[发明专利]一种基于时间片轮转的数据中心网络流调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于时间片轮转的数据中心网络流调度方法，属于数据中心网络领域。

背景技术

数据中心作为高收益在线服务(web搜索，社交网络，广告系统和推荐系统)的关键基础设施，其网络性能越来越受到人们的关注。这些应用对数据中心网络产生了低延迟的需求。用户体验受应用响应速度的影响很大，甚至几百毫秒的延迟都能显著降低用户体验。例如，亚马逊发现延迟每增加100ms就会造成收入下降一个百分点。

web搜索应用是数据中心中的一种典型应用，其遵循partition-aggregate工作模式。在该工作模式下，不同设备具有不同的角色。它们分别为top-level aggregators(TLAs)、mid-level aggregators(MLAs)和工作节点。TLAs接收请求并将完成请求所需的计算分成几部分交给各个MLA。MLA继续将计算分成适当的规模交给各个工作节点。各个工作节点并行地执行具体的计算并将结果返回给MLA，每个MLA将接收到的结果合并后转发给相应的TLA。这种工作模式会导致数据中心网络中同时产生短数据流和长数据流。这种短数据流主要由不同层(level)的aggregators，或者是MLAs与工作节点的交互而产生。长数据流主要由工作节点执行大规模的后台并行计算而造成。对于交互式应用来说，减少短数据流的完成时间可以显著提高这种交互式应用的响应时间，但是这并不意味着可以完全的忽略由后台计算产生的长数据流。换句话说，这种由后台计算而产生的长数据流只需要得到一定的资源将所有的数据量传输完就可以，是对吞吐率敏感的流，而这种短数据流是对延迟敏感的。当延迟不敏感的长数据流和延迟敏感的短数据流共享相同的队列时，短数据流会因队列中长数据流的累积而经历较长的时延。同时，典型的流调度算法ECMP并未很好的解决网络拥塞问题，一旦链路发生拥塞又会进一步加重网络的延迟，从而造成短数据流迟迟不能完成。为了改善网络性能，一种高效的调度算法需要在不显著降低长数据流的传输性能的同时保证短数据流的延迟需求。

发明内容

为了达到这个目的，本发明提供了一种基于SDN且同时考虑长数据流和短数据流的网络流调度方法。首先，为了充分利用网络中的冗余线路，通过动态选路的方法均衡分配网络中的数据流，从而避免拥塞。其次，为减小短数据流的传输延迟，在交换设备中的出端口处配置两个具有不同优先级的FIFO队列，高优先级队列中存放短数据流的数据包，低优先级的队列中存放长数据流的数据包，使得短数据流优先长数据流发送，从而降低短数据流的延迟。

本发明采取的技术方案如下：

(1)采用支持OpenFlow协议的SDN交换机来构建互联网络。

(2)利用OpenFlow协议获取交换机间的链路使用情况，控制器通过向支持OpenFlow协议的SDN交换机发送ofp_port_stats_request消息来获取交换机间的链路信息。具体步骤如下：

a.每隔一定的时间间隔T₁，控制器向网络中所有SDN交换机发送一次ofp_port_stats_request消息，并等待SDN交换机响应；

b.控制器收到ofp_port_stats的响应消息后触发PortStatsReceived事件，通过调用事件处理函数获取到目前为止该端口传输的总字节数；

c.计算当前传输总字节数与上次收集的传输总字节数的差值并除以时间间隔T₁，该值可近似看作该端口当前所占带宽。

d.将计算得到的带宽值存储在结构{dpid,port,bandwidth}中，其中bandwidth既为端口的传输带宽。

(3)动态选路策略

利用网络中的冗余路径来减小网络拥塞的可能性，具体步骤如下：

a.当控制收到openflow交换机发送的packet-in消息后，触发PACKETIN事件，通过调用事件处理函数，控制器将流的标识<srcip,dstip,srcport,dstport,proto>解析出，并记录下来；

b.利用(2)中得到的不同链路的带宽使用情况，选取带宽利用率最低的那条链路作为数据流的转发路径；

c.将所选择的路径添加到相应SDN交换机的流表中，并通知交换机转发该流。

(4)利用OpenFlow协议获取各个流的已传输字节数，控制器通过向支持OpenFlow协议的SDN交换机发送ofp_flow_stats_request消息来获取各个流的已传输字节数。具体步骤如下：