一種基于光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)業(yè)務(wù)平面的資源量化分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是基于面向服務(wù)的光網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和IT資源進(jìn)行抽象和分 配，具體涉及網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)涞某橄蠛拖嚓P(guān)資源的量化分配算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年來，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)取得了巨大的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用服務(wù)和用戶數(shù)量也在 快速地增加。然而，多樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和龐大的用戶規(guī)模給光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展帶來嚴(yán)峻 的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要包括：網(wǎng)絡(luò)資源和IT資源（計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源）的協(xié)調(diào)性，用戶 要求的高服務(wù)可靠性，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的多樣性和可擴(kuò)展性等。
[0003] 為了滿足這樣的挑戰(zhàn)，光網(wǎng)絡(luò)在原有的三層架構(gòu)（管理平面、控制平面、傳輸平 面）基礎(chǔ)上添加了業(yè)務(wù)平面。業(yè)務(wù)平面部署在用戶和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備之間，它的主要任務(wù)一 方面是屏蔽網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)的相關(guān)細(xì)節(jié)，另一方面將運(yùn)營商的角色區(qū)分為網(wǎng)絡(luò)提供者（或資 源提供者NP)和服務(wù)提供者（SP)，即對(duì)資源進(jìn)行抽象和對(duì)抽象資源進(jìn)行合理的分配。業(yè)務(wù) 平面有兩種接口：一種是與用戶之間的接口CSI(Customer-ServicePlaneInterface)，能 夠快速高效的響應(yīng)用戶的請(qǐng)求；另一種是業(yè)務(wù)平面和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備之間的接口UNIOJser toNetworkInterface)，它控制一組協(xié)議組，如：多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS)、通用多協(xié)議交換 (GMPLS)等（圖1)。通過該業(yè)務(wù)平面還可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)交換與業(yè)務(wù)控制相分離，使業(yè)務(wù)生成 獨(dú)立于業(yè)務(wù)的運(yùn)行環(huán)境。業(yè)務(wù)交換與業(yè)務(wù)控制相分離改變了由交換系統(tǒng)提供不同新增業(yè)務(wù) 的傳統(tǒng)方式。交換系統(tǒng)只負(fù)責(zé)交換和接入功能，使業(yè)務(wù)的提供不依賴于業(yè)務(wù)平面相關(guān)設(shè)備 的供應(yīng)商。
[0004] 業(yè)務(wù)平面由一組自適應(yīng)和智能的抽象機(jī)制組成，為服務(wù)和應(yīng)用提供連接到底層資 源框架的接口。這些抽象機(jī)制是一個(gè)靈活的平臺(tái)，能快速和高效的將新的服務(wù)和應(yīng)用程序 部署在一個(gè)公共的底層節(jié)點(diǎn)上。然而，物理資源提供者（NP)為了商業(yè)的保密性，提供給服 務(wù)提供者（SP)的是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞某橄?。業(yè)務(wù)平面的消息接收者同時(shí)接收用戶的請(qǐng)求和硬件 提供者的網(wǎng)絡(luò)抽象拓?fù)?，然后將抽象拓?fù)溥M(jìn)行虛擬化量化并對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行處理，最后通過服 務(wù)的組成和服務(wù)自適應(yīng)計(jì)算當(dāng)前資源能否滿足用戶的服務(wù)需求（圖2)。業(yè)務(wù)平面中服務(wù) 的提供者（SP)、用戶（USER)和硬件提供者（NP)三者的一個(gè)用戶請(qǐng)求周期的流程如圖3所 示。服務(wù)提供者接收用戶的服務(wù)請(qǐng)求后，根據(jù)物理資源提供者提供的抽象資源對(duì)服務(wù)進(jìn)行 應(yīng)答，判斷是否接受請(qǐng)求，如不接受則直接返回；如果接受則向資源提供者申請(qǐng)相應(yīng)的物理 資源，如果實(shí)際資源滿足用戶請(qǐng)求，則提供相應(yīng)的資源；如果實(shí)際資源不滿足，則駁回服務(wù) 提供者的請(qǐng)求。一個(gè)分配周期過后重新對(duì)剩余資源抽象。一個(gè)高準(zhǔn)確性的資源抽象算法能 使業(yè)務(wù)平面對(duì)服務(wù)請(qǐng)求應(yīng)答更加的準(zhǔn)確，其中包括兩個(gè)方面：
[0005] (1)服務(wù)提供者接受的請(qǐng)求，資源提供者應(yīng)有對(duì)應(yīng)的實(shí)際資源；
[0006] (2)服務(wù)提供者拒絕的請(qǐng)求也應(yīng)確保資源提供者沒足夠的資源提供。這兩點(diǎn)也是 抽象算法的主要的量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是為智能光網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)平面設(shè)計(jì)高精 確度的資源抽象量化分配算法。
[0008] 本算法是利用線性規(guī)劃方程對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行抽象。主要思想是：不同的抽象鏈路 可能共享同一條實(shí)際的物理鏈路，同時(shí)同一條抽象鏈路也可以使用不同的物理鏈路進(jìn)行數(shù) 據(jù)的傳輸。當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求分配周期完成后，業(yè)務(wù)平面會(huì)進(jìn)行一次剩余資源的抽象，將抽象的數(shù) 據(jù)傳遞給服務(wù)提供者。服務(wù)提供者再根據(jù)新的抽象數(shù)據(jù)進(jìn)行下一輪的請(qǐng)求應(yīng)答對(duì)應(yīng)滿足的 請(qǐng)求，服務(wù)提供者向資源提供者發(fā)出資源請(qǐng)求。資源提供者查看如果實(shí)際的資源滿足要求 的話則提供資源，不滿足則拒絕。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)業(yè)務(wù)平面的資 源量化分配方法，包括以下步驟：
[0010] (1)物理拓?fù)涞某橄?，在物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校瑢⑽锢硗負(fù)涔?jié)點(diǎn)消減為只剩下邊界節(jié)點(diǎn) 的抽象網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?br>[0011] (2)網(wǎng)絡(luò)資源的抽象，將抽象網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲胁煌哪繕?biāo)-源節(jié)點(diǎn)對(duì)的鏈路共享同一 條實(shí)際鏈路，目標(biāo)-源節(jié)點(diǎn)對(duì)的鏈路的數(shù)據(jù)傳輸可以選擇不同的實(shí)際鏈路進(jìn)行，其中每一 條實(shí)際鏈路的數(shù)據(jù)流都只能沿著同一個(gè)方向。
[0012] (3) IT資源的抽象，計(jì)算物理絡(luò)拓?fù)渲忻恳粋€(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)到所有邊界節(jié)點(diǎn)的最短路 徑的帶寬值，將內(nèi)部節(jié)點(diǎn)歸并到所述帶寬值的最大值所對(duì)應(yīng)的邊界節(jié)點(diǎn)。
[0013] 本發(fā)明具有的有益技術(shù)效果是：與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源抽象算法SILK相比，本文的算 法對(duì)資源的抽象更加精確，傳統(tǒng)的SILK算法只是考慮某單一鏈路的帶寬，雖然服務(wù)提供者 對(duì)請(qǐng)求的命中率高，但是物理資源的利用率低下。本算法通過定義線性約束的條件，充分考 慮所有鏈路的帶寬資源，不僅資源請(qǐng)求命中率高，而且充分整合了分散的帶寬資源，使資源 的利用率也相應(yīng)的提尚。
【附圖說明】
[0014] 圖1為光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)；
[0015] 圖2為光網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平面結(jié)構(gòu)；
[0016] 圖3為光網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平面一個(gè)請(qǐng)求周期流程圖；
[0017] 圖4為網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)涑橄笫纠?br>[0018] 圖5為網(wǎng)絡(luò)資源抽象算法流程；
[0019] 圖6為邊界節(jié)點(diǎn)歸并示意圖；
[0020] 圖7為抽象算法中分配的帶寬量與實(shí)際帶寬量的條形圖；
[0021] 圖8為兩個(gè)算法在二個(gè)拓?fù)鋱D中的拒絕返回率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0023] -、物理拓?fù)涞某橄?br>[0024] 用Full-mesh的方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞某橄?。它將物理拓?fù)涔?jié)點(diǎn)消減為只剩下邊界 節(jié)點(diǎn)的抽象拓?fù)?。邊界?jié)點(diǎn)就是在自身的網(wǎng)絡(luò)域中與其他網(wǎng)絡(luò)域相連的節(jié)點(diǎn)。
[0025] 網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)鋱D用G(V，E)表示，其中V= {vn}表示網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，E= {e(u,v)I(u,V)GV2}表示拓?fù)鋱D的邊。I|V|I=N表示節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，I|E|I=L表示邊 的條數(shù)，表示邊e^的帶寬，單位是字節(jié)每秒。物理拓?fù)涞某橄缶褪菍⑼負(fù)鋱D G(V，E)用它的子集G'（V'，E'）表示，其中V' = {vb}為拓?fù)銰的邊界節(jié)點(diǎn)的集合，I|V'I =N'為邊界節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，V"為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的集合，N"=I|V"II為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。E' = {e' fcd)I(s,d)GV'2}，e'fcd)表示連接節(jié)點(diǎn)s和節(jié)點(diǎn)d的邊。I|E'II=L'表示抽象拓?fù)溥?的條數(shù)，是一個(gè)無向全連通圖（圖4)。
[0026] 二、網(wǎng)絡(luò)資源的抽象
[0027] (1)參數(shù)抽象：如今大部分網(wǎng)絡(luò)資源的抽象用的是SimpleLink-SILK算法。SILK 算法的主要思想是在實(shí)際拓?fù)渲羞x取一條最大通路的帶寬值作為抽象鏈路的帶寬。該算法 資源分配的正確率較高，但是資源的利用率低。為了解決SILK算法資源利用率低的問題， 本發(fā)明提出了MILP(混合型整數(shù)線性規(guī)劃）方程來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的抽象。主要的思想是不 同的抽象鏈路可以共享同一條實(shí)際鏈路，同一條抽象鏈路的數(shù)據(jù)傳輸可以沿著不同的實(shí)際 鏈路進(jìn)行。由于總的傳送帶寬不可以超過實(shí)際鏈路的帶寬，因此定義了線性規(guī)劃的約束條 件。
[0028] MILP方程定義：
[0029] 根據(jù)以上實(shí)際物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩x，設(shè)定以下參數(shù)：
[0030]
[0031] (2)目標(biāo)函數(shù)：
[0033] 公式⑴表示每一個(gè)節(jié)點(diǎn)vsGV'到其他任一個(gè)節(jié)點(diǎn)VdGV'所有路徑k能提供 的帶寬之和加上已經(jīng)分配了的帶寬。目標(biāo)函數(shù)就是獲取整個(gè)抽象拓?fù)淇衫玫膸捹Y源的 最大值。公式后半部分aG是為了讓所有的"目標(biāo)-源"節(jié)點(diǎn)對(duì)的帶寬分配趨于均勻，當(dāng) 最小值G越接近平均值，等式的值就越大。
[0034] (3)約束條件：
[0038] ^和v v表示實(shí)際物理拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)，（v u，vv)表示實(shí)際拓?fù)涞囊粭l邊.
[0039] 公式（2)約束保證每一個(gè)節(jié)點(diǎn)V]GV的數(shù)據(jù)流在同一對(duì)"目的-源"節(jié)點(diǎn)的同一 條通路k中總是沿同一個(gè)方向進(jìn)行傳輸。然而同一個(gè)數(shù)據(jù)流可以在通路集合PUd)中選擇 不同的通路，每一條通路數(shù)據(jù)流都只能沿著同一個(gè)方向，如公式（3)
[0042] 尤i上標(biāo)（s，d)表示抽象邊（vs，vd)的第k條路徑（抽象邊帶寬可能包含 實(shí)際拓?fù)渲衚條實(shí)際路徑的帶寬）是否包含實(shí)際邊（vu，Vv)。\和Vd都表示抽象網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?的抽象節(jié)點(diǎn)，（Vs,Vd)表示源-目標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)，參數(shù)抽象就是計(jì)算vS1」Vd的