一种网络链路利用率调节方法
【专利摘要】本发明公开了一种调节网络链路利用率的方法，所述方法包含以下步骤：获取网络架构步骤，获取网络的基本网络架构，所述基本网络架构包含所述网络中的节点数以及节点连接方式；获取最优权重配置步骤，基于开放式最短路径优先协议以及软件定义网络技术根据所述基本网络架构获取最优权重配置；配置网络步骤，基于所述最优权重配置配置所述网络，从而获得预期的网络链路利用率调节结果。与现有技术相比，利用本发明的方法进行网络链路利用率调节，可以得到更低的最大网络链路利用率，从而提高了网络的性能。
【专利说明】—种网络链路利用率调节方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，具体说涉及一种网络链路利用率调节方法。
【背景技术】
[0002]互联网由上万个独自运维的自治系统(Autonomous System,简称AS)构成。随着基于网络之间互连的协议(Internet Protocol，简称IP)的网络不断地发展，为了满足建造越来越大的IP网络的需要，现有技术中构建了多种域内链路状态路由协议。
[0003]开放式最短路径优先(Open Shortest Path First,简称0SPF)协议是是一种使用最广泛的域内链路状态路由协议，已广泛的应用于大型、异构的IP网络中。在OSPF协议中，每一条链路都被赋予一个链路权重。基于链路权重系统可以选择源节点与目的节点之间的最短网络链路来传输数据。如果源节点与目的节点之间存在多个最短网络链路，那么流量在多个最短网络链路上均匀分配。
[0004]由于在OSPF协议下的数据总是选择走最短网络链路，因此会造成网络中不同的网络链路的利用率差异过大的情况。即数据流量集中在特定的网络链路中，从而导致网络拥塞。现有技术中通过改变链路权重设置来配置网络中不同的网络链路的利用率，从而降低整个网络中的最大链路利用率。但是现有的链路权重设置算法不能达到最优解，不能很好地降低最大链路利用率。
[0005]因此，针对现有技术下网络中的网络链路利用率配置并不理想问题，需要一种新的网络链路利用率调节方法以获得更为理想的网络链路利用率配置。
【发明内容】
[0006]针对现有技术下网络中的网络链路利用率配置并不理想问题，本发明提供了一种调节网络链路利用率的方法，所述方法包含以下步骤:
[0007]获取网络架构步骤，获取网络的基本网络架构，所述基本网络架构包含所述网络中的节点数以及节点连接方式；
[0008]获取最优权重配置步骤，基于开放式最短路径优先协议以及软件定义网络技术根据所述基本网络架构获取最优权重配置；
[0009]配置网络步骤，基于所述最优权重配置配置所述网络，从而获得预期的网络链路利用率调节结果。
[0010]在一实施例中，所述获取最优权重配置步骤包含以下步骤:
[0011]设定迭代总次数步骤，设定获取所述最优权重配置所需的迭代总次数；
[0012]获取第一权重配置步骤，获取所述网络的初始权重配置并将所述初始权重配置设定为第一权重配置；
[0013]获取第一最大网络链路利用率步骤，基于所述初始权重配置获取对应的初始最大网络链路利用率，并将所述初始最大网络链路利用率设定为第一最大网络链路利用率；
[0014]迭代步骤，基于所述第一权重配置以及所述第一最大网络链路利用率获取当前最优权重配置以及当前最优最大网络链路利用率；
[0015]迭代次数判断步骤，当所述迭代步骤执行完毕后对比所述迭代步骤的执行次数与所述迭代总次数是否一致，其中:
[0016]当所述迭代步骤的执行次数与所述迭代总次数一致时，所述当前最优权重配置为所述最优权重配置；
[0017]当所述迭代步骤的执行次数小于所述迭代总次数时，将所述当前最优权重配置设定为所述第一权重配置，将所述当前最优最大网络链路利用率设定为第一最大网络链路利用率，然后再次顺序执行所述迭代步骤以及所述迭代次数判断步骤。
[0018]在一实施例中，所述迭代步骤包含以下步骤:
[0019]计算步骤，基于所述第一权重配置获取第二权重配置以及与所述第二权重配置对应的第二最大网络链路利用率；
[0020]获取当前最优最大网络链路利用率步骤，对比所述第一最大网络链路利用率以及所述第二最大网络链路利用率，将所述第一最大网络链路利用率以及所述第二最大网络链路利用率中数值较小的设定为所述当前最优最大网络链路利用率；
[0021]获取当前最优权重配置步骤，将所述当前最优最大网络链路利用率所对应的所述第一或第二权重配置设定为所述当前最优权重配置。
[0022]在一实施例中，在所述计算步骤中，所述第二权重配置为所述第一权重配置对应的邻域权重配置。
[0023]在一实施例中，所述计算步骤包含以下步骤:
[0024]基于所述第一权重配置获取对应的邻域权重配置；
[0025]基于所述软件定义网络技术根据所述领域权重配置进行最优分流，从而获取所述网络内各链路上的流量；
[0026]根据所述网络内各链路上的流量获取所述第二最大网络链路利用率。
[0027]在一实施例中，在所述配置网络步骤中，所述网络中的所有的路由器节点运行开放式最短路径优先协议。
[0028]在一实施例中，所述方法还包含优化部署率步骤，获取所述软件定义网络技术在所述网络中的最优部署率。
[0029]在一实施例中，在所述配置网络步骤中，按照所述最优部署率在所述网络中的路由器节点上部署所述软件定义网络技术。
[0030]在一实施例中，在所述获取部署率步骤中，基于不同的部署率配置所述网络，从而获取多个所述网络链路利用率调节结果，对获取到的多个所述网络链路利用率调节结果进行分析从而确定所述最优部署率。
[0031]在一实施例中，在所述配置网络步骤中，采用30%作为所述最优部署率。
[0032]与现有技术相比，利用本发明的方法进行网络链路利用率调节，可以得到更低的最大网络链路利用率，从而提高了网络的性能。
[0033]本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0035]图1是根据本发明一实施例的执行流程图。
【具体实施方式】
[0036]以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0037]针对OSPF协议下网络存在的网络链路利用率配置不理想的问题，本发明提出了一种网络链路利用率调节方法。由于软件定义网络(Software Defined Network,简称SDN)技术可以通过分离网络设备控制面与数据面来实现网络流量的灵活控制。因此针对OSPF协议下数据流量容易集中在特定的网络链路中的情况，本发明结合OSPF协议以及SDN技术来配置网络。
[0038]下面结合图1的流程图详细说明本发明的一实施例的具体实施过程。附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0039]不难理解，调节网络链路利用率首先要获得网络的基础架构情况。如图1所示，首先要执行步骤S101，获取网络架构步骤，获取网络的基本网络架构，基本网络架构包含网络中的节点数以及节点连接方式。在本实施例中，获取网络的无向图G，其中G= (V，A)(V是顶点集，A是边集)，使用弗洛伊德算法算出各个节点之间的最短路径和路径值。
[0040]在本实施例中，将网络配置为所有的路由器节点都运行OSPF协议。这样就可以基于OSPF协议控制网络中的链路权重。本实施例的调节方法的目的之一是获取最优权重配置，从而根据最优权重配置配置网络，进而获得最优的网络链路利用率调节结果。为了获取最优权重配置，本发明采用了基于迭代计算的优选方式，提出了一种SDN/0SPF混合网场景下的流量工程算法(SDN/OSPF Traffic Engineering,简称 S0TE)。
[0041]在本实施例的SOTE算法中，基于OSPF协议以及SDN技术根据步骤SlOl中获得的网络架构情况获取最优权重配置。具体为，首先获取不同权重配置下的最大网络链路利用率，然后通过对比获取到的不同的最大网络链路利用率来优选权重配置。
[0042]在本实施例中，执行SOTE算法首先要执行步骤S100，获取第一权重配置步骤，获取网络的初始权重配置并将初始权重配置设定为第一权重配置。在本实施例中，可以随机的采用任意一种权重配置作为初始权重配置，也可以采用现有技术方法所获得的权重配置作为初始权重配置。
[0043]然后执行步骤S110，获取第一最大网络链路利用率步骤，基于初始权重配置获取对应的初始最大网络链路利用率，并将初始最大网络链路利用率设定为第一最大网络链路利用率。在步骤SllO中，针对网络中的任意一个节点a，将每一个其他节点到节点a的流量分配累加到最短路径的下一跳，直到所有到该节点的流量分配完毕。通过计算得到每条链路上的链路利用率，从而得到网络的链路利用率矩阵以及初始最大链路利用率
[0044]接着执行步骤S120，获取第二权重配置步骤。在本实施例中，第二权重配置为第一权重配置对应的邻域权重配置。在步骤S120中，首先从步骤SlOl中获取到的网络顶点集合V中选择确定一个源节点s以及一个目的节点t。然后通过平衡s与t之间的路径来寻找当前权重的邻域。步骤S120具体执行过程如下:
[0045]步骤S120.1:搜索节点s的相邻节点Xi (i = 1，2，......),分别计算节点Xi (i =
1,2,......)到达节点t的最短路径的权重和ω (Pi)。
[0046]步骤S120.2:把s和t之间的最短路径的权重和ω *设为:
[0047]ω * = {1+max [ ω (Pi) ] I < i < p}(I)
[0048]这样就在s和t之间出现权重和为ω*的P条最短路径，使得s和t之间的流量能够多条路径均匀分配。
[0049]步骤S120.3:然后对从s出发的链路的权重ω进行重新设置，令新权重ω#为:
[0050]ω ** = ω *- ω (Pi), i = I, 2,......ρ (2)
[0051]这样我们就完成了对节点s的相邻边的权重设置，找到了当前权重的一个邻域氺氺
ω 0
[0052]获取到邻域权重配置后就可以执行步骤S130，获取第二最大网络链路利用率步骤。在步骤S130中，首先基于SDN技术根据邻域权重配置进行最优分流，从而获取网络内各链路上的流量。步骤S130的具体执行过程如下:
[0053]步骤S130.1:首先按照一定的部署规则确定SDN节点的个数和位置。本实施例是基于贪心算法，根据链路利用率矩阵选择出链路利用率最大的节点进行部署。部署率变化在O?100%范围内。
[0054]步骤S130.2:遍历网络中的每一个节点a，构造以该节点a为目的节点的最大有向无环图(Directed Acyclic Graph,简称DAG)。首先使用迪杰斯特拉算法构造从节点a出发到其他各个节点的最短路径树。然后将从节点a出发到其他各个节点的最短路径树转置得到以节点a为目的节点的最短路径树。然后在获取到的最短路径树上，依次加入各个SDN节点的邻边，并且使用拓扑排序检查看是否会构成回路。如果加入某条边不会构成回路，那么就将该边加入；否则移除该边。这样最终得到了一个基于混合网络拓扑的最大DAG图，也就是流量可以流经的路径。
[0055]步骤S130.3:基于最大DAG图对所有的网络节点进行拓扑排序，模拟路由的过程，从而计算每条链路上的流量。
[0056]按照拓扑排序结果依次取出网络中的节点b。如果该节点是常规节点，将b到a的流量根据b在DAG图中的出链路的个数均匀分配到邻边上，并将对应的流量传递累积到最短路径的下一跳；如果该节点是SDN节点，用未知数表示b分配到所有b在DAG图中邻边上的流量，并根据SDN节点流量守恒的列出关于未知量的等式，同时将对应的流量累加到邻接点上。
[0057]遍历网络中的节点，就可以将拓扑排序中其他节点到目的节点a的流量全部分配完毕。并得到以a为目的节点的DAG图中所有边上的流量和关于SDN节点的等式。将遍历每一个网络节点得到DAG图的链路流量累加，得到每一条边总的链路流量。
[0058]步骤S130.2:接下来根据各链路上的流量获取第二最大网络链路利用率。根据每条链路的流量不能超过容量列不等式的原则。加入之前罗列的关于SDN节点的流量守恒的等式方程，从而优化网络链路利用率，进而获得第二最大网络链路利用率。在本实施例中，使用线性规划求解工具(CPLEX)进行网络链路利用率的优化以及最大网络链路利用率的获取。
[0059]获取到第二最大网络链路利用率后就可以执行步骤S140，获取当前最优权重配置步骤。对比第一最大网络链路利用率以及第二最大网络链路利用率，将第一最大网络链路利用率以及第二最大网络链路利用率中数值较小的设定为当前最优最大网络链路利用率；相应的，将当前最优最大网络链路利用率所对应的权重配置(第一或第二权重配置)设定为当前最优权重配置。
[0060]在本实施例中，在步骤S120中获取到的是针对点s的领域权重配置，由于在最初执行步骤S120时是从网络的所有节点中任选一个作为点S。因此在本实施例中，当步骤S140执行完毕后，重新选择其他节点作为点s并再次执行步骤S120、S130以及S140。重复更换节点作为点s执行步骤S120、S130以及S140直到遍历所有节点。
[0061]本发明中，定义基于第一权重配置以及第一最大网络链路利用率获取当前最优权重配置以及当前最优最大网络链路利用率的所有步骤总称为迭代步骤。在本实施例中，将遍历网络中的所有节点执行步骤S120、S130以及S140的所有步骤总称为迭代步骤。本实施例通过重复多次执行迭代步骤不断优化当前最优权重配置。
[0062]由于本实施例重复多次执行迭代步骤，因此在本实施例的方法中还包含步骤S102，设定迭代总次数步骤。根据具体的实际需求设定迭代总次数，即执行迭代步骤的总次数。在本实施例中，迭代总次数取5000。
[0063]在本实施例的方法中还包含步骤S150，迭代次数判断步骤，当迭代步骤(遍历所有节点执行步骤S120、S130以及S140)执行完毕后对比迭代步骤的执行次数与迭代总次数是否一致，其中:
[0064]当迭代步骤的执行次数小于迭代总次数时(不一致)，执行步骤S151，更新第一权重配置，将当前最优权重配置设定为第一权重配置；同时执行步骤S152，更新第一最大网络链路利用率，将当前最优最大网络链路利用率设定为第一最大网络链路利用率。接下来再次顺序执行迭代步骤以及迭代次数判断步骤(步骤S150)。
[0065]当迭代步骤的执行次数与迭代总次数一致时，执行步骤S160，确定最优权重配置，此时当前最优权重配置为最优权重配置。
[0066]接下来就可以执行步骤S180，配置网络步骤，基于最优权重配置配置网络，从而获得预期的网络链路利用率调节结果。在步骤S180中，网络被构造成所有的路由器节点都运行OSPF协议，并且在其中一部分节点上部署SDN技术。相较于现有技术，利用本发明的方法进行网络链路利用率调节，可以得到更低的最大网络链路利用率，通常可以将网络最大链路利用率降低5%左右，从而提高了网络的性能。
[0067]为了达到最优的网络链路利用率调节结果，需要按照一定的部署规则确定SDN节点的个数和位置。SDN的部署通常基于基于贪心算法确定，每次根据链路利用率矩阵选择出链路利用率最大的节点进行部署。其部署率变化在O?100%范围内。但是由于SDN技术的固有特性，导致SDN的完全部署比较困难。为了降低网络的构建难度，需要尽量的降低SDN的部署率。
[0068]针对SDN部署困难的问题，本发明的方法在执行步骤S180之前还构建了优化部署率步骤S170，获取SDN技术在网络中的最优部署率。从而在步骤S180中，按照最优部署率在网络中的路由器节点上部署SDN。
[0069]在本实施例的步骤S170中，基于不同的部署率配置网络，从而获取多个网络链路利用率调节结果，进而基于对获取到的多个网络链路利用率调节结果的分析确定最优部署率。
[0070]通过对大量不同的网络的分析可以得到，当SDN的部署率为30%时可以获得一个接近最优的网络状态。因此在本实施例中，采用30%作为所述最优部署率。
[0071]虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种调节网络链路利用率的方法，所述方法包含以下步骤: 获取网络架构步骤，获取网络的基本网络架构，所述基本网络架构包含所述网络中的节点数以及节点连接方式； 获取最优权重配置步骤，基于开放式最短路径优先协议以及软件定义网络技术根据所述基本网络架构获取最优权重配置； 配置网络步骤，基于所述最优权重配置配置所述网络，从而获得预期的网络链路利用率调节结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取最优权重配置步骤包含以下步骤: 设定迭代总次数步骤，设定获取所述最优权重配置所需的迭代总次数； 获取第一权重配置步骤，获取所述网络的初始权重配置并将所述初始权重配置设定为第一权重配置； 获取第一最大网络链路利用率步骤，基于所述初始权重配置获取对应的初始最大网络链路利用率，并将所述初始最大网络链路利用率设定为第一最大网络链路利用率； 迭代步骤，基于所述第一权重配置以及所述第一最大网络链路利用率获取当前最优权重配置以及当前最优最大网络链路利用率； 迭代次数判断步骤，当所述迭代步骤执行完毕后对比所述迭代步骤的执行次数与所述迭代总次数是否一致，其中: 当所述迭代步骤的执行次数与所述迭代总次数一致时，所述当前最优权重配置为所述最优权重配置； 当所述迭代步骤的执行次数小于所述迭代总次数时，将所述当前最优权重配置设定为所述第一权重配置，将所述当前最优最大网络链路利用率设定为第一最大网络链路利用率，然后再次顺序执行所述迭代步骤以及所述迭代次数判断步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述迭代步骤包含以下步骤: 计算步骤，基于所述第一权重配置获取第二权重配置以及与所述第二权重配置对应的第二最大网络链路利用率； 获取当前最优最大网络链路利用率步骤，对比所述第一最大网络链路利用率以及所述第二最大网络链路利用率，将所述第一最大网络链路利用率以及所述第二最大网络链路利用率中数值较小的设定为所述当前最优最大网络链路利用率； 获取当前最优权重配置步骤，将所述当前最优最大网络链路利用率所对应的所述第一或第二权重配置设定为所述当前最优权重配置。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述计算步骤中，所述第二权重配置为所述第一权重配置对应的邻域权重配置。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算步骤包含以下步骤: 基于所述第一权重配置获取对应的邻域权重配置； 基于所述软件定义网络技术根据所述领域权重配置进行最优分流，从而获取所述网络内各链路上的流量； 根据所述网络内各链路上的流量获取所述第二最大网络链路利用率。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述配置网络步骤中，所述网络中的所有的路由器节点运行开放式最短路径优先协议。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包含优化部署率步骤，获取所述软件定义网络技术在所述网络中的最优部署率。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述配置网络步骤中，按照所述最优部署率在所述网络中的路由器节点上部署所述软件定义网络技术。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述获取部署率步骤中，基于不同的部署率配置所述网络，从而获取多个所述网络链路利用率调节结果，对获取到的多个所述网络链路利用率调节结果进行分析从而确定所述最优部署率。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述配置网络步骤中，采用30%作为所述最优部署率。
【文档编号】H04L12/733GK104270313SQ201410514407
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】尹霞, 郭迎亚, 王之梁, 施新刚, 吴建平 申请人:清华大学