[发明专利]基于多层虚拟拓扑节能的SDN数据中心网络流量调度方法

权利要求书

1.基于多层虚拟拓扑节能的SDN数据中心网络流量调度方法，其特征在于，包括以下几步：

S1、首先对节能流量调度问题建立整数线性规划优化数学模型，其中目标函数为最小化网络能源消耗，满足的条件包括链路带宽限制约束条件和流量守恒约束条件，然后采用节能流量调度算法求解该模型；

S2、在节能流量调度算法的初始化阶段，SDN控制器将收集的数据中心网络拓扑结构划分为多层虚拟拓扑，并开启第一层虚拟拓扑，休眠其他高层虚拟拓扑结构；

S3、对于新到达网络的数据流，SDN控制器首先计算最大链路利用率u_l，根据其值的大小决定开启或关闭高一层虚拟拓扑；

S4、控制器在当前开启的虚拟拓扑中，从K-最短路径集中选出一条合适路径，对该数据流进行路由。

2.根据权利要求1所述的基于多层虚拟拓扑节能的SDN数据中心网络流量调度方法，其特征在于，步骤S1中整数线性规划优化数学模型包括，在承载所有网络负载的前提下，使得网络能源消耗最小，目标函数如下：

其中，G(V，L)表示数据中心网络，L为数据链路集合，l表示任意一条链路，V为交换机节点的集合，v表示任意一个交换机节点，COST_l表示任意链路l的能源消耗，COST_v表示交换机节点v的能耗，x_l和y_v分别表示链路和交换机状态，0代表关闭，1代表开启。

3.根据权利要求2所述的基于多层虚拟拓扑节能的SDN数据中心网络流量调度方法，其特征在于，步骤S1中整数线性规划优化数学模型的链路带宽限制约束条件为：

其中，F为数据中心网络承载的数据流集合，f为数据流，b_f为带宽的数据流，c_l表示链路带宽，表示链路l承载数据流f的状态，0代表未承载，1代表承载。

4.根据权利要求3所述的基于多层虚拟拓扑节能的SDN数据中心网络流量调度方法，其特征在于，步骤S1中整数线性规划优化数学模型的流量守恒约束条件为：

L_v表示与交换机ν相连的链路集合，L_ν'表示该节点入链路集合，L_ν”表示所有出链路集合，表示任意一个数据流的源点和终点。

5.根据权利要求1所述的基于多层虚拟拓扑节能的SDN数据中心网络流量调度方法，其特征在于，步骤S2中划分多层虚拟拓扑的具体步骤为：

S21、SDN控制器利用地址解析协议ARP收集数据中心网络拓扑信息；

S22、利用最小生成树算法，根据核心交换机数量n生成多个以核心交换机为根结点的独立最小生成树，将每个最小生成树中的结点交换机和链路分别存入Gi(Vi，Li)中；

S23、将G0选作第一层虚拟拓扑，VG1＝(V0，L0)；

S24、将第一层虚拟拓扑VG1与G1合并构成第二层虚拟拓扑VG2，构成方法定义为：

a)VG2的结点集合定义为V₀∪V₁-V₀；

b)VG2的链路集合定义为L₀∪L₁-L₀；

S25、将第二层虚拟拓扑VG2与G2合并构成第三层虚拟拓扑VG3；以此类推，依次构成更高层拓扑；

S26、开启第一层虚拟拓扑VG1，即将其中的交换机开启，链路均设置为工作状态，着色为绿色，其他高层拓扑中的交换机和链路均设置为休眠状态，链路均着色为红色。

6.根据权利要求1所述的基于多层虚拟拓扑节能的SDN数据中心网络流量调度方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤如下：

S31、若最大链路利用率u_l＞阈值1，预开启高一层虚拟拓扑，将其中的链路均着色为黄色，否则转步骤S34；

S32、若最大链路利用率u_l＞阈值2，开启高一层虚拟拓扑，将其中的链路均着色为绿色，否则转步骤S34；

S33、若预开启/开启了高一层虚拟拓扑，则将新开启的交换机中无链路连接的端口休眠；

S34、从K-最短路径中选择一条路径，使得该路径上的所有链路颜色均为绿色，并且最大链路利用率u_l为最小，在该路径上路由数据流；

S35、收集并计算最大链路利用率u_l，若u_l＜阈值1，持续时间超过T并且已开启过高一层拓扑，则在数据流传递结束后休眠高一层，即将交换机休眠，链路均着色为红色。