一種用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網(wǎng)絡(luò)及其流量疏導(dǎo)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網(wǎng)絡(luò)及其流量疏導(dǎo)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力通信網(wǎng)中的子站與電力通信網(wǎng)中的主站之間的數(shù)據(jù)通信采用的是傳統(tǒng)的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。傳統(tǒng)封閉式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無法實現(xiàn)云計算等新服務(wù)的快速發(fā)展與部署。由于缺少全局網(wǎng)絡(luò)視圖，服務(wù)質(zhì)量也無法完全保證。軟件定義網(wǎng)絡(luò)利用全局網(wǎng)絡(luò)資源，通過開放可編程的接口實現(xiàn)按需服務(wù)部署，從而得到廣泛青睞。
[0003]但是，在現(xiàn)有軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，流表項的idle_timeout值設(shè)置較小，即經(jīng)過idle_timeout秒后，未能與數(shù)據(jù)包相匹配的流表項將快速過期。在這種情況下，若有數(shù)據(jù)包到達交換機，即使是與該數(shù)據(jù)包相匹配的流表項，也因被刪除而需重新建立，從而產(chǎn)生過大的處理延遲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有方法存在的不足，本發(fā)明提供一種用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網(wǎng)絡(luò)及其流量疏導(dǎo)方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0006]—種用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網(wǎng)絡(luò)，包括客戶終端，還包括一個集中式控制器和多個支持OpenFlow協(xié)議的交換機；
[0007]所述集中式控制器，用于與多個支持OpenFlow協(xié)議的交換機建立連接關(guān)系；向各交換機發(fā)送消息要求各交換機向其發(fā)送他們各自的物理特征和功能信息；對各交換機的屬性進行設(shè)置并刪除所有的流表項；根據(jù)交換機收集的鏈路信息，獲取整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲；根據(jù)用戶請求信息及網(wǎng)絡(luò)拓撲，通過OpenFlow協(xié)議為每條數(shù)據(jù)流建立全局最短路徑；要求所述路徑上的交換機發(fā)送實時流量統(tǒng)計信息；根據(jù)動態(tài)流量統(tǒng)計信息，調(diào)整idle_timeout值，實現(xiàn)流量疏導(dǎo)；
[0008]所述交換機，用于與集中式控制器建立連接關(guān)系；將其物理特征和功能信息發(fā)送給集中式控制器；根據(jù)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議將鏈路信息發(fā)送給集中式控制器；將用戶的請求信息發(fā)送給集中式控制器；應(yīng)集中式控制器的要求，將流量統(tǒng)計信息發(fā)送給集中式控制器；
[0009]所述的用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網(wǎng)絡(luò)的流量疏導(dǎo)方法，包括如下步驟:
[0010]步驟1:集中式控制器與各支持OpenFlow協(xié)議的交換機之間協(xié)商雙方支持的OpenFlow協(xié)議版本，以建立連接關(guān)系；
[0011]步驟2:集中式控制器向各交換機發(fā)送消息要求各交換機向其發(fā)送他們各自的物理特征和功能信息；
[0012]步驟3:各交換機應(yīng)集中式控制器要求向集中式控制器發(fā)送他們各自的物理特征和功能信息；
[0013]步驟4:集中式控制器對各交換機的屬性進行設(shè)置；
[0014]步驟5:集中式控制器對各交換機進行初始化設(shè)置，即刪除所有的流表項；
[0015]步驟6:各交換機根據(jù)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議將鏈路信息發(fā)送給集中式控制器；
[0016]步驟7:根據(jù)交換機收集的鏈路信息，獲取整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲；
[0017]步驟8:第一個收到用戶請求信息的交換機將其收到的用戶請求信息發(fā)送給集中式控制器；
[0018]步驟9:根據(jù)用戶請求信息及網(wǎng)絡(luò)拓撲，通過OpenFlow協(xié)議為用戶請求建立全局最短路徑；
[0019]步驟10:集中式控制器要求所述路徑上的交換機發(fā)送實時流量統(tǒng)計信息；
[0020]步驟11:根據(jù)動態(tài)流量統(tǒng)計信息，集中式控制器調(diào)整idle_timeout值，實現(xiàn)流量疏導(dǎo);
[0021]方法為:先對匹配流表項的數(shù)據(jù)包數(shù)量進行統(tǒng)計，當數(shù)據(jù)包數(shù)量超過給定閾值后，提高流表項idle_timeout的值使其大于數(shù)據(jù)包間隔時間，而無需重新建立流表項，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)包與流表項匹配；
[0022]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明將軟件定義網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于電力數(shù)據(jù)通信中，使得電力數(shù)據(jù)通信獲得了全局網(wǎng)絡(luò)視圖，服務(wù)質(zhì)量得到較高質(zhì)量保證。又針對用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網(wǎng)絡(luò)提出一種流量疏導(dǎo)方法，動態(tài)設(shè)置idle_time0Ut值，由此，縮減了通信數(shù)據(jù)包處理延遲，提高了具有大規(guī)模數(shù)據(jù)通信量的電力數(shù)據(jù)通信的效率。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施方式的用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網(wǎng)絡(luò)拓撲示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實施方式的軟件定義網(wǎng)絡(luò)工作原理圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實施方式的流表項結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明實施方式的用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網(wǎng)絡(luò)的流量疏導(dǎo)方法流程圖；
[0027]圖5為本發(fā)明實施方式的流量疏導(dǎo)方法中idle_timeout值調(diào)整方法示意圖；
[0028]圖6為本發(fā)明實施方式采用用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網(wǎng)絡(luò)的流量疏導(dǎo)方法與未采用流量疏導(dǎo)方法的平均通信延遲對比圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0030]本實施方式的用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示，包括客戶終端主機1和主機2，還包括一個集中式控制器和7個支持OpenFlow協(xié)議的交換機；其中主機1負責發(fā)送數(shù)據(jù)包而主機2負責接收數(shù)據(jù)包。主機1相當于電力通信網(wǎng)中的子站，主機2相當于電力通信網(wǎng)中的主站，利用主機1和主機2模擬電力通信網(wǎng)中主站和子站之間的通信。其中，本實施方式的集中式控制器采用的是Ν0Χ ;采用OpenvSwitch，結(jié)合KVM虛擬化平臺生成七個支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機。本實施方式中的Ν0Χ控制器、主機1和主機 2 的 IP 地址分別為 192.168.100.100，192.168.100.1,192.168.100.2。七個支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機依次為BrO，Brl，Br2，Br3，Br4，Br5，Br6，它們的IP地址依次為 192.168.100.20，192.168.100.21，192.168.100.22，192.168.100.23，192.168.100.24，192.168.100.25，192.168.100.26。
[0031]軟件定義網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是基于流的操作。交換機按照流表項的規(guī)則來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，所有的網(wǎng)絡(luò)控制功能由Ν0Χ控制器中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用來完成。如圖2所示，Ν0Χ控制器主要包括Ν0Χ的核心模塊和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模塊。其中核心模塊主要包括:線程庫模塊；事件調(diào)度模塊；應(yīng)用部署模塊；0penFlOW數(shù)據(jù)的解析與封裝模塊；連接管理模塊等。其中，線程庫模塊用于提供操作系統(tǒng)的線程操作。事件調(diào)度模塊負責將產(chǎn)生的事件調(diào)度給相應(yīng)的應(yīng)用，以便對事件做出相應(yīng)的處理。應(yīng)用部署模塊負責協(xié)調(diào)各個應(yīng)用之間的部署執(zhí)行。OpenFlow數(shù)據(jù)包的解析與封裝模塊用于解析與封裝OpenFlow協(xié)議數(shù)據(jù)包。連接管理模塊負責控制器與交換機之間的連接建立。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模塊主要包括:存儲應(yīng)用；發(fā)現(xiàn)應(yīng)用；主機跟蹤應(yīng)用；認證應(yīng)用；拓撲應(yīng)用；路由應(yīng)用；監(jiān)控應(yīng)用；生成樹應(yīng)用；流量疏導(dǎo)應(yīng)用等。存儲應(yīng)用用于存儲交換機的基本信息。發(fā)現(xiàn)應(yīng)用負責發(fā)現(xiàn)底層交換機，通過Packet_0Ut消息命令交換機發(fā)送LLDP包進而發(fā)現(xiàn)鏈路，并拋出link event事件。主機跟蹤應(yīng)用用于對接入網(wǎng)絡(luò)的主機進行跟蹤。認證應(yīng)用負責跟蹤網(wǎng)絡(luò)中主機和交換機的位置。拓撲應(yīng)用用于保存網(wǎng)絡(luò)中目前激活的鏈路結(jié)構(gòu)。負責維護和更新整個底層物理網(wǎng)絡(luò)的拓撲。路由應(yīng)用用于利用動態(tài)最短路徑算法計算出節(jié)點之間的路徑。監(jiān)控應(yīng)用負責收集和保持網(wǎng)絡(luò)中的交換機、流表、隊列以及端口的統(tǒng)計信息。生成樹應(yīng)用模塊是選路模塊必不可少的底層模塊。在OpenFlow網(wǎng)絡(luò)中，控制器可以通過Port_mod消息對交換機的物理端口進行設(shè)置，可以使該端口對廣播包進行丟棄。這意味著即使交換機收到對數(shù)據(jù)包的洪泛的命令，該數(shù)據(jù)包也僅僅是從確定的幾個端口發(fā)送出去，而不是交換機上的所有端口，這樣就避免了廣播風(fēng)暴。流量疏導(dǎo)應(yīng)用用于利用多流統(tǒng)計消息動態(tài)統(tǒng)計匹配數(shù)據(jù)包的個數(shù)，當流表項匹配數(shù)據(jù)包的個數(shù)超過預(yù)設(shè)的閾值時，修改Idle_timeout的值進而減少流表重建立的時間，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩说蕉藭r延。
[0032]流表由很多個流表項組成，每個流表項就是一個轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。進入交換機的數(shù)據(jù)包通過查詢流表來獲得轉(zhuǎn)發(fā)的目的端口。流表項如圖3所示，由頭域、計數(shù)器和操作組成。其中，頭域是個十元組，是流表項的標識；計數(shù)器用來計數(shù)流表項的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；操作標明了與該流表項匹配的數(shù)據(jù)包應(yīng)該執(zhí)行的操作。0F安全通道連接OpenvSwitch交換機和Ν0Χ控制器。Ν0Χ控制器通過這個接口控制和管理OpenvSwitch交換機，同時控制器接收來自交換機的事件并向交換機發(fā)