CN109714275B - 一种用于接入业务传输的sdn控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于接入业务传输的SDN控制器及其控制方法，其中SDN控制包括SDN控制器接口、网络拓扑管理模块、路由管理、流管理模块、路由计算模块、呼叫禁入模块、传输交通管制模块、设备管理模块、网络测量模块、QOS模块和SDN标准控制模块；而SDN控制器接口包括控制器‑转发器接口、控制器‑控制器接口和控制器‑服务接口。同时，本发明还公开了基于本发明的SDN控制器的动态差异化的控制方法，通过区分大小流的分流方式，并基于SDN的两级队列和动态路由机制对待转发的业务流进行路由转发。本发明的实施，能够在城域及以上规模的网络中保障端到端的网络业务流量质量，即保障高优先级业务流量的带宽。

Description

一种用于接入业务传输的SDN控制器及其控制方法

技术领域

本发明属于通信技术邻域，具体的涉及采用软件定义网络结构的集中控制方法。

背景技术

IP QoS(Quality of Service)是指IP网络的一种服务质量能力，即在跨越多种底层网络技术(FR、ATM、Ethernet、SDH等)的IP网络上，为特定的业务提供其所需要的服务。衡量IP QoS的技术指标包括：带宽/吞吐量、时延、抖动、丢包率和可用性，其中带宽/吞吐量指网络的两个节点之间特定应用业务流的平均速率；时延指数据包在网络的两个节点之间传送的平均往返时间；抖动指时延的变化；丢包率指在网络传输过程中丢失报文的百分比，用来衡量网络正确转发用户数据的能力；可用性指网络可以为用户提供服务的时间的百分比。

不同的业务对IP QoS技术指标的要求是不同的，通过有效地实施各项IP QoS技术，使得网络管理人员能够有效地控制网络资源及其使用，能够在单一IP网络平台上更好的融合语音、视频及数据等多种业务。

Internet的网络架构是基于端到端参数的，其中网络支持最小化，终端主机为大多数的通信任务负责。当网络主要要求为可靠性时，这种尽力而为的网络构架是可适应的。然而，在多媒体业务传输中，对及时交付的要求是优于可靠性的。多媒体流应用有严格的延迟要求，而这一点在尽力而为的网络传输构架中是无法被保证的。因此，需要要求网络对多媒体流传输提供一种能够保障QoS(服务质量保证)的方法。为此，IETF已经提出了几种QoS架构，但是没有一种是完全成功且全球部署实施的。

集成式QoS架构和差分服务式QoS架构都是基于当前互联网的完全分布式逐跳路由架构，缺乏对全网资源的调控能力。即使MPLS(多标签协议交换)通过其超快速交换能力提供了部分解决方案，其依然缺乏实时的可重构性和网络适应性。

AS(autonomous system)***指的是处于一个管理机构控制之下的路由器和网络群组。它可以是一个路由器直接连接到一个LAN上，同时也连到Internet上；它可以是一个由企业骨干网互连的多个局域网。在一个自治***中的所有路由器必须相互连接，运行相同的路由协议，同时分配同一个自治***编号。但是一个AS只能运行一种路由协议。

SDN(软件定义网络Software-Define Network)是一种新型的网络架构，它的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，从而通过集中的控制器中的软件平台去实现可编程化控制底层硬件，实现对网络资源灵活的按需调配。在SDN网络中，网络设备只负责单纯的数据转发，可以采用通用的硬件；而原来负责控制的操作***将提炼为独立的网络操作***，负责对不同业务特性进行适配，而且网络操作***和业务特性以及硬件设备之间的通信都可以通过编程实现。

传统的QoS机制是为因特网而设计，建立在因特网完全分布式的、逐跳路由式的体系结构之上，缺乏整体网络资源分布的统一的全局视图，因而难以推广应用。SDN具有集中控制的特点，通过集中控制器能够轻松下发QoS策略，实现对所有网络设备以及全网流量的集中管理控制，既可以完成灵活的QoS服务策略选择，又能保证QoS策略的一致性。当前SDN网络的发展对于QoS服务的研究还不完善。与传统网络一样对不同优先级用户或不同类型服务的流量，网络通常会对所有数据流平等对待。当网络带宽条件无法满足需求时，就会产生网络拥塞，此时优先级比较高的流量，比如会议、视频或者高优先级用户的数据不能优先通过，造成了用户付费模型和服务质量模型的不对等。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能有效保障传输质量及传输速率的SDN控制器。

本发明的一种用于接入业务传输的SDN控制器，包括SDN控制器接口、网络拓扑管理模块、路由管理、流管理模块、路由计算模块、呼叫禁入模块、传输交通管制模块、设备管理模块、网络测量模块、QOS模块和SDN标准控制模块；

其中，SDN控制器接口包括：

控制器-转发器接口，用于SDN控制器为转发器提供安全通道；

控制器-控制器接口，用于SDN控制器之间的信息交互；

控制器-服务接口，用于服务提供者设置管理规则；

网络拓扑管理模块，用于基于从各个转发器收到的网络数据获取当前网络拓扑信息，并发送给路由管理模块和路由计算模块；

路由管理模块：用于确定当前网中的各路由器的路由器工作信息；

流管理模块，用于基于通过控制器-服务接口获取流管理定义，并通过链路聚合进行有效的流管理；

路由计算模块，用于计算和确定不同业务类型的路由流；

呼叫禁入模块：当请求的QoS参数不能满足要求时，此模块拒绝/阻止当前请求，并通知SDN标准控制模块执行对应的指令；

传输交通管制模块：用于确定数据流是否与QoS请求参数一致，并且在不一致时执行预设的管制规则；

设备管理模块：用于记录和发现使用中的网络设备，追踪不同设备在网络中的转移，并记录不同设备的配置信息；

网络测量模块：用于获取当前网络信息，包括链路使用率、数据丢包率和网络时延，并将当前网络信息实时传输给路由计算模块；

QoS模块：获取用户对于不同数据流的定义，通过定义来区分数据流的QoS服务需求；以及用于对路由计算模块生成的不同业务类型的路由流，使用有向无环图模型进行描述和解析，并映射为SDN控制器命令，调用SDN标准控制模块生成流表，建立安全信息，下发流表；

SDN标准控制模块：用于对网络状态进行管理、控制控制器与转发层设备的会话，以及控制网络流量。

同时，本发明还公开了基于本发明的SDN控制器的动态差异化的控制方法，包括下列步骤：

步骤1：网络中的QOS流预处理：

设置多媒体业务流的类型区分符，并将多媒体业务流中的数据业务流定义为小流，视频业务流定义为大流；同时为每个类型设置不同的优先级；

步骤2：基于SDN的两级队列和动态路由机制对待转发的业务流进行路由转发：

设置SDN交换机的每个输出端口都维持两个优先级不同的转发队列：高优先级队列和低优先级队列；且输出端口的队列调度器采用绝对优先级调度方式：只有当高优先级队列为空时，才发送低优先级队列中的分组；

将当前到达的小流存入高优先级队列，大流存入低优先级队列；

并判断输出端口是否空闲(没有被占用)时，若空闲，则采用绝对优先级调度方式；否则为高优先级队列中的小流选取负载最轻的路径进行转发直到输出端口空闲；

同时，进行路由转发时，路径的选择方式为：

基于网络资源信息构建网络拓扑结构图，其中网络拓扑结构图的表达方式为无环有向图(DAG图)；

基于网络拓扑结构图，查找源交换机到目的交换机的所有路径中的前K条最短路径；

再基于网络资源信息，分别统计所述K条路径中的每条路径中的每一跳交换机端口的转发队列中的流数量(即高优先级和低优先级队列都统计)，累加所有跳的转发队列中的流数量，得到每条路径的流总量，将K条路径中流总量最少的路径作为最优路径。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

能够在城域及以上规模的网络中保障端到端的网络业务流量质量，即保障高优先级业务流量的带宽。

附图说明

图1是具体实施方式中，本发明的SND控制器的结构示意图；

图2是具体实施方式中，QOS模块的部分功能模块调用交互过程示意图；

图3是具体实施方式中，QoS模块的具体工作流程示意图；

图4是实施例的网络拓扑结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。

在数据中心网络中，大部分的业务形式都是相似的，即大流和小流混合的业务流。小流对时延敏感，但对带宽要求不高，大流带宽要求高，但对时延不敏感。本具体实施方式中，将多媒体流视作数据中心网络里的大流，将数据流视作小流来进行处理。

SDN的转发与控制分离特点可有效实现设备的逐步融合，降低设备硬件成本。SDN的控制逻辑集中特点可逐步实现网络的集中化管理和全局优化，有效提升运营效率，提供端到端的网络服务；SDN的网络能力虚拟化和开放化，也有利于电信运营商网络向智能化，开放化发展，发展更丰富的网络服务，增加收入。为此，本发明设置了下述结构的SDN控制器用以实现对大、小流的业务流处理。

该SDN控制器包括SDN控制器接口、网络拓扑管理模块、路由管理、流管理模块、路由计算模块、呼叫禁入模块、传输交通管制模块、设备管理模块、网络测量模块、QOS模块和SDN标准控制模块；

参见图1，所述SDN控制器接口包括：

(1)控制器-转发器接口，用于SDN控制器为转发器提供安全通道，以便使用OpenFlow协议进行信息交互。控制器负责发送与数据流相关联的流表，并基于各个转发器的网络状态信息测绘网络的全网拓扑信息，以及同时检测网络。

(2)控制器-控制器接口，用于控制器与控制器之间的信息交互，以便于控制器与控制器之间共享必要信息以协同管理整个网络。由于单控制器构架在网络很大的时候不能够很好的扩展，且OpenFlow节点数量的增多，多控制器构架是必须的。

(3)控制器-服务接口，用于服务提供者设置管理规则，包括数据分组的流定义、路由规则和对SDN控制器的控制指令等。即控制器通过该接口提供一个开放安全的接口供服务提供者进行管理规则设置，如为新数据分组设置流定义，甚至给这些数据分组定义新的路由规则。当一个新的应用程序启动一个数据流时，该接口也提供实时接口来指示控制器。

所述网络拓扑管理模块，用于基于从各个转发器收到的网络数据获取当前网络拓扑信息(即发现和维护网络连接)，并发送给路由管理模块和路由计算模块；

路由管理模块：用于确定当前网中的各路由器的路由器工作信息(包括路由器的可用性和分组转发性能)，以帮助路由计算；

流管理模块，用于基于通过控制器-服务接口获取流管理定义，并通过链路聚合进行有效的流管理；

路由计算模块(路径规划模块)，用于计算和确定不同业务类型的路由流。该模块中可以内置多种路由算法，且不同的路由算法并行运行以满足不同流的性能要求和目标。且网络拓扑和路由管理信息将随着服务预留资源一起被路由计算模块处理，为不同类型的数据流计算转发和带宽分配规则。路径规划模块是通过与网络拓扑管理模块、设备模块和网络测量模块交换它们提供拓扑和网络状态信息来实现路径的计算；

呼叫禁入模块：当请求的QoS参数不能满足要求时(即没有可行的路由路线时)，此模块拒绝/阻止当前请求，并通知SDN标准控制模块执行对应的指令；

传输交通管制模块：用于确定数据流是否与QoS请求参数一致，并且在不一致时执行预设的管制规则(例如选择性丢包)；

设备管理模块：用于记录和发现使用中的网络设备，追踪不同设备在网络中的转移，并记录不同设备的配置信息；

网络测量模块：用于获取当前网络信息，包括链路使用率、数据丢包率和网络时延，并将当前网络信息实时传输给路由计算模块。

QoS模块：获取用户对于不同数据流的定义，通过定义来区分数据流的QoS服务需求；以及用于对路由计算模块生成的不同业务类型的路由流，使用DAG(有向无环图模型)模型进行描述和解析，并映射为SDN控制器命令，调用SDN标准控制模块生成流表，建立安全信息，下发流表。即本发明的QoS模块包括两个子模块，分别为QoS策略配置模块和策略部署模块，其中QoS策略配置模块用于获取用户对于不同数据流的定义，通过定义来区分数据流的QoS服务需求；策略部署模块用于对路由计算模块生成的不同业务类型的路由流，使用DAG(有向无环图模型)模型进行描述和解析，并映射为SDN控制器命令，调用SDN标准控制模块生成流表，建立安全信息，下发流表。

SDN标准控制模块：用于对网络状态进行管理、控制控制器与转发层设备的会话，以及控制网络流量。

参见图2，本发明的QOS模块的部分功能模块调用交互过程为：

用户通过调用QoS模块输入服务需求，网络测量模块帮助设备管理和网络拓扑管理模块维护当前网络的资源数据。路径规划模块是核心，它根据网络拓扑管理和设备管理模块的资源数据结合QoS模块中的策略方案，决定路由转发和带宽分配策略，从而最终由QoS模块打包流表下发给交换机。

参见图3，本发明的QoS模块的具体工作流程为：

步骤1：加载QoS模块；

步骤2：读取QoS服务状态，若当前服务状态为等待QoS配置请求，则执行步骤3；若当前服务状态为等待网络连接，则执行步骤9；

步骤3：监听是否存在配置请求，若是，则解析请求后执行步骤4；

步骤4：判断QoS是否开启请求，若是，则执行步骤5；否则执行步骤6；

步骤5：开启QoS服务；

步骤6：判断是否存在QoS部署请求，若是，则执行步骤7；否则执行步骤8；

步骤7：拓扑变化规则处理，并将从配置请求中解析的策略存入控制器，以及流表写入交换机；

步骤8：将从配置请求中解析的策略存入控制器后，并设置QoS服务状态为等待QoS配置请求，跳至步骤3；

步骤9：监听是否存在网络连接请求，若是，则执行步骤10；否则设置QoS服务状态为等待网络连接，继续执行步骤9；

步骤10：读取网络配置信息后，开启QoS服务；并并设置QoS服务状态为等待QoS配置请求，跳至步骤3。

基于本发明所设置的SDN控制器实现对接入业务传输动态差异化的控制过程为：

(1)网络中的QOS流预处理。

当一个数据包到达路由器时，它检查数据包的源和目的地址和路由表项，并根据网络操作员的配置按照预定的规则转发。另一方面，OpenFlow提供了灵活定义不同流的方法，使得一组动作和规则不同的流能够关联。例如，同种类型的流可以是采用最优路由算法算法进行转发，而其他流可能遵循手动配置的路由。因此，网络层的每个流(即包)可以被不同的对待。

在开放QOS中，流可以采用多种方式进行定义。相同流可以包含相同或不同类型的数据包。例如，带有TCP端口号80(位HTTP预留的)数据包可以是一种流定义，或者具有RTP报头的数据包也可以是一种流定义，表示传送声音、视频或者这两者的流。在本质上，可以将流设置为头字段的组合。但是网络运营商也应该考虑到网络设备的处理能力有限。为了尽可能的避免复杂流表的查找，流定义应该要巧妙设置并尽可能聚合。开放QoS构架利用OpenFlow基于流转发的特性使得控制器能够区分数据和多媒体流。

多媒体流可以使用以下的包头部字段或值来定义：

MPLS的交通类头字段(Traffic class header field in MPLS)；

IPv4的服务类型字段(ToS(Type of Service)field of IPv4)；

IPv6中的流浪类字段(Traffic class field in IPv6)；

如果知道多媒体服务器，采用源IP地址的方式；

传输源地址或者目的端口编号。

根据下层(TCP/IP五层网络架构中的数据链路层和网络层)中数据包头部信息来定义流是可取的，因为与上层(传输层)经加工的头部信息相比，下层数据包头部信息复杂度更低。

因此，由于MPLS字段通常是考虑的数据链路层和网络层之间的信息(L2.3)，并且能够提供超快速交换的能力，本发明采用MPLS的字段来定义多媒体流。

但是，在某些特殊情况下，为了更好的数据包类型区分，也可能需要利用上层头部信息对流进行定义，OpenFlow支持利用报头定义流。此外，流定义可能不依赖于当前IP，任何具有服务级别信息的寻址方案都可以用于定义多媒体类型流。

(2)基于SDN的两级队列和动态路由机制。

(2-1)在SDN的QoS机制中采用两级队列管理，区分对待大小流，将小流(数据流)分组放入高优先级队列，大流(视频业务流)分组进入低优先级队列，从而保障小流的时延和大流的带宽。

SDN交换机的每个输出端口都维持两个优先级不同的队列。队列调度器采用绝对优先级调度方法，即只有当高优先级的队列为空时，才允许将低优先级队列中的分组发送出去。当一个分组正在传输过程中，而一个高优先级的分组到达时，有两种处理方法：一种是允许当前正在传输的分组传输结束后再传送高优先级的分组，称为非强占优先级；另一种是高优先级分组要中断当前低优先级分组的传输，等待高优先级分组传输结束后，再接着传输低优先级分组，称为强占优先级。

如果考虑输出端口的发送具有非强占的特点，那么，当有分组正在传输时，新到达的分组(即使是高优先级的小流分组)就不得不等待，导致额外的等待时延。

采用两级队列管理机制能够改善小流的时延性能的主要原因是：高优先级的设置提高了传输小流的效率。如果不采用两级队列，大流会对小流造成伤害。

但由于需要等待正在发送分组的传输结束，小流经历的时延不仅包含排队时延，还增加了额外的等待时延，两级队列管理机制带来的时延增益有所下降。这是因为两级队列管理无法根除额外增加的等待时延。

可见当考虑输出端口处理能力具有非强占性时，小流将经历额外时延，而两级队列管理无法克服这个额外时延。为此本发明提出了一种将分级队列管理和动态路由结合起来的新机制在输出端口非强占特性的情况下来保证小流的时延和大流的带宽。

两级队列管理机制能够减小小流分组的排队时延。为了降低等待时延，本发明中，当链路忙时，为小流分组选择新的路由进行转发。

当输出端口没有被占用时，区分大小流，小流进入高优先级队列，大流进入低优先级队列，采用绝对优先级调度分组发送。当输出端口被占用时，在完成两级入队管理后，利用动态路由模块(即调度路由选择模块)为小流选取负载最轻的路径进行转发，以保证时延。

在路由选择中，本发明可以利用一个时间窗口内端口上处理的进入不同队列的流数目来进行负载的衡量。选择流数目的原因是为了更好地与前面两级队列管理相衔接。选择流数目作为衡量标准的好处主要是可分别对大流小流进行流数目统计，达到对大流和小流产生的负载的区分，更好地实现避免大流对小流产生的时延影响的目的。

SDN对流量进行可编程的灵活调度和可以收集全网信息的特性使得：针对不同的数据流定义不同的路由规则。SDN网络中的控制器是网络中确定路由更改的大脑，与不同数据流相关联的控制器中的不同算法可产生不同的路由选择，控制器告诉网络转发器如何引导业务流的规则。

本发明的输出端口中的两级队列调度机制由两级队列管理和动态路由调度两个模块姐成。两级队列管理分为数据收集和下发入队列决策两个阶段。OpenFlow交换机负责收集网络流量信息，并把流量信息汇报给控制器。控制器中负责队列管理的控制程序，利用收集到的信息，将多媒体流和数据流(即大流和小流)进行区分，并对每一条流下发入队策略。

动态路由调度分为数据收集和决策下发两个阶段进行。

首先，进行数据收集。控制器通过openflow协议收集网络流量，通过DDLP协议收集网络拓扑信息(调用本发明的SDN控制器的网络拓扑管理模块)，并提供给路由决策应用程序。

其次，进行路由决策(调用路由计算模块)。路由决策应用程序利用采集到的拓扑信息以及网络流量，然后基于流数目的动态路由算法选出最优路由，最终实现保证小流时延和大流带宽的目的。

(2-2)在SDN网络中使用SDN控制器进行路由，与传统网络有所不同，由于SDN网络的集中控制的特点，控制器可根据网络信息的整体情况做出最佳路由决策，无需像传统网络中那样，使用交换节点分布式路由算法。在一个的网络环境中，需要了解实时动态网络信息，主要包括动态变化的网络资源和网络流量状况。网络资源信息主要包括交换机、端口和主机信息，而网络流量信息主要包括基于流的流量统计和基于端口的流量统计信息。基于当前所获取的网络资源信息和网络流量信息，控制器可以根据当前的信息做出最正确的路由决策，从而实现网络的通信。

基于这一点，首先需要获得全局网络信息，然后再做出路由选择。整个动态路由机制包含三个部分：网络资源感知部分、网络流量监控部分和路径选择部分。网络资源感知部分用于检测网络拓扑信息，网络流量监控部分用于检测网络流量信息，这两部分将信息传递给路径选择部分，路径选择部分负责利用得到的信息做出正确的路由选择。其中网络资源感知部分、网络流量监控部分和路径选择部分的具体实现过程如下：

1)网络资源感知部分。

网络资源感知模块用于检测网络资源的实时变化，包括拓扑信息和主机信息。SDN网络的集中控制使得控制器可基于全局信息做出最佳决定，而不需要在交换节点上使用分布式路由算法。

2)网络流量监控部分。

网络的信息除了物理资源信息以外，还包括逻辑链路等信息。此外，获取网络的数据流量的统计情况对防止网络故障，合理优化网络等方面起到了重要的作用。网络流量监控模块实现了对端口流量和流表项流量的监控。使应用可周期获取到流量信息。

除了物理资源信息之外，网络的信息还包括诸如逻辑链路，数据流流量统计等信息。此外，网络数据流量的统计在防止网络故障和合理优化网络方面发挥了重要作用。网络流量监控模块监控流表项的流量和端口的流量。使应用程序可以循环获取流量信息。

3)路径选择部分。

路径选择部分，是基于以上网络流量监控模块提供的流量信息和网络资源感知模块提供的网络资源信息，利用这些信息进行路径选择。

本发明基于端口队列的流数目进行最优路径选择，实现的步骤为：

a.找出源交换机到目的交换机所有路径中的前K条最短路径，K为经验预设值；

b.统计K条路径的每一跳交换机端口的相应队列中的流数目，并统计K条路径中的每条路径的所有跳的累计流数目，将累计流数目最少的那一条作为最优路径；

其中，步骤a中，需要找出源交换机到目的交换机的所有路径中的前K条最短路径。通过网络资源感知模块来实现网络拓扑资源的感知并计算出最短路径。首先控制器通过下发LLDP报文来获取网络链路信息，然后使用网络信息生成网络拓扑图。网络感知应用程序将拓扑信息存储在DAG图中并利用函数找到源交换机到目的交换机的最短路径。

步骤b中，比较K条路径的每一跳路径的累计流数目。衡量的参数是下一跳路由端口的队列长度，这里用队列数目粗略的代替队列长度。

其中步骤a中，生成网络拓扑图时，基于DAG的SDN网络拓扑结构表达(策略部署模块内部机理)生成对应的网络拓扑图。DAG图是指一个无环的有向图，被广泛应用于描述业务逻辑。由于DAG可以直观表达数据的流向和节点关系，本发明使用DAG对SDN网络拓扑结构进行建模。

实施例

参见图4所示的网络结构，基于是否使用QoS(服务质量保证)业务注册服务器，将会存在两种不同的传输流程。

1、不采用QoS(服务质量保证)业务注册服务器的传输流程：

(1-1)图4中所示的网络拓扑结构中，实线所连接的两个设备在网络上互通，SDN控制器与其他设备用虚线相连，表示安全通道，在网络上也是互通的。

其中，SDN控制器所管控的范围为一个自治***(AS)，定义路由器S1为该AS的一个边缘路由器。对自治网络1(AS 1)和自治网络2(AS 2)来说，均有其对应的SDN控制器，图中未示出。S表示SDN网络中的SDN交换机。

(1-2)位于AS 1的多媒体服务用户h1向位于AS 3的多媒体服务器h2发送请求数据包，以获取多媒体服务。

(1-3)当h1发出的请求数据包进入SDN网络的时候，服务请求数据包进入SDN网络边界网络设备，S1处产生packet_in数据包。

(1-4)packet_in数据包到达位于AS 2的SDN控制器，显然packet_in是服务请求数据包，为数据流，SDN控制器不调用相关QoS模块，SDN控制器向位于AS 2的所有网络设备发送广播信息，所有SDN交换机收到相关信令则与SDN建立对应的安全通道(pipeline)(即图中虚线部分)。

(1-5)安全通道建立以后，AS 2网络中的网络设备向SDN控制器发送自己及周围邻居的信息，使SDN控制器获取整个AS 2网络的网络信息(流量信息、带宽信息、拥塞信息、自治网络拓扑结构信息等)。

(1-6)AS 2内SDN控制器获取所管辖自治网络信息，利用路由管理模块和路由计算模块，选取一般最短路由算法，为packet_in数据包选路。

(1-7)packet_in通过最优路径转发到达多媒体服务器h2，h2响应请求产生respond数据包，与SDN控制器通过之前建立好的安全通道进行通信，SDN控制器收到respond数据包，调用QOS模块。

(1-8)SDN控制器执行流预处理，为后续产生的多媒体流QoS路由作保障。

(1-9)SDN控制器将流预处理结果反馈给h2服务器，h2根据结果拒绝提供多媒体服务或是产生packet_service数据包。若h2服务器拒绝提供多媒体服务，则经过一段时间(Timeout)后，h1重新发送新packet_in，重复上述(1-2)～(1-8)过程，否则进入步骤(1-10)。

(1-10)h2将packet_service发送到SDN控制器，控制器判断packet_service所属流类型，对packet_service数据包头部打上流标记之后再将packet_service送回到服务器h2处，在自治网络AS 2中按以下规则进行转发：

若packet_service为数据流，按一般最短路径算法进行转发。

若packet_service为媒体流，利用QOS路由算法转发。

(1-11)转发过程中SDN控制器通过安全通道沿着packet_service行进的路线安装相应流表表项(从S4到S1逆向安装表项)，以保证全网资源的一致性。

(1-12)每经过一段时间，SDN控制器重新调用拓扑模块，以获取实时更新的自治网络信息。

(1-13)Packet_service流到达AS 2自治网络的边缘网络设备(SDN交换机)，传输到AS 1自治网络中。

2、基于SDN构架的QoS注册服务器传输流程：

网络业务需求：h1发出视频请求，h2完成视频注册服务，网络提供QoS保障的网络连接。

(2-1)h1发出视频请求，产生request包，S1处产生packet_in,S1将packet_in送到SDN控制器,控制器进行选路，采用数据流选路算法(比如最短路径算法，以避开其他视频流)；

(2-2)控制器安装表项(以保证网络的一致性)，从S4到S2逆向安装表项；

(2-3)观看请求送到h2；

(2-4)h2注册QoS服务，h2生成完整QoS申请，h2生成的QoS Flow送到h3，h3与控制器通信完成接纳决策。若可以直接接纳，则进行选路；不能直接接纳则调整网络流量后选路；

(2-5)h3通知h2和h1视频业务QoS注册结果；

(2-6)h2向h1发送视频流，视频流到达h1时逆向安装表项；

(2-7)h1和h2之间在SDN控制器的监测下正常通信。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (2)

1.一种用于接入业务传输的SDN控制器，包括SDN控制器接口、网络拓扑管理模块、路由管理、流管理模块、路由计算模块、呼叫禁入模块、传输交通管制模块、设备管理模块、网络测量模块、QOS模块和SDN标准控制模块；

其中，SDN控制器接口包括：

控制器-转发器接口，用于SDN控制器为转发器提供安全通道；

控制器-控制器接口，用于SDN控制器之间的信息交互；

控制器-服务接口，用于服务提供者设置管理规则；

网络拓扑管理模块，用于基于从各个转发器收到的网络数据获取当前网络拓扑信息，并发送给路由管理模块和路由计算模块；

路由管理模块：用于确定当前网中的各路由器的路由器工作信息；

流管理模块，用于基于通过控制器-服务接口获取流管理定义，并通过链路聚合进行有效的流管理；

路由计算模块，用于计算和确定不同业务类型的路由流；

呼叫禁入模块：当请求的QoS参数没有可行的路由路线时，此模块拒绝/阻止当前请求，并通知SDN标准控制模块执行对应的指令；

传输交通管制模块：用于确定数据流是否与QoS请求参数一致，并且在不一致时执行预设的管制规则；

设备管理模块：用于记录和发现使用中的网络设备，追踪不同设备在网络中的转移，并记录不同设备的配置信息；

网络测量模块：用于获取当前网络信息，包括链路使用率、数据丢包率和网络时延，并将当前网络信息实时传输给路由计算模块；

QOS模块，获取用户对于不同数据流的定义，通过定义来区分数据流的QoS服务需求；同时用于对路由计算模块生成的不同业务类型的路由流，使用有向无环图模型进行描述和解析，并映射为SDN控制器命令，调用SDN标准控制模块生成流表，建立安全信息，下发流表；

SDN标准控制模块：用于对网络状态进行管理、控制控制器与转发层设备的会话，以及控制网络流量。

2.基于权利要求1所述的SDN控制器的动态差异化的控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：网络中的QOS流预处理：

设置多媒体业务流的类型区分符，并将多媒体业务流中的数据业务流定义为小流，视频业务流定义为大流；同时为每个类型设置不同的优先级；

步骤2：基于SDN的两级队列和动态路由机制对待转发的业务流进行路由转发：

设置SDN交换机的每个输出端口都维持两个优先级不同的转发队列：高优先级队列和低优先级队列；且输出端口的队列调度器采用绝对优先级调度方式：只有当高优先级队列为空时，才发送低优先级队列中的分组；

将当前到达的小流存入高优先级队列，大流存入低优先级队列；

并判断输出端口是否空闲时，若空闲，则采用绝对优先级调度方式；否则为高优先级队列中的小流选取负载最轻的路径进行转发直到输出端口空闲；

同时，进行路由转发时，路径的选择方式为：

基于网络资源信息构建网络拓扑结构图，其中网络拓扑结构图的表达方式为无环有向图；

基于网络拓扑结构图，查找源交换机到目的交换机的所有路径中的前K条最短路径；

再基于网络资源信息，分别统计所述K条路径中的每条路径中的每一跳交换机端口的转发队列中的流数量，累加所有跳的转发队列中的流数量，得到每条路径的流总量，将K条路径中流总量最少的路径作为最优路径。

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