[发明专利]一种不确定网络环境下RYU控制器流表自动生成方法

说明书

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。

技术领域

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，尤其涉及基于OpenFlow协议的RYU控制器对应网络流表自动生成方法，主要应用于软件定义网络的可靠性验证以及流表的自动生成，属于信息通信技术领域。

背景技术

软件定义网络是一种新型网络架构，其设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，并实现可编程化的集中控制。然而在使用SDN配置网络的各个软件工程开发阶段，包括需求分析，系统设计，代码实现等，容易引入人为错误，从而导致网络环路、次优路由策略、网络黑洞、DDoS 攻击等网络故障。随着网络规模的扩大以及网络需求的增多，通过严格的数学和模型去验证网络的正确性，安全性以及容错性成为了软件定义网络发展的关键环节，其发展逐渐受到动态网络环境变化，多目标优化以及验证与优化一体化的挑战，首先缺少环境对网络的非确定性影响的描述，不能根据环境变化来调整网络策略并且验证网络的正确性；其次随着网络设备使用范围的扩大，网络能耗也越来越大。而目前许多网络设备在能源管理方面没有被优化，因此在保证网络性能的同时减少能量消耗至关重要。基于软件定义网络的中央决策的机制，可以设计算法降低整个网络能耗。然而，在动态网络环境下权衡网络的能效、延迟和吞吐量性能是一个NP-hard问题，缺少一体化框架完成对软件定义网络的转发策略进行优化的同时验证网络的正确性的功能。

现有工作绝大多数建立网络能耗分析模型来减少网络能耗，但是能耗模型受到网络参数的影响，灵活性较差。对于基于策略的网络管理架构，交换机的能耗信息以及中央控制器的控制信息增加的额外开销较大，且现有工作未考虑到网络的非确定性变化，缺少环境对网络的非确定性影响的建模，不能根据环境变化来调整网络策略，而在重新配置网络的过程中未考虑因为人为错误或者网络延时等原因造成的网络规则冲突的问题，从而导致网络环路或者网络黑洞等问题。目前的工作主要采用在网络性能限制条件下对能耗进行线性优化，本发明采用基于权重组合的帕累托优化方法对网络吞吐性能，网络延迟和网络能耗进行多目标优化，且自动生成软件定义网络交换机流表，一方面可以使得转发策略可根据网络环境以及用户需求动态调整，另一方面避免人为引入错误，提高系统可靠性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种不确定网络环境下RYU控制器流表自动生成方法，一方面通过对模型进行属性查询避免网络环路问题，另一方面自动生成流表转发策略，避免人为错误，提高软件定义网络对于环境变化的自适应性。

实现本发明目的的技术方案是：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，表示使用的网络交换机状态的集合；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；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；