一种不确定网络环境下RYU控制器流表自动生成方法与流程

技术特征：

1.一种不确定网络环境下ryu控制器流表自动生成方法，其特征在于：基于随机博弈模型对软件定义网络中的交换机以及数据链路、随机网络环境、网络流建模，生成随机环境下的软件定义网络系统的tptg模板；具体包括如下步骤：

步骤一：

定义网络中的交换机以及数据链路，具体为：定义五元组=<s，a，t，r，k>，其中为数据流；定义网络交换机状态以及环境状态的集合s=，其中表示使用的网络交换机状态的集合，代表网络环境状态的集合；a代表网络对于的转发策略的集合；表示从经过的转发策略到的状态转移函数，其中s表示s中的一个元素，即交换机的状态或者网络环境的状态，s’表示经过动作a后的下一个状态，表示的概率分布；表示转发策略对应的奖励，其中r表示实数集合，r通过对应每个状态或者行为所对应的实数作为奖励值；表示转发策略选择的数据链路；并将网络架构建设为图模型，其中为网络交换机集合，为数据链路集合；

步骤二：对随机网络环境参数进行配置；所述随机网络环境参数为不确定网络环境参数，是网络拥塞以及软件定义网络架构中交换机随机下线的概率分布，设定不同的概率分布函数会影响网络环境的不确定性；

步骤三：查询属性的转化，具体为：将软件定义网络系统的数据流可达性约束、能耗及网络性能约束转化为查询属性，使用prism-games作为模型验证引擎，通过概率交替时序逻辑以及线性时序逻辑检查网络的静态及动态控制逻辑，生成最优数据流转发策略；

步骤四：流表的生成，根据数据流转发策略自动生成软件定义网络的tptg模板，即各个交换机的流表。

2.如权利要求1所述的不确定网络环境下ryu控制器流表自动生成方法，其特征在于：所述步骤四中，tptg模板描述了面向时间约束的回合制随机博弈行为模式，tptg模板能够访问参数配置，并可采用prism-games作为模型验证引擎验证网络可靠性并生成最优数据流转发策略；

所述查询属性的形式如下：

；

式中，为数据流，为数据流的目标数据中心；查询属性验证数据流到达终点的概率大于预设值；pr表示概率，f表示数据流的集合；

所述查询属性验证满足：

；

式中，rew（r）针对不同的路径的奖励和不同，且路径存在概率分布，采用计算基于概率分布的奖励期望，为能耗损失函数，为数据链路损失函数，为数据链路吞吐量函数；则表示网络能耗损失期望小于等于n，表示网络损耗率小于等于，表示网络吞吐量大于等于。

3.如权利要求1所述的不确定网络环境下ryu控制器流表自动生成方法，其特征在于：所述步骤一中的对网络流建模具体为：根据图模型g，采用零和随机博弈模型描述交换机与网络环境之间的博弈，并采用描述网络对于网络环境的转发策略，其中表示网络对于网络环境的转发策略，表示a的概率分布；根据网络交换机的状态以及转发策略，可以得到长度为k∈n的路径来描述数据流在软件定义网络中的流向以及对应使用的交换机及数据链路，并根据，以及计算相应的网络能耗损失、数据链路损失以及数据链路吞吐量，其中k表示某一个正整数长度，n表示正整数，表示数据流路径，表示从s0经过a0动作到s1，然后s1经过a1动作到s2，…以此类推。

4.如权利要求1所述的不确定网络环境下ryu控制器流表自动生成方法，其特征在于，所述步骤一中的对随机网络环境建模，主要描述网络环境的存在的不确定变化，包括网络交换机休眠或者下线事件、以及网络流量异常导致的网络拥塞事件以及事件发生的概率分布。

5.如权利要求1所述的不确定网络环境下ryu控制器流表自动生成方法，其特征在于，所述步骤二中，基于概率分布的模型检验，采用概率交替时序逻辑以及线性时序逻辑验证网络可靠性，通过验证数据流的可达性避免网络环路，网络黑洞问题。

6.如权利要求1所述的不确定网络环境下ryu控制器流表自动生成方法，其特征在于，所述步骤三中，具体为生成基于权重组合的多目标优化转发策略，分别对能耗、损耗率、吞吐量进行归一化处理，并分配权重，，；其目标函数形式如下：

；

式中，为网络能耗权重，为网络损耗率权重，为网络吞吐量权重，；可根据实际应用更改权重并生成转发策略；式中，为需要最小化的目标函数，根据凸组合性质通过逼近的可行域与不可行域拟合多目标帕累托曲线及转发策略；生成的转发策略包括不同交换机在不同状态下需要选择的操作，主要包括转发、丢包、延时以及更改源目ip地址，mac地址操作。

7.如权利要求1所述的不确定网络环境下ryu控制器流表自动生成方法，其特征在于，所述步骤四中具体为，根据多目标优化转发策略生成软件定义网络转发流表；根据不同交换机在不同状态下选择的最优操作，分别对应ryu控制器对于交换机的动作指令，分别为forward、drop、modify以及enqueue操作，通过jinja模板生成ryu控制器执行代码，最后通过packet-out消息将流表更新信息发送送到各个网络交换机。

8.如权利要求1所述的不确定网络环境下ryu控制器流表自动生成方法，其特征在于，所述步骤一中，根据奖励函数，拟定义整个链路的奖励为

，其中（1）

对于数据流的集合f，根据对应的路径λ的概率分布，整个策略的期望奖励为

（2）。

9.如权利要求2所述的不确定网络环境下ryu控制器流表自动生成方法，其特征在于，通过确保，即来确保网络拓扑以及转发策略不会造成网络黑洞与环路；由转化目标函数，使得

；

其中，表示当n趋近于无穷时，；

（3）

（4）

由公式（3）及公式（4）采用值迭代方法更新的，，当时达到收敛条件，即能求得，进而推出；若最小概率大于网络预设值，则能证明网络不存在网络环路与黑洞。

技术总结
本发明涉及一种不确定网络环境下RYU控制器流表自动生成方法，包括以下步骤：基于随机博弈模型对软件定义网络中的交换机以及数据链路、随机网络环境、网络流建模，生成随机环境下的软件定义网络系统的TPTG模板；对不确定网络环境参数进行配置；将软件定义网络系统的数据流可达性约束以及能耗及网络性能约束转化为查询属性，使用PRISM‑GAMES作为模型验证引擎生成最优数据流转发策略；根据数据流转发策略自动生成软件定义网络中RYU控制器的执行代码，从而更新各个交换机的流表。本发明可以验证软件定义网络在不确定网络环境下的可靠性，并可根据能耗及吞吐性能的权重生成多目标优化转发策略。

技术研发人员：朱晨阳
受保护的技术使用者：东禾软件(江苏)有限责任公司
技术研发日：2021.06.28
技术公布日：2021.08.13