專利名稱：一種多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及基于該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由眾多物理設(shè)備組成的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，尤其涉及一種基于服務(wù)虛擬化、具有云服務(wù)特征、開放接口的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，即一種多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及基于該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心(CNNIC) 2011年最新發(fā)布的《第27次中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示，截止2010年12月，中國(guó)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到4. 57億，較2009年底增加 7330萬人，其中，國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)視頻用戶規(guī)模為2. 84億，在網(wǎng)民中的滲透率約為62.1%，年增長(zhǎng) 4354萬人，年增長(zhǎng)率達(dá)18.1 %。另一方面，Cisco公司2010年發(fā)布的互聯(lián)網(wǎng)流量統(tǒng)計(jì)，視頻流量大約占據(jù)了互聯(lián)網(wǎng)流量的90%。
在這樣的背景下，各種互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)硬件設(shè)備的需求也迅速增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的解決方法是通過大量的設(shè)備部署來滿足應(yīng)用需求。然而，如果為每個(gè)應(yīng)用都部署大量設(shè)備，一方面給服務(wù)提供商帶來了很大的成本壓力，另一方面，設(shè)備無法得到充分利用，帶來了資源的巨大浪費(fèi)。如何將這些設(shè)備的資源充分利用起來部署不同的服務(wù)成為一個(gè)重要的問題。針對(duì)這個(gè)問題，虛擬化技術(shù)得到了越來越多的關(guān)注。
在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，虛擬化(Virtualization)是一個(gè)表現(xiàn)邏輯群組或電腦資源的子集的進(jìn)程，用戶可以用比原本的組態(tài)更好的方式來存取這些進(jìn)程。這些資源的虛擬部份是不受現(xiàn)有資源的架設(shè)方式，地域或物理組態(tài)所限制的。IBM從模式的觀點(diǎn)定義虛擬化為 “是資源的邏輯表示，它不受物理限制的約束”?；谶@個(gè)觀點(diǎn)虛擬化可分為以下幾類，包括單一資源的多個(gè)邏輯表示、多個(gè)資源的單一邏輯表示、在多個(gè)資源之間提供單一邏輯表示、 單個(gè)資源的單一邏輯表示以及復(fù)合或分層虛擬化。
單機(jī)的虛擬化主要是為了屏蔽物理硬件的細(xì)節(jié)，在同一臺(tái)機(jī)器上安裝不同的操作系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的。為了滿足彈性資源、穩(wěn)定可靠的資源共享等需求，基于網(wǎng)絡(luò)的資源虛擬化逐漸成為了虛擬化的主流。云計(jì)算正是以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)為載體、以提供基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺(tái)、軟件等服務(wù)為形式，整合大規(guī)?？蓴U(kuò)展的計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等分布式計(jì)算資源進(jìn)行協(xié)同工作的超級(jí)計(jì)算模式。云計(jì)算通過將各種互聯(lián)的計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等資源進(jìn)行有效整合并實(shí)現(xiàn)多層次的虛擬化與抽象，有效地將大規(guī)模的計(jì)算資源以可靠服務(wù)的形式提供給用戶，從而將用戶從復(fù)雜的底層硬件邏輯、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、軟件架構(gòu)中解放出來。當(dāng)云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)算和處理的核心是大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理時(shí)，云計(jì)算系統(tǒng)中就需要配置大量的存儲(chǔ)設(shè)備，那么云計(jì)算系統(tǒng)就轉(zhuǎn)變成為一個(gè)云存儲(chǔ)系統(tǒng)，所以云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。
目前,包括谷歌、IBM、微軟、亞馬遜、EMC、vMware、Salesforce、Alisoft等知名 IT 企業(yè)紛紛推出云計(jì)算解決方案，主要集中在以基礎(chǔ)設(shè)施或平臺(tái)形式為用戶提計(jì)算環(huán)境、廉價(jià)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、以及在計(jì)算與存儲(chǔ)能力之上構(gòu)建的各種服務(wù)，即當(dāng)前云的三種主要服務(wù)模式-1aaS、PaaS、SaaS。IBM 的“藍(lán)云”(Blue Cloud)計(jì)算平臺(tái)采用了 Xen、PowerVM 虛擬技術(shù)和Hadoop技術(shù),幫助客戶構(gòu)建云計(jì)算環(huán)境。Google使用了可擴(kuò)展的分布式文件系統(tǒng) Google File System(GFS)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PB級(jí)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的集群式存儲(chǔ)，以應(yīng)用托管、企業(yè)搜索以及其他形式為企業(yè)提供云式服務(wù)。Amazon的Amazon Web Services (AWS)包括四種主要的服務(wù)Simple Storage Service (S3,簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù))、Elastic Compute Cloud (EC2, 彈性可擴(kuò)展云計(jì)算服務(wù)器)Simple Queuing Service (—種簡(jiǎn)單的消息隊(duì)列)；以及仍處在測(cè)試階段的SimpleDB (簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫管 理)。Sun提出的“云計(jì)算可描述在從硬件到應(yīng)用程序的任何傳統(tǒng)層級(jí)提供的服務(wù)”的觀點(diǎn)。微軟的Azure云平臺(tái)以微軟全球基礎(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，向上搭建應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)、開發(fā)者接口及最終的在線服務(wù)。很多開源云計(jì)算平臺(tái)項(xiàng)目也都提出了較完整的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比較成熟的包括AbiCl0ud、EucalyptuS、M0ng0DB、ECP、 Nimbus等項(xiàng)目。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界也紛紛就云計(jì)算進(jìn)行深層次的研究?，F(xiàn)有研究大多集中于云體系結(jié)構(gòu)、云存儲(chǔ)、云數(shù)據(jù)管理、虛擬化、云安全、編程模型等方面。
但是對(duì)需求變化快、服務(wù)質(zhì)量要求高、網(wǎng)絡(luò)流量大的業(yè)務(wù)，特別是對(duì)于占當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)流量絕大部分的流媒體業(yè)務(wù)，上述云計(jì)算解決方案仍然存在一些不足
I)現(xiàn)在的云計(jì)算解決方案的基礎(chǔ)設(shè)施都是在數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)的，往往規(guī)模很大，需要的帶寬很高，導(dǎo)致投資成本很高，普通的中小企業(yè)無力負(fù)擔(dān)。而很多業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是，初期用戶少，并不需要很強(qiáng)的處理能力，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，所需要的處理能力爆炸式增長(zhǎng)。對(duì)于這些業(yè)務(wù)，企業(yè)可以有兩種選擇，一種是將業(yè)務(wù)部署于已有的云計(jì)算平臺(tái)，按照實(shí)際處理能力向這些云計(jì)算平臺(tái)提供商付費(fèi)，但是當(dāng)業(yè)務(wù)越來越大的時(shí)候，企業(yè)所需付出的成本越來越高，如果此時(shí)企業(yè)想改變部署方式，向其他云計(jì)算平臺(tái)遷移或搭建自己的平臺(tái)，所需要的遷移成本更是無法估量；另外一種方式是一開始就搭建自己的業(yè)務(wù)平臺(tái)，此時(shí)初期的部署成本很高，并且設(shè)計(jì)之初就必須考慮到業(yè)務(wù)發(fā)展以后可能的處理能力需求。因此，一種能夠按需部署設(shè)備，且部署地點(diǎn)自由，部署方式靈活的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有很高的存在價(jià)值；
2)現(xiàn)有的云計(jì)算解決方案都是集中式的，離用戶的距離往往很遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸通常需要經(jīng)過很復(fù)雜的鏈路環(huán)境，對(duì)于需要保證服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)流量巨大的業(yè)務(wù)(流媒體業(yè)務(wù)就是一個(gè)典型代表)的支持能力并不是很好。因此，以在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署設(shè)備的方式建設(shè)的分布式網(wǎng)絡(luò)更適合這些業(yè)務(wù)；
3)現(xiàn)有的云計(jì)算解決方案提供資源的方式主要有兩種，第一種提供一般形式的虛擬主機(jī)，跟普通的物理主機(jī)沒有任何差別，可以部署任何形式的業(yè)務(wù)；另外一種方式是提供有限的接口，只能用來執(zhí)行特定的任務(wù)。注意到，在實(shí)際的業(yè)務(wù)中，許多高于物理資源粒度， 又非常通用的基礎(chǔ)功能常常被使用到，例如在流媒體業(yè)務(wù)中，存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)碼、流化功能是許多業(yè)務(wù)都使用到的。更復(fù)雜的功能往往是這些基礎(chǔ)的功能的邏輯組合，而這些基礎(chǔ)功能對(duì)物理資源的需求往往差別很大，例如存儲(chǔ)功能對(duì)CPU、內(nèi)存等資源的需求很少，而轉(zhuǎn)碼功能就需要很多的CPU資源。因此，如果針對(duì)這些通用的基礎(chǔ)功能定制大粒度基礎(chǔ)服務(wù)，將極大地簡(jiǎn)化大量業(yè)務(wù)的開發(fā)、部署。
針對(duì)當(dāng)前云計(jì)算解決方案部署這些業(yè)務(wù)時(shí)存在的不足，即現(xiàn)有的業(yè)務(wù)首先需求變化快，要求能夠方便的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展服務(wù)能力；然后，業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求高，要求能夠滿足苛刻的傳輸時(shí)延等服務(wù)質(zhì)量要求；最后，為簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程，要求提供大粒度基礎(chǔ)服務(wù)。為此我們提出了一種基于服務(wù)虛擬化、具有云服務(wù)特征、開放接口的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在部署業(yè)務(wù)過程中存在的上述問題，從而提供一種多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及基于該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行方法。
本發(fā)明提供的一種多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基于服務(wù)虛擬化、具有云服務(wù)特征、開放接口的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將眾多的物理設(shè)備連接起來，以大粒度服務(wù)的形式對(duì)外提供資源，從而達(dá)到多種業(yè)務(wù)共享硬件資源，滿足用戶對(duì)業(yè)務(wù)苛刻的服務(wù)質(zhì)量要求的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用開放接口接收第三方任務(wù)并將任務(wù)分配給底層的物理設(shè)備資源進(jìn)行協(xié)作處理，所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從下向上依次包含
虛擬連接層，將若干物理設(shè)備連接成一個(gè)資源網(wǎng)絡(luò)，用于為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供物理設(shè)備資源；
虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層，用于從虛擬連接層聚合物理資源，形成虛擬獨(dú)立服務(wù)單元， 為任務(wù)提供單一基礎(chǔ)服務(wù)的最小單位；
服務(wù)協(xié)作層，將多個(gè)類型的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元按照需求連接成服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)，由服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元共同協(xié)作完成指定的任務(wù)；和
服務(wù)控制層，用于開放給第三方開發(fā)者的若干接口，所述接口屏蔽網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，以服務(wù)的方式提供網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源；
其中，所述接口接收任務(wù)請(qǐng)求，并負(fù)責(zé)最終返回網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行結(jié)果；所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的每個(gè)層次的功能通過硬件、軟件或軟件模塊的方式部署在所述物理設(shè)備上。
優(yōu)化的，所述系統(tǒng)還可以包含全局認(rèn)知管理層，用于收集所述各個(gè)層次的運(yùn)行信息，并結(jié)合所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的歷史運(yùn)行信息，預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。其中，所述網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或遺傳算法進(jìn)行預(yù)測(cè)。
上述技術(shù)方案中，所述服務(wù)協(xié)作層分析要完成任務(wù)所需的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的種類和數(shù)量，由虛擬服務(wù)單元層提供所需的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元，并將他們組織成一個(gè)服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)，由所述服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元協(xié)作共同完成某一輸入任務(wù)。
所述虛擬連接層連接物理設(shè)備的方式包含集中式或P2P方式，且所述虛擬連接層采用集中式或者分布式算法管理物理設(shè)備資源，并負(fù)責(zé)物理設(shè)備資源的申請(qǐng)、回收或訪問。
所述虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層對(duì)每種虛擬獨(dú)立服務(wù)單元所需要的每種物理資源的數(shù)量進(jìn)行量化，然后在生成虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的時(shí)候，根據(jù)量化的值聚合相應(yīng)數(shù)量的物理設(shè)備資源。
本發(fā)明還提供一種基于多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行方法，該方法采用上述技術(shù)方案所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處理第三方輸入的任務(wù)，所述方法為
步驟1，根據(jù)系統(tǒng)所提供的基礎(chǔ)服務(wù)，將任務(wù)拆分為若干具有某種邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)任務(wù)。
步驟2，所述若干基礎(chǔ)任務(wù)，由若干虛擬獨(dú)立服務(wù)單元協(xié)作完成。
可選的，所述步驟I進(jìn)一步包含
步驟1-2，某一設(shè)備的上層程序調(diào)用服務(wù)控制層的接口，發(fā)起一個(gè)任務(wù)，服務(wù)控制層將任務(wù)翻譯成服務(wù)協(xié)作層的服務(wù)需求。
步驟1-3，服務(wù)控制層將服務(wù)需求傳遞給服務(wù)協(xié)作層，分析該服務(wù)包含的基礎(chǔ)服務(wù)的種類由此確定所需要的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元數(shù)量和類型；服務(wù)協(xié)作層要求虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層生成其所需數(shù)量和種類的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元。
上述技術(shù)方案中，所述步驟2進(jìn)一步包含如下步驟
步驟2-1，虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層調(diào)用虛擬連接層接口聚合物理資源，生成虛擬獨(dú)立服務(wù)單元。
步驟2-2，服務(wù)協(xié)作層依據(jù)建立的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的邏輯關(guān)系組成服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)。
步驟2-3，輸入的基礎(chǔ)服務(wù)按照邏輯順序分配到不同的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元執(zhí)行，執(zhí)行過程中，服務(wù)協(xié)作層負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各虛擬獨(dú)立服務(wù)單元實(shí)例的運(yùn)行狀態(tài)。
優(yōu)化的，所述方法還包含如下步驟當(dāng)所述任務(wù)執(zhí)行完畢，所述服務(wù)協(xié)作層匯總結(jié)果，并撤銷建立的服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)，占用的物理設(shè)備資源歸還給所述虛擬連接層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)為
I)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物理設(shè)備部署地點(diǎn)自由，部署方式靈活，不需要建設(shè)成本高昂的專用數(shù)據(jù)中心，投入成本小，能夠按需動(dòng)態(tài)擴(kuò)展部署規(guī)模。
2)在網(wǎng)絡(luò)的邊緣部署設(shè)備，能夠滿足用戶對(duì)傳輸延時(shí)、傳輸速度等服務(wù)質(zhì)量的苛刻要求。
3)提供大粒度基礎(chǔ)服務(wù)，更復(fù)雜的業(yè)務(wù)可以由這些基礎(chǔ)服務(wù)邏輯組合而成，簡(jiǎn)化了新業(yè)務(wù)的開發(fā)、部署過程。
本發(fā)明的應(yīng)用場(chǎng)景特別適用于但不局限于流媒體業(yè)務(wù)，因?yàn)檫@些業(yè)務(wù)
I)初期無法估計(jì)部署規(guī)模，隨著用戶數(shù)量的發(fā)展，部署規(guī)模極易發(fā)生劇變。
2)對(duì)傳輸延時(shí)、傳輸速度等服務(wù)質(zhì)量極為敏感。
3)需要的基礎(chǔ)功能粒度比較大且很通用。


圖1為本發(fā)明的虛擬連接層基于服務(wù)虛擬化、具有云服務(wù)特征、開放接口的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層次不意圖2為本發(fā)明提供實(shí)施例的一個(gè)典型任務(wù)執(zhí)行流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的基于服務(wù)虛擬化、具有云服務(wù)特征、開放接口的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的說明。
本發(fā)明提出的一種基于服務(wù)虛擬化、具有云服務(wù)特征、開放接口的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括 4個(gè)層次虛擬連接層、虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層、服務(wù)協(xié)作層、服務(wù)控制層，其特征在于
I)所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)每個(gè)層次的功能通過硬件、軟件或軟件模塊的方式部署在網(wǎng)絡(luò)中的物理設(shè)備上，部署的方式可能有以下幾種
a)物理設(shè)備實(shí)現(xiàn)全部層次的全部功能；
b)物理設(shè)備實(shí)現(xiàn)部分層次的全部功能，例如有些物理設(shè)備不準(zhǔn)備用來響應(yīng)第三方應(yīng)用程序接口調(diào)用，就可以不部署實(shí)現(xiàn)服務(wù)控制層所需要的硬件、軟件或軟件模塊；
c)物理設(shè)備實(shí)現(xiàn)部分層次的部分功能，例如，如果一臺(tái)設(shè)備只用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，那么它可以只實(shí)現(xiàn)虛擬連接層的存儲(chǔ)部分的功能；
d)方式b)和c)的組合，即部署的有些層次實(shí)現(xiàn)完整的功能，有些層次只實(shí)現(xiàn)部分功能。
2)所述虛擬連接層將地理位置分散的眾多物理設(shè)備連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)這些物理設(shè)備的資源進(jìn)行管理，并自動(dòng)處理物理設(shè)備的加入、退出等動(dòng)作。虛擬連接層的設(shè)備對(duì)于上層來說是透明的，上層看到的是一個(gè)可以自我維護(hù)和管理的物理資源組成的“云”，整個(gè) “云”的資源都可以為上層所用，上層根據(jù)需要向“云”獲取資源，而無需關(guān)注資源的具體實(shí)現(xiàn)形式。
虛擬連接層連接設(shè)備的方式可以是常見的集中式、P2P方式。根據(jù)連接設(shè)備方式的不同，虛擬連接層可以采用集中式或者分布式算法來管理物理資源，并負(fù)責(zé)物理資源的申請(qǐng)、回收、訪問控制等操作。具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員均能完成，這里不再贅述。
3)所述虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層在必要的時(shí)候，從虛擬連接層聚合物理資源，采用虛擬化技術(shù)生成虛擬節(jié)點(diǎn)，這些虛擬節(jié)點(diǎn)稱之為虛擬獨(dú)立服務(wù)單元，是提供單一基礎(chǔ)服務(wù)的最小粒度單元。
不同的任務(wù)有不同的完成方式，所需要的資源的類型和數(shù)量也是不同的，但是注意到，絕大多數(shù)任務(wù)都可以拆分一些基礎(chǔ)的任務(wù)(存儲(chǔ)、計(jì)算、流化、轉(zhuǎn)碼等)，由這些基礎(chǔ)的任務(wù)以某種邏輯方式完成。在所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，這些基本的任務(wù)被當(dāng)作基礎(chǔ)的服務(wù)，由虛擬獨(dú)立服務(wù)單元完成。因此，不同的任務(wù)執(zhí)行問題，就轉(zhuǎn)化為不同虛擬獨(dú)立服務(wù)單元間協(xié)作的問題。
為了生成不同類型的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元，需要對(duì)每種虛擬獨(dú)立服務(wù)單元所需要的每種物理資源的數(shù)量進(jìn)行量化，然后在生成虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的時(shí)候，根據(jù)量化的值聚合相應(yīng)數(shù)量的物理資源。虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的種類可以預(yù)先定義好，也可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)添加、調(diào)整，或者兩者兼而有之。
虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的具體實(shí)現(xiàn)形式可能是虛擬機(jī)或虛擬機(jī)集合，也可能是其他能夠隔離物理資源的技術(shù)，不 再贅述。
4)所述服務(wù)協(xié)作層在執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候，負(fù)責(zé)將多個(gè)相同或不同類型的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元按照需求連接成一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，將任務(wù)按照邏輯、粒度、功能等因素進(jìn)行拆解，分配給虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元完成。這個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)在所述系統(tǒng)中，稱之為服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)。在執(zhí)行完任務(wù)后，服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)撤銷。
服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元可能是動(dòng)態(tài)建立的，也可能是已經(jīng)存在的。不管是哪種方式，每一個(gè)虛擬獨(dú)立服務(wù)單元在一個(gè)時(shí)刻只能屬于一個(gè)服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)，但是在它的生命周期里可以作為不同服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)的成員。
服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)，與普通的虛擬網(wǎng)絡(luò)并沒有本質(zhì)區(qū)別，本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員均能完成，這里不再贅述。
5)所述服務(wù)控制層定義了開放給第三方開發(fā)者的一些接口，這些接口屏蔽了所屬網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)，以服務(wù)的方式提供系統(tǒng)的資源。本層次的具體實(shí)現(xiàn)，本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員均能完成，這里不再贅述。
優(yōu)化的，所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能，引入一個(gè)額外的獨(dú)立層次，全局認(rèn)知管理層，其特征在于
所述全局認(rèn)知管理層承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)管理器的功能，收集當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各個(gè)層次的運(yùn)行信息，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的歷史運(yùn)行信息，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)的未來運(yùn)行狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各個(gè)層次的決策提供一些指導(dǎo)，從而達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的目的。
所述全局認(rèn)知管理層收集的運(yùn)行信息，可能包括物理設(shè)備的資源使用情況、網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)、每個(gè)物理設(shè)備上宿主的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元數(shù)量、每個(gè)區(qū)域中服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量、每個(gè)物理設(shè)備接收請(qǐng)求的數(shù)量等信息。
所述全局認(rèn)知管理層的預(yù)測(cè)算法可以是集中式的也可以是分布式的。集中式的算法需要部署專門的服務(wù)器，匯總所有的信息，進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中；分布式的算法由網(wǎng)絡(luò)中的已有的物理設(shè)備即可完成，但是得到的信息可能只是局部的，得到的計(jì)算結(jié)果也是局部的。
所述全局認(rèn)知管理層的優(yōu)化結(jié)果根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)，可能有所不同如果以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的負(fù)載均衡為目標(biāo)，則需要平衡各個(gè)物理設(shè)備的負(fù)載；如果以節(jié)省成本為優(yōu)化目標(biāo)，則可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源利用情況，有選擇地讓一部分比較空閑的物理設(shè)備進(jìn)入省電狀態(tài)。 總之，優(yōu)化目標(biāo)決定了優(yōu)化算法的選擇。
全局認(rèn)知管理層的具體實(shí)現(xiàn)，本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員均能完成，這里不再贅述。
所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一種任務(wù)執(zhí)行方 法，其特征在于
I)服務(wù)控制層通過開放的接口接收任務(wù)請(qǐng)求，并負(fù)責(zé)最終返回任務(wù)執(zhí)行結(jié)果；
2)服務(wù)控制層分析完成特征I所述的任務(wù)所需要的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元種類和數(shù)量，要求虛擬服務(wù)服務(wù)單元層提供這些虛擬獨(dú)立服務(wù)單元，并將他們組織成一個(gè)服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)，由這個(gè)服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元協(xié)作共同完成任務(wù)；
3)虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層按照服務(wù)控制層的要求提供虛擬獨(dú)立服務(wù)單元，虛擬獨(dú)立服務(wù)單元是具體執(zhí)行步驟I所述任務(wù)的實(shí)體；
4)虛擬連接層提供網(wǎng)絡(luò)中物理資源，這些物理資源按照需要分配給虛擬服務(wù)服務(wù)單元。
圖1為本發(fā)明的虛擬連接層基于服務(wù)虛擬化、具有云服務(wù)特征、開放接口的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層次示意。如圖1所示，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)按照功能劃分，包括4個(gè)層次虛擬連接層、虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層、服務(wù)協(xié)作層、服務(wù)控制層，另外為了對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，引入了額外的全局認(rèn)知管理層。虛擬連接層的功能是，將眾多的物理設(shè)備連接成一個(gè)資源網(wǎng)絡(luò)；虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層的功能是，在必要的時(shí)候，從虛擬連接層的物理設(shè)備上聚合物理資源，形成虛擬節(jié)點(diǎn)，這些虛擬節(jié)點(diǎn)在本系統(tǒng)中被稱為虛擬獨(dú)立服務(wù)單元，是提供單一基礎(chǔ)服務(wù)能力的最小粒度單元；服務(wù)協(xié)作層的功能是，將多個(gè)不同或相同類型的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元按照需求連接成虛擬網(wǎng)絡(luò)，由虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元協(xié)作完成指定的任務(wù)；服務(wù)控制層的功能是，開放一些接口給第三方開發(fā)者，這些接口屏蔽了本網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)，以服務(wù)的方式提供網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源；額外引入的全局認(rèn)知管理層的功能是，對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并指導(dǎo)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化。
J Li ο

圖2為本發(fā)明的一個(gè)典型任務(wù)執(zhí)行流程圖，包括如下步驟1)某一設(shè)備的上層程序調(diào)用服務(wù)控制層的接口，發(fā)起一個(gè)任務(wù)。2)服務(wù)控制層將任務(wù)翻譯成服務(wù)協(xié)作層可以理解的服務(wù)需求。3)服務(wù)控制層將服務(wù)需求傳遞給服務(wù)協(xié)作層。4)服務(wù)協(xié)作層分析完成該服務(wù)需求所需要的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元數(shù)量和類型。5)服務(wù)協(xié)作層要求虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層生成相應(yīng)的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元。6)虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層調(diào)用虛擬連接層接口聚合物理資源，生成虛擬獨(dú)立服務(wù)單7)服務(wù)協(xié)作層建立步驟6建立的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元組成服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)。8)任務(wù)按照邏輯順序分配到不同的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元執(zhí)行，執(zhí)行過程中，服務(wù)協(xié)作層負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各虛擬獨(dú)立服務(wù)單元實(shí)例的運(yùn)行狀態(tài)。
9)任務(wù)執(zhí)行完畢，服務(wù)協(xié)作層匯總結(jié)果，步驟7生成的服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)撤銷，占用的資源歸還給虛擬連接層。
10)服務(wù)控制層匯總結(jié)果。
11)服務(wù)控制層將任務(wù)執(zhí)行結(jié)果返回給上層應(yīng)用。
上述的典型的任務(wù)執(zhí)行過程還可以做一些優(yōu)化，包括
I)接收上層應(yīng)用調(diào)用的設(shè)備不一定是響應(yīng)任務(wù)的設(shè)備，當(dāng)設(shè)備繁忙或者不適合用來處理該任務(wù)的時(shí)候，可以將任務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)交到其他設(shè)備的服務(wù)控制層。
2)虛擬獨(dú)立服務(wù)單元可以不等到有任務(wù)執(zhí)行時(shí)才生成，可以預(yù)先生成一些備用的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元，加快服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建速度。
3)類似的任務(wù)可以由同一個(gè)服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)完成，而不是執(zhí)行完一個(gè)任務(wù)就立刻撤銷服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)。
4) 一個(gè)虛擬獨(dú)立服務(wù)單元在退出一個(gè)服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)后，可以加入其他的服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)，減少撤銷和創(chuàng)建虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的開銷。
5)任務(wù)執(zhí)行的不同階段，所需要的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的種類和數(shù)量可能是不同的，為了減少資源浪費(fèi)，服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行任務(wù)的過程中，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的數(shù)量和種類。
贅述。
6)其他可能的優(yōu)化。具體的實(shí)施過程，本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員按照上述的步驟即可完成，不再·實(shí)施例下面結(jié)合具體實(shí)施例來說明基于服務(wù)虛擬化、具有云服務(wù)特征、開放接口的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和功能。以全國(guó)為例，假設(shè)設(shè)備的分布情況如下述表I所示
表1:全國(guó)設(shè)備分布情況示意
權(quán)利要求
1.一種多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用開放接口接收第三方任務(wù)并將任務(wù)分配給底層的物理設(shè)備資源進(jìn)行協(xié)作處理，所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從下向上依次包含 虛擬連接層，將若干物理設(shè)備連接成一個(gè)資源網(wǎng)絡(luò)，用于為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供物理設(shè)備資源； 虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層，用于從虛擬連接層聚合物理資源，形成虛擬獨(dú)立服務(wù)單元，為任務(wù)提供單一基礎(chǔ)服務(wù)的最小單位； 服務(wù)協(xié)作層，將多個(gè)類型的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元按照需求連接成服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)，由服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元共同協(xié)作完成指定的任務(wù)；和 服務(wù)控制層，實(shí)現(xiàn)開放給第三方開發(fā)者的若干接口，屏蔽網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，以服務(wù)的方式提供網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源； 其中，所述接口接收任務(wù)請(qǐng)求，并負(fù)責(zé)最終返回網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行結(jié)果；所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的每個(gè)層次的功能通過硬件、軟件或軟件模塊的方式部署在所述物理設(shè)備上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還可以包含 全局認(rèn)知管理層，用于收集所述各個(gè)層次的運(yùn)行信息，并結(jié)合所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的歷史運(yùn)行信息，預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或遺傳算法進(jìn)行預(yù)測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述服務(wù)協(xié)作層分析要完成任務(wù)所需的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的種類和數(shù)量，由虛擬服務(wù)單元層提供所需的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元，并將他們組織成一個(gè)服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)，由所述服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬獨(dú)立服務(wù)單兀協(xié)作共同完成某一輸入任務(wù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬連接層連接物理設(shè)備的方式包含集中式或P2P方式，且所述虛擬連接層采用集中式或者分布式算法管理物理設(shè)備資源，并負(fù)責(zé)物理設(shè)備資源的申請(qǐng)、回收或訪問。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層對(duì)每種虛擬獨(dú)立服務(wù)單元所需要的每種物理資源的數(shù)量進(jìn)行量化，然后在生成虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的時(shí)候，根據(jù)量化的值聚合相應(yīng)數(shù)量的物理設(shè)備資源。
7.一種基于多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行方法，該方法采用權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處理第三方輸入的任務(wù)，所述方法為 步驟1，根據(jù)系統(tǒng)所提供的基礎(chǔ)服務(wù)，將任務(wù)拆分為若干具有某種邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)任務(wù); 步驟2，所述若干基礎(chǔ)任務(wù)，由若干虛擬獨(dú)立服務(wù)單元協(xié)作完成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的任務(wù)執(zhí)行方法，其特征在于，所述步驟I進(jìn)一步包含 步驟1-2，某一設(shè)備的上層程序調(diào)用服務(wù)控制層的接口，發(fā)起一個(gè)任務(wù)，服務(wù)控制層將任務(wù)翻譯成服務(wù)協(xié)作層的服務(wù)需求； 步驟1-3，服務(wù)控制層將服務(wù)需求傳遞給服務(wù)協(xié)作層，分析該服務(wù)需求包含的基礎(chǔ)服務(wù)的種類由此確定所需要的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元數(shù)量和類型；服務(wù)協(xié)作層要求虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層生成其所需數(shù)量和種類的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的任務(wù)執(zhí)行方法，其特征在于，所述步驟2進(jìn)一步包含如下步驟 步驟2-1，虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層調(diào)用虛擬連接層接口聚合物理資源，生成虛擬獨(dú)立服務(wù)單元； 步驟2-2，服務(wù)協(xié)作層依據(jù)建立的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元的邏輯關(guān)系組成服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)； 步驟2-3，輸入的基礎(chǔ)任務(wù)按照邏輯順序分配到不同的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元執(zhí)行，執(zhí)行過程中，服務(wù)協(xié)作層負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各虛擬獨(dú)立服務(wù)單元實(shí)例的運(yùn)行狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的基于多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行方法，其特征在于，所述方法還包含如下步驟當(dāng)所述任務(wù)執(zhí)行完畢，所述服務(wù)協(xié)作層匯總結(jié)果，并撤銷建立的服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)，占用的物理設(shè)備資源歸還給所述虛擬連接層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及基于該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行方法，該系統(tǒng)用于管理、調(diào)度底層的物理設(shè)備，從下向上依次包含虛擬連接層，將若干物理設(shè)備連接成一個(gè)資源網(wǎng)絡(luò)；虛擬獨(dú)立服務(wù)單元層，用于從虛擬連接層聚合物理資源，形成虛擬獨(dú)立服務(wù)單元，為任務(wù)提供單一基礎(chǔ)服務(wù)的最小單位；服務(wù)協(xié)作層，將多個(gè)類型的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元按照需求連接成服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)，由服務(wù)協(xié)作虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬獨(dú)立服務(wù)單元共同協(xié)作完成指定的任務(wù)；和服務(wù)控制層，用于開放給第三方開發(fā)者的若干接口，所述接口屏蔽網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，以服務(wù)的方式提供網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源；其中，所述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的每個(gè)層次的功能通過硬件、軟件或軟件模塊的方式部署在所述物理設(shè)備上。
文檔編號(hào)H04L29/08GK103023936SQ20111028719
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者王勁林, 鄭鵬飛, 尤佳莉, 蘇杭, 李曉林, 宋軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所