于SDN架构的数据中心网络节能路由算法,其特征在于,步骤三包括步骤:根据流量路径分配结果,检测各路径中每条链路的流量需求Tlink,若0<Tlink<LC10则将交换机端口置于10M速率,若LC10<Tlink<LC100,则将交换机端口置于100M速率,若LC100<Tlink<LC1G则置于1G速率,对于每条1G的链路,判断链路上的流量带宽需求是否小于100M与GFER的乘积,若符合,则为该链路上的所有流fi计算使用100M链路到达目的地的新转发路径PfiLC100,若链路上的所有流都存在新转发路径,则按照新转发路径将所有流进行重路由。