CN102972009B - 用于实施联合服务器选择和路径选择的系统与方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备，包括用于耦合客户节点和实施联合服务器选择（SS）与路径选择（PS）以满足用户的内容请求，并为了在供应商网络中传送所请求内容而实现负载平衡的内容路由器。本发明也包括一种网络部件，所述网络部件包括内容路由器中的接收机单元或者用于接收用户内容请求的交换机；用于实施联合SS与PS算法来选择多个服务器的内容路由引擎，所述服务器包括所述内容以及为了传输内容而实现负载平衡的多个路径；以及用于向服务供应商网络表明所选服务器与路径的发射机。

Description

用于实施联合服务器选择和路径选择的系统与方法
本发明要求2012年7月2日由RavishankarRavindran等人递交的发明名称为关于用于内容分布的几种传送技术的实用服务器选择与路径选择算法（PracticalServerSelectionandPathSelectionAlgorithmsoverSeveralTransportTechnologiesforContentDistribution）的第61/361,244号美国临时申请案，以及2011年4月6日由RavishankarRavindran等人递交的发明名称为用于实施联合服务器选择与路径选择的系统与方法（ASystemandMethodtoImplementJointServerSelectionandPathSelection）的第13/081,064号美国申请案的在先申请优先权，这些在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。
技术领域
本发明大体涉及网络通信，更确切地说，涉及一种用于实施联合服务器选择与路径选择的系统与方法。
背景技术
在内容网络中，内容路由器负责向正确的收件人提供路由用户请求与内容。在所述内容网络中，向每个实体分配唯一的域名，属于内容传递框架的一部分。所述实体可能包括数据内容，如视频剪辑或网页，和/或基础设施元素，如路由器、交换机、或服务器。所述内容路由器使用名称前缀，可以是完整的内容名称或内容名称的正确前缀而不是网络地址，以在内容网络中对内容包进行路由。
发明内容
在一项实施例中，本发明包括一种设备。所述设备包括用于耦合客户节点，实施联合SS与PS以满足用户的内容请求，并为了在服务供应商网络中传输所请求内容而实现负载均衡的内容服务器。
在另一项实施例中，本发明包括一种网络部件，所述网络部件包括内容路由器中的接收机或者用于接收用户内容请求的交换机；用于实施联合SS与PS算法来选择多个服务器的内容路由引擎，所述服务器包括内容以及为了传输内容而实现负载平衡的多个路径；以及用于向服务供应商网络显示所选服务器与路径的发射机。
在第三方面，本发明包括网络设备实施的方法，所述方法包括在用户请求处理机节点接收用户的内容请求、解析内容名称、选择包括所述内容的多个服务器，以及实施联合服务器选择与路径选择来选择服务器与多个计算的路径中的至少一些，其中在路径上提供并负载平衡内容中的至少一些。
通过结合附图和权利要求书进行的以下详细描述将更清楚地理解这些和其它特征。
附图说明
为了更完整地了解本发明，现参考以下结合附图和具体实施方式进行的简要描述，其中相同参考标号表示相同部分。
图1是内容导向网络（CON）的一项实施例的示意图。
图2是CON的另一项实施例的示意图。
图3是CON的另一项实施例的示意图。
图4是内容路由架构的一项实施例的示意图。
图5是联合SS与PS方案的一项实施例的示意图。
图6是联合SS与PS方案的另一项实施例的示意图。
图7是联合SS与PS算法的一项实施例的示意图。
图8是联合SS与PS算法的另一项实施例的示意图。
图9是联合SS与PS算法的另一项实施例的示意图。
图10是联合SS与PS算法的另一项实施例的示意图。
图11是联合SS与PS方法的一项实施例的流程图。
图12是发射机/接收机单元的一项实施例的示意图。
图13是通用计算机系统的一项实施例的示意图。
具体实施方式
首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所揭示的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包含本文本所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
内容路由器网络有两个主要功能：1）处理用户请求以向最终用户提供所要求的内容；2）实时缓存内容，以便用于将来的请求内容。为解决（1），需要一种解决方案来决定可从中检索内容的一组内容路由器。此决定是基于优化以下目标：1）选择一组内容路由器，使得各服务器（内容路由器的一部分，或处于同一位置）达到最大程度的负载平衡；2）由于服务器的选择也对用于检索内容的路径有影响，所以其它目标是选择服务器，使得网络链路上的所得负载最大程度地负载平衡。此多目标问题称为服务器选择（SS）路径选择（PS）问题。SS-PS在内容路由器上在本地执行，且可与通常长时间工作的业务工程框架共存。SS用于提高内容的分配和分布来满足客户和用户的需求。PS用于平衡网络中的业务负载、有效率地传输业务、减少延迟、减少瓶颈、提高错误恢复，或其组合。网络中的业务可包括任何网络传送的数据或服务（例如，因特网业务和/或其它数据），包括内容业务，如语音、视频、电视（TV），和/或其它媒体内容。此内容可存储于多个内容服务器中且经由网络中的多个内容路由器转发。内容服务器和内容路由器可在/可不在网络中整合在相同的节点中。
SS和PS可在不同的网络类型中实施，例如因特网协议（IP）网络、多协议标记交换（MPLS）网络，和以太网。此网络可支持/可不支持业务工程（TE），其中可将业务分配到网络中预先计算的路径，且在此路径上转发。通常，可在网络层级全局实施SS和PS，有或没有TE支持都可以，其中可考虑一些共享的或全局的SS和PS信息。此全局SS和PS实施方案可包括在网络中使用专用实体或控制器，来实施联合SS和TE方案，例如离线地且非实时地实施联合SS和TE方案。或者，联合SS和TE方案可在多个内容路由器当中分布，这样会例如使用每个路由器中的链路状态数据库来联合地处理相同请求。联合路由器也可与离线控制器通信来接收推荐。两个实施方案都可能需要在网络中配置一个专用实体，也可能需要对当前网络技术进行添加或改变，且/或可能难以实施。另外，使用离线控制器或分布的方案在一些网络场景中可能效率不高，例如当对用户需求的响应需要建立在更加动态的基础上时。
本文所揭示的是用于在内容导向网络中实施SS和PS的系统与方法，以改进内容传递并满足用户需求。此类系统与方法可在网络中在内容路由器层级在本地实施。内容路由器可用于基于网络中的本地信息和其它共享的信息而在本地实施SS和PS。内容路由器可针对可使用或可不使用TE的不同的网络传送技术实施不同的联合SS和PS算法。联合SS和PS算法可选择多个服务器，所述服务器包括所述内容，并可用于（例如，处于不忙的状态）以在服务器之间分布且平衡的方式提供内容。所述联合SS与PS算法也可选择多个路径，所述路径可用于（例如，具有足够的带宽）从服务器传送作为跨路径而分布且平衡的负载的内容。内容路由器可从客户节点接收内容请求，并实施联合SS与PS算法，以选择服务器和路径来传递所请求的内容。可选择服务器的子组，来满足目标为优化多个SS和PS的客户需求。内容路由器可将有关所选择的服务器和路径用信号通知网络或网络中的其它节点。
联合SS和PS算法可在内容路由器上实施，而不需要专用实体或单独的控制器，且在网络中有或没有TE支持皆可。本文所揭示的系统与方法可与当前的网络技术相容，如在IP网络、MPLS网络，和以太网中，其中可使用最短路径优先(SPF)或开放式最短路径优先(OSPF)、预先规划的路线来建立路由，或通过用信号发送新路径来建立。而且，可增强当前IP/MPLS/以太网路由器/交换机实施方案来实施此处呈现的SS-PS解决方案，并且也可以通过控制平面的软件升级，在生产网络上（即，当从传统联网转到内容导向框架时）实现。
图1说明CON100的一项实施例，其中可基于名称前缀路由内容并基于请求将内容传递到客户。CON100可包括含有多个节点的网络域110，例如IP域、MPLS域，或以太网域。网络域110可包括多个内部节点112和多个内容路由器114，多个内部节点112和多个内容路由器114可经由网络链路，例如固定连接，互相耦合。如图1所示，内容路由器114可经由多个接入网络140耦合到多个客户节点120和/或多个客户站点150。
内部节点112可以是支持通过CON100传送业务，例如帧和/或包，的任何节点、装置，或部件。内部节点112可将业务传递到相同的网络域110中的其它节点或从所述节点接收业务。例如，内部节点112可以是路由器、交换机，或网桥，例如骨干核心网桥（BCB）、供应商核心网桥(PCB)，或标记交换路由器（LSR）。内部节点112也可以是基于内容名称前缀来转发内容的内容路由器114。内容路由器114可以是支持在网络域110和外部部件之间的业务传送的任何节点、装置或部件。内容路由器114可以是基于客户请求或需要而将内容业务从内部节点110转发到客户节点120和/或客户站点150的边缘节点。例如，所述内容路由器可以是基于内容名称前缀来转发内容的路由器或网桥，例如骨干边缘网桥（BEB）、供应商边缘网桥（PEB），或标记边缘路由器（LER）。内部节点112和/或内容路由器114可包括或可耦合到存储或缓存内容的多个内容服务器，所述内容可例如按需提供给客户或用户。
客户节点120可以是用于将内容传递给用户或客户的节点、装置，或部件。例如，客户节点120可以是固定的或移动的用户导向的装置，例如台式计算机、笔记本电脑、个人数字助理（PDA），或蜂窝式电话。或者，客户节点120可以是在客户站处的连接装置，例如调制解调器或机顶盒。客户节点120也可包括可用于从内容路由器114接收内容并将内容分布到多个客户的客户设备（未图示）。例如，客户节点120可包括在住宅场所（VTU-R）的光网络终端（ONU）和/或超高比特率DSL（VDSL）收发信机单元。客户站点150可以是用于经由接入网络140从内容路由器114接收内容的任何站点或办公室环境。接入网络可以是提供对CON100中的内容的接入的任何网络，例如虚拟专用网（VPN）。
包括内容的业务可基于IP、MPLS，或以太网传送技术在网络域110中传送。确切地说，所述业务可在不实施TE的情况下传送，例如在多个固定链路或网络域110中的连接上传送。因此，如下所描述，内容路由器114可基于在内部节点112与内容路由器114之间的一组静态链路度量来实施联合SS和PS方案。内容路由器114可从相关联的客户节点120和/或客户站点150接收内容请求，基于静态链路度量实施联合SS和PS算法，以及向所述网络和/或其它节点推荐内容服务器和路径。因此，所述网络或节点可在网络域110中将所请求的内容传送到与请求的客户节点120和/或客户站点150相关联的内容路由器114。然后，内容路由器114可将所请求的内容转发到客户节点120和/或客户站点150。
图2说明另一个CON200的一项实施例，其中可基于名称前缀路由内容并基于请求将内容传递到客户。CON200可包括网络域210，所述网络域210可以是IP域、MPLS域，或以太网域。如图2所示，网络域210可包括可经由多个接入网络240耦合到多个客户节点220和/或多个客户站点250的多个内部节点212和多个内容路由器214。CON200的部件可经配置为与CON100的相应部件大体相似。
然而，所述包括内容的业务可在网络域210中使用TE传送，例如，使用提高网络性能的一组所计算的路径传送。因此，如下所描述，内容路由器214可基于在内部节点212和内容路由器214之间的一组动态链路度量来实施联合SS和PS方案。例如，所述动态链路度量可包括带宽（bw）、延迟（del）、成本、包丢失（pl）等。例如，所述TE路径或链路（由虚线箭头线表明）可动态地建立，以在内容路由器214之间更有效地转发内容，而不是在固定链路上转发内容。
在CON100和CON200中，服务供应商可向多个用户提供内容服务。CON100和CON200可基于开放系统互连（OSI）层三（L3）或层二（L2）路由/交换技术。在IP传送网络的情况下，路由可基于例如OSPF等链路状态路由协议。在具备MPLS功能的网络的情况下，可在可预先计算的多条路径上路由内容，而不用信号通知新路径。或者，在预先计算的路径和新的用信号通知的路径上都可路由内容。在以太网传送网络的情况下，可在预先计算的路径或新的用信号通知的路径中的一者上路由内容。在L2传送网络的情况下，可由例如开放流（OpenFlow）框架等控制平面逻辑或集中机制起始路由和信令。
图3说明另一个CON300的一项实施例，其中服务供应商可向多个客户提供内容服务。CON300可包括多个内部节点312，多个内容路由器314（标记为CR1、CR2，和CR3），以及与内容路由器314相关联的多个客户节点320。CON300的部件可经配置为与CON100或CON200的相应部件大体相似，且可如图3所示安排。在内容发布（向内容服务器）和内容检索（从内容服务器）期间都可实施内容路由。内容签约，例如内容检索/传递，可基于用户期望而与严格的QoS要求相关联。本文描述的SS和PS方案可在内容签约的背景下实施，但也可类似地用于内容发布。
可由内容路由器314中的内容路由引擎来处理内容路由，所述内容路由引擎314可接收用户的内容请求，例如，发布（PUB）或签约（SUB）请求。内容路由引擎可包括可接入到网络拓扑和链路状态数据库信息的联合SS和PS优化控制器。此信息可使用例如开发流等链路状态路由协议或集中实体接入或获得。
当内容路由器314接收到内容请求时，所述请求可首先由内容路由器314处的名称解析功能处理。所述名称解析功能可将所述请求解析到内容路由器的一个子组，例如，CR1、CR2,和/或CR3,在所请求的内容可得到的情况下。例如，接收到的SUB请求可使用参数映射成一个需求度量，所述参数例如为供应商策略、用户服务水平协议（SLA）要求，和/或其它参数。然后，可将所述请求转发到内容路由器314处的内容路由引擎，所述内容路由引擎可决定用户需求可在多个内容服务器中如何分摊且将内容传送映射到传送平面中的路径。如下详细描述，可考虑在每对链路边缘节点(i，j)之间的链路容量ci，j和链路残余容量ri，j来计算所述路径。在CON300中支持TE的情况下，可向所述内容路由器引擎提供一组TE计算的路径。如果在CON300中不支持TE，那么可使用例如SPF等默认路由机制来建立所述路径。
图4说明内容路由架构400的一项实施例，所述内容路由架构400可在CON100、CON200、或CON300中使用。内容路由架构400可包括内容路由引擎410、内容转发平面430，和传送平面440。内容路由引擎410可位于内容路由器114、内容路由器214，或内容路由器314处，且可与内容转发平面430通信，所述内容转发平面430又与传送平面440通信。内容路由引擎410可包括用户请求处理机块412、名称解析引擎块414、用于服务器选择的输入块420、SS块421、存储决定块418，以及服务器和路径决定块422。内容转发平面430也可位于内容路由器114、内容路由器214、或内容路由器314处，且可包括可与服务器和路径决定块422通信的内容传输逻辑块432。所述块可以是使用软件实施的逻辑块、使用硬件实施的物理块，或二者都是。
用户请求处理机块412可例如从客户节点120或客户站点150接收用户的内容请求，并将所述请求转发到名称解析引擎块414。名称解析引擎块414可基于接收到的内容请求中的名称前缀来确定所述内容并将存储所请求内容的一列可用内容服务器转发到SS块421。名称解析引擎块414可从存储决定块418接收所述组可用服务器和/或先前选择的服务器。SS块421可基于由用于SS块420的输入提供的输入来实施SS。用于SS块420的输入可提供从所述网络，例如，网络平面，和/或网络中的多个节点接收到的一组链路度量。
SS块420可将关于一组所选择的内容服务器的信息转发到服务器和路径决定块422。服务器和路径决定块422可实施联合SS和PS算法，以决定所选择的内容服务器的子组并选择多条路径用于内容传送。然后，服务器和路径决定块422可将关于所述所选择的内容服务器和路径的信息转发到内容转发平面430中的内容传输逻辑块432。内容传输逻辑块432可向存储决定块418提供关于所述所选择的内容服务器的反馈，且向传送平面440提供关于所述所选择的内容服务器和路径的信息。然后，可以是网络平面的传送平面440可在网络中将此信息转发到例如网络中的多个节点。基于此信息，可经由所选择的路径从所选择的内容服务器转发所请求的内容。
图5说明联合SS和PS方案500的一项实施例，其可例如在内容路由器层级通过类似于内容路由引擎410的内容路由引擎510来实施。确切地说，联合SS和PS方案500可用于不使用TE在网络中传送内容且可在一组静态路径上转发业务的情况中。例如，联合SS和PS方案可用在CON100中的内容路由器114中。联合SS和PS方案500可包括用户请求块512、SS块520、联合SS和PS（SS-PS）算法块521、每个用户需求的服务器子组块522、第一输入块560、第二输入块562，和第三输入块564。用户请求块512可从客户节点520接收一个或一个以上用户的内容请求，这对应于客户节点120或客户站点150，并将每个所接收的请求转发到SS块520。
SS块520可例如基于所接收的内容请求中的内容前缀来确定所述内容，并基于接收到的一组可用的服务器和/或先前选择的服务器以及一组链路度量来实施SS。然后，SS块520可将包括所请求内容的一组服务器转发到联合SS和PS算法块521。SS块520可通过用于服务器选择块420和SS块421的输入来实施。联合SS和PS算法块521可基于多个输入来实施联合SS和PS算法，以满足多个目标，例如最小化端到端延迟、实现服务器负载平衡、最小化路径成本，和/或为了提高内容传递和网络性能的其它目标。然后，联合SS和PS算法块521可向服务器的子组块522表明所选择的内容服务器和路径，服务器的子组块522又将每个用户需求的信息用信号通知网络和/或多个网络节点。联合SS和PS算法块521和服务器的子组块522可在服务器和路径决定块422处实施。
第一输入块560和第二输入块562可将多个输入转发到联合SS和PS算法块521。第一输入块560可转发基于测量的输入，例如分等级的列表、端到端路径延迟、带宽，和服务器状态。第二输入块562可转发输入，以用于最小化内容服务器和例如内容路由器114等请求节点之间的成本。第二输入块562也可从第三输入块564接收关于修改的链路成本和/或扩充更多容量的信息。
图6说明另一联合SS和PS方案600的一项实施例，其可通过类似于内容路由引擎410的内容路由引擎610来实施。确切地说，联合SS和PS方案600可用于使用TE在网络中传送内容且可在一组动态路径上转发业务的情况中。例如，联合SS和PS方案600可用在CON200中的内容路由器214中。联合SS和PS方案600可包括用户请求块612、用户需求块613、SS块620、联合SS和PS（SS-PS）算法块621、每个用户需求的服务器子组块622、第一输入块660、第二输入块662、第三输入块664，以及TE路径块666。用户请求块612可从客户节点620接收一个或一个以上用户的内容请求，这可对应于客户节点220或客户站点250，并将每个所接收的请求转发到用户需求块613。用户需求块613可处理每个用户请求并将相应的用户需求请求转发到SS块620。用户需求可包括用户内容请求和用户的额外要求，例如服务质量（QoS）和/或等待时间需求。
SS块620可确定内容，并基于一列可用和／或先前选择的内容服务器和一组链路度量来实施SS。然后，SS块620可将包括所请求内容的一组所选择的服务器转发到联合SS和PS算法块621。SS块620可在用于服务器选择块420和SS块421的输入下实施。联合SS和PS算法块621可基于多个输入来实施联合SS和PS算法。所述输入可包括用于SS优化的目标，以便实现服务器负载平衡和/或最小化延迟，以及用户PS优化的目标，以便实现路径负载平衡和/或最大化吞吐量。然后，联合SS和PS算法块621可基于所述算法向服务器子组块622转发关于所选择的内容服务器和路径的信息，服务器子组块622又将每个用户需求的信息用信号通知网络和/或多个网络节点。联合SS和PS算法块621和服务器子组块622可在服务器决定块422处实施。
第一输入块660、第二输入块662和TE路径666可将多个输入转发到联合SS和PS算法块621。第一输入块660可转发本地拓扑状态信息，例如链路带宽、成本、延迟，等。第二输入块662可转发服务器状态，例如利用率、存储，和/或其它服务器状态信息。第一输入块660和第二输入块662也可从第三输入块664接收关于更新的拓扑和服务器状态的信息。TE路径块666可向联合SS和PS算法块621提供TE信息，所述信息可包括一列所计算的TE路径。
可实施联合SS和PS方案，例如联合SS和PS方案500或联合SS和PS方案600来满足用户请求并实施内容签约或检索/传递。这可通过以下方式来实现：使用图论文学和如下表1所界定的多个标记制定一个联合SS和PS问题，并使用联合SS和PS算法解决此问题。可通过在源节点t处界定用户请求或需求D来制定联合SS和PS问题，所述用户请求或需求D可通过内容路由器的子组来满足，有其中R是一组所选择的内容路由器且X是在内容供应商网络G（V，E）中的更大组的可用的内容路由器。所述问题包括确定需要由组R中的每个内容路由器满足的需求量，并确定将所述内容从服务节点（例如，内容服务器）传送到请求节点（例如，与客户相关联的内容路由器）同时尽可能地平衡负载所需的网络路径。
表格1.用于内容路由问题的图论标记
可通过依据路径残余容量在多个服务器和路径中按比例划分所述需求来解决所述联合SS和PS问题。此联合SS和PS解决方案可导致跨多条路径来分布负载且实现负载平衡的目标。此外，所述解决方案可避免已达到最大负载界限或已接近其最大容许负载阈值的路径的进一步拥塞。
图7说明联合SS和PS算法700的一项实施例，可实施所述算法来解决联合SS和PS问题。联合SS和PS算法700可在基于IP的CON中实施，其中路由可基于SPF计算。CON可包括请求用户需求（D）的源节点710（标记为t）、路由所请求内容的多个路由器714（标记为R和X），和供应D的伪节点720（标记为P）。源节点710可对应于服务客户节点或客户站点的内容路由器，路由器714可包括内容路由器，且伪节点720可包括存储和维护内容的一个或一个以上内容服务器。
联合SS和PS算法700可包括从节点R沿着多个SPF路径分摊需求D。可选择所述路径来满足源节点t710的需求D。联合SS和PS算法700可在例如可接收SUB请求的源节点710处求解。源节点710可确定从一组节点R714到源节点t710的最短路径。例如，可使用戴克斯特拉算法（Dijkstrasalgorithm）或类似的算法来计算最短路径。可选择最短路径，使得累计需求D可得到满足且从节点R714到源节点t710的一些最短路径共享相同的链路770。联合SS和PS算法700的目标是确保使用最短路径提供需求D和在所述路径上实现负载平衡。联合SS和PS问题可制定为两个节点之间的单一商品供需流问题，所述两个节点例如为源节点710和伪节点720。将伪节点P连接到一组节点R的链路的容量可相当大。
联合SS和PS算法700可包括基于最大可行路径容量沿着SPF路径按比例地划分需求D。为了在多个服务器中划分所述需求，可计算最大可行路径容量，使得边缘节点可在从一组节点R714到源节点t710的多个SPF路径中共享。例如，用于共享路径的所述边缘节点可包括节点t和节点Xi、X2或Xn。
用于联合SS和PS算法700的伪码可包括以下步骤：
1.检查需求可行性条件。如果不满足条件，那么需求D可从节点P720到源节点t710放宽到最大业务，或通过放宽内容到达用户的最大传输时间。
2.通过以下操作为每个(xi,t)对计算最大可行流量Cap(Pi)：
a.为节点对(xi,t)导出具有对应于SPF路径中的节点和链路的联合的节点和链路的子图表；
b.使用此子图表，对于所有(xi,t)对进行迭代（例如(x1,t)、(x2,t)…(xn,t)，其中n是一个整数）；
c.从每个目的地节点Xi740将最大流量推送到源节点t720。此流量可对应于瓶颈带宽，所述瓶颈带宽对于源-目的地对(xi,t)是Cap(Pi)；
d.从链路残余容量中减去此最大可行流量；
e.返回到步骤b。
4.当Cap(xi)被确定时，所述需求可在从一个边缘上的目的地节点到另一边缘上的源节点的SPF路径中按比例划分。对应于从节点Xi到节点ｔ分摊的需求的流量可表示为f(Pi)，如下：
f(Pi)=D×Cap(Pi)/∑Cap(Pi)(1)
5.各步骤可在实施步骤4后结束。
以上的联合SS和PS算法700可首先通过计算从节点P到节点t的最大流量来测试满足需求D的可行性。如果最大流量小于需求，则所述请求不可行。在这种情况下，可通过考虑满足用户需求的容许最大延迟阈值来放宽用户需求。如果需求可行，则最大可行流量Cap(xi)从节点Xi∈R到节点t。最大可行流量可基于从节点R到节点t的SPF计算而计算出，此流量可能会共享一些链路，例如，链路770。计算出Cap(Pi)后，所述需求可依据路径的最大可行容量在节点R和从节点r∈R的子组到节点t的对应的SPF路径中按比例分摊。此算法的复杂性可估计为O(N2×M)+O(N2)=O(N×M)，其中N是路由器714的数量且M是内容服务器的数量。
图8说明另一联合SS和PS算法800的一项实施例，可实施此算法来解决联合SS和PS问题。联合SS和PS算法800可在基于IP的CON中实施，所述CON支持等价多路径（ECMP）路由。CON可包括源节点810（标记为s）、多个路由器814（标记为R和X），以及伪节点820（标记为D），这些可经配置为与以上对应部件大体相似。当从节点Xi到节点s可建立多条SPF路径时，联合SS和PS算法800可扩展联合SS和PS算法700。在这种情况下，可将Cap(Pi)计算为从节点(xi，j)到节点s的每条ECMP路径的容量的合计。这些路径可标记为P(i，j)。可计算出节点Xi到节点Xi，j的链路容量Cap(Pi，j)，其也可以是在路径Pi，j上的最大可行容量。可用类似于联合SS和PS算法700中的Cap(Pi)计算Cap(Pi，j)。因此，Cap(Pi)可对应于一组合计Cap(Pi，j)值。类似地，可计算其它节点的Cap(Pi)。如此，需求D可使用以上等式（1）在所述多个内容路由器/节点（例如，路由器814）中分摊，所述等式（1）可表示为f(Pi)。另外，f(Pi)可使用等式1的一种修改形式在路径Pi，j中分摊，如下：
f(Pi，j)=f(Pi)×Cap(Pi，j)/∑Cap(Pi，j)(2)
在基于MPLS的网络的情况下，可使用多个路由场景。例如，路由可基于SPF。在这种情况下，可使用联合SS和PS算法700或联合SS和PS算法800。在另一种情况下，基于MPLS的网络可支持可由服务供应商提供的TE。在这种情况下，可基于所输入的未来需求使用一种算法来平衡链路上的负载，所述输入可包括内容和背景业务需求。TE策略的输出可包括可用于在每个边界节点处的未来SUB（或PUB）请求的一组路径，所述边界节点例如为与客户相关联的路由器节点。可考虑两种类型的TE策略。在第一种TE策略中，可在网络外面接收/发送外部业务的一对入节点和出节点之间预先配置标记交换路径（LSP）。在第二种TE策略中，可预先配置一组LSP，但是供应商也可允许动态设置和卸去新的LSP。
图9说明联合SS和PS算法900的一项实施例，其可在基于MPLS的CON中实施，其中例如在以上第一TE策略的情况下，TE策略规定只使用预先配置的路径。CON可包括源节点910（标记为t）、多个路由器914（标记为X），以及伪节点920（标记为P），这些可经配置为与以上对应部件大体相似。例如，在TE策略数据库中，可在例如源节点910的请求服务节点中表明关于TE策略要求的信息。通常，预先配置的TELSP可具有预先确定的带宽。例如，随着时间的过去，可使用可用容量，以用于在例如路由器914等内容路由器节点之间路由背景业务。LSP的最后更新的或当前残余的容量可从标记交换数据库(LSDB)和由每个LSP遍历的一组链路导出。一对节点(xi,t)的总残余容量total_lspi(xi,t)可等于所述对节点(xi,t)之间的多个链路的残余容量的总和，例如total_lsp(xi,t)=∑lspi(xi,t)。所述对节点的链路容量Cap(xi,t)可设置成等于total_lsp(xi,t)。
用于联合SS和PS算法900的伪码可包括以下步骤：
1.检查满足需求的可行性。如果不可满足需求，那么可放宽所述需求。
2.将总容量total_lsp(xi,t)确定为在所述对节点Xi和t之间的所有LSP的所有容量的总和，例如，total_lsp(xi,t)=∑lsp(xi,t)。
3.初始化可行容量Cap(xi,t)=total_lsp(xi,t)。
4.通过按比例分摊业务，确定每个目的地节点Xi处的需求，例如f(xi,t)=D×Cap(xi,t)/∑Cap(xi,t)。
5.沿着从Xi到t的所述组LSP在每个节点Xi处分摊需求，以确定每个LSPf(lspk(xi,t)上的最终流量，如下：f(lspk(xi,t)=f(xi,t)×Cap((lspk(xi,t))/∑Cap((lspk(xi,t))。
6.各步骤可在实施步骤5后结束。
图10说明联合SS和PS算法900的一项实施例，其可在基于MPLS的CON中实施，其中例如在以上第二TE策略的情况下，TE策略启用预先配置的路径和用于新路径的按需信令。CON可包括源节点1010（标记为t）、多个路由器1014（标记为X），以及伪节点1020（标记为P），这些可经配置为与以上对应部件大体相似。可从TE策略控制器获得关于TE策略的信息。在这种情况下，可按需提供新路径，以满足不可通过预先配置的路径满足的任何不足需求。在一项实施例中，可计算所述新路径并可按需通过网络中的TE策略控制器用信号通知。在另一项实施例中，可由接收和处理用户请求的内容路由器计算所述新路径。在这种情况下，众所周知或标准的TE算法可经扩展来确定内容路由器处的新路径。由于按需信令可在路径提供过程中引入延迟，所以可使用预先配置的路径来实施联合SS和PS算法900，以尽可能地满足用户需求，且只有在必要时才可能计算新路径。
用于联合SS和PS算法900的伪码可包括以下步骤：
1.对于所有的(xi,t)节点对，在预先配置的和按需LSP的总容量上测试满足需求的可行性。
2.使用预先配置的LSP来测试满足需求的可行性。
a.如果使用预先配置的路径可满足需求，那么基于预先配置的路径的联合SS和PS算法900可用于确定LSP流量。
3.如果由预先配置的LSP未满足需求，那么可应用以下步骤：
a.使用预先配置的路径确定可满足的需求的量或部分。
b.在合计的一组按需LSP上使用联合SS和PS算法900，以获得从目的地节点（如Xi）到源节点t1010的按需LSP的合计需求。
c.在可按照其容量顺序排序的每个按需LSP上充满或最大化负载，以最小化信令，而不在LSP上按比例划分流量。这可通过以下操作实现：
●对所述组按需LSP上的每个Xi节点的每个(xi,t)对迭代步骤c。
●为每个(xi,t)对识别可能用信号通知的LSP。
●一些LSP在导出TE策略时可能已经可行，但是在当前网络状态可能不再可行。此类LSP在迭代中可能会被避开，因为路径选择可应用于网络拓扑的最新状态。
4.用信号通知所识别的按需LSP的列表。
5.各步骤可在实施步骤4后结束。
在基于MPLS的网络的情况下，可使用多个路由场景。例如，路由可基于SPF。在这种情况下，可使用联合SS和PS算法700或联合SS和PS算法800。在另一种情况下，基于MPLS的网络可支持可由服务供应商提供的TE。在这种情况下，可基于所输入的未来需求使用一种算法来平衡链路上的负载，所述输入可包括内容和背景业务需求。TE策略的输出可包括可用于在每个边界节点的未来SUB（或PUB）请求的一组路径，所述边界节点例如为与客户相关联的路由器节点。可考虑两种类型的TE策略。在第一种TE策略中，可在网络外面接收/发送外部业务的一对入节点和出节点之间预先配置标记交换路径（LSP）。在第二种TE策略中，可预先配置一组LSP，但是供应商也可允许动态设置和卸去新的LSP。
在以太网传送网络的情况下，可使用生成树协议（STP）在无回路拓扑中建立节点之间的链路。也正在发展以太网传送，用于载波网络。以太网路由和信令平面已经发展成在以太网传送架构上传送数据，并且因此提供载波级路由可靠性和管理能力。由于此控制（路由和信令）平面逻辑不是完全标准化的，所以可使用例如开发流架构的集中机制来实现智能控制平面。在开发流的情况下，集中控制功能可具有网络拓扑和链路状态的知识。集中控制功能也可具有以下能力：将路由计算的输出作为交换策略提供给以太网交换节点。
可在包括以上IP和MPLS情况的组合的多个场景中解决以太网传送网络中的联合SS和PS问题。在一种场景中，路由可基于最短路径优先方案和以上讨论的IP情况的算法，可实施联合SS和PS算法700或联合SS和PS算法800。在另一种场景中，可实现TESS，其中可增强开发流智能来执行TE和SS。在这种场景中，类似于以上针对第一和第二TE策略而讨论的MPLS情况的两种情况可适用。在第一种情况下，可预先配置路径且可不允许按需信令。在第二种情况下，可允许按需信令且与预先配置的路径一起使用。对于用于两种MPLS情况（两种TE策略）的两种算法，联合SS和PS算法900以及联合SS和PS算法1000可用于对应的两种类似的以太网传送情况。然而，当集中控制平面（如，开发流）用于以太网传送时，路由策略可在L2层交换机处使用，以建立预先计算的路径来用于在R（例如，所选择的内容路由器）中的所述组节点到t1010之间传送需求或所请求的内容。
图11说明联合SS和PS方法1100的一项实施例，可使用所述算法来解决CON中的联合SS和PS问题。所述CON可以是IP网络、MPLS网络，或以太网。联合SS和PS方法1100可在接收例如SUB或PUB请求等用户请求的内容路由器处且使用硬件、软件，或两者来实施。联合SS和PS方法1100可通过内容路由器实施，例如内容路由器114、内容路由器214，或内容路由器314。方法1100可在块1110处开始，其中可在内容路由器处接收用户PUB和/或SUB请求。例如，可在用户请求处理机块412处处理PUB/SUB请求。所述请求可由内容路由器114或214分别从客户节点120或220或客户站点150或250接收。
在块1120处，所述请求可由名称解析功能处理。所述名称解析功能可基于所接收的内容请求中的名称前缀来确定所请求的内容。例如，所述名称解析功能可在名称解析引擎块414处实施。在块1130处，所述请求可由存储适配器处理。存储适配器功能可将所述请求解析到包括所请求内容的内容路由器的子组中。存储适配器功能可提供与用户需求相关联的一组可用服务器和/或先前选择的服务器。例如，所述存储适配器功能可在存储决定块418处实施。
在块1140处，所述请求可由内容路由引擎处理。例如，所述内容路由引擎功能可在内容路由引擎410处实施。在块1140中的块1142处，所述请求可由内容路由PUB/SUB引擎处理。所述内容路由PUB/SUB引擎可基于一组接收到的可用服务器和/或先前选择的服务器和一组链路度量来实施SS。所述内容路由PUB/SUB引擎可在服务器选择块420处实施。在块1140中的块1144处，所述请求可由联合SS和PS（SS-PS）优化控制器处理。所述联合SS和PS优化控制器可基于网络传送技术来实施联合SS和PS算法，例如以上描述的算法中的一者。所述联合SS和PS优化控制器功能可在服务器和路径决定块422处实施。
在块1150处，所述请求可由传送平面处理，这可基于IP、MPLS，或以太网技术。传送平面功能可将关于网络中的所选择的内容服务器和路径的信息转发到例如网络中的多个节点。例如，所述传送平面功能可在传送平面440处实施。在块1190处，可经由所述所选择的路径从所选择的内容服务器转发内容数据。所转发的内容数据可满足用户需求和请求且可按比例，例如，大致均匀地，在所选择的路径上转发，以实现负载平衡。所述内容数据可转发回到传送平面且可以相反的顺序在以上各块处进行处理并随后传递到用户。随后，方法1100可结束。
图12说明发射机/接收机单元1200的一项实施例，其可以是通过网络传送包的任何装置。例如，发射机/接收机单元1200可位于CON100中的内容路由器114或任何节点中、CON200中的内容路由器214或任何节点中，或CON300中的内容路由器314或任何节点中。所述内容路由器也可用于实施以上描述的联合SS和PS方法1100。发射机/接收机单元1200可包括：一个或多个输入端口或单元1210，其用于从其它网络部件接收报文、对象，或类型-长度-值（TLV）；逻辑电路1220，其用于确定发送报文的目标网络部件；以及一个或多个输出端口或单元1230，其用于将帧传输到其它网络部件。逻辑线路1220也可用于实施联合SS和PS方法1100的步骤中的至少一些步骤，其可基于硬件、软件，或两者。
上述网络部件可在任何通用网络部件上实施，例如计算机或特定网络部件，其具有足够的处理能力、存储资源和网络吞吐能力来处理其上的必要工作量。图13所示为典型的通用网络部件1300，其适用于实施本文所揭示的部件的一项或多项实施例。网络部件1300包括处理器1302（可称为中央处理器单元或CPU），其与包括以下项的存储装置通信：辅助存储器1304、只读存储器ROM）1306、随机存取存储器（RAM）1308、输入/输出（I/O）装置1310，以及网络连接装置1312。处理器1302可作为一个或多个CPU芯片实施，或者可为一个或多个专用集成电路（ASIC）的一部分。
辅助存储器1304通常包括一个或一个以上磁盘驱动器或磁带驱动器，用于数据的非易失性存储，且在RAM1308不够因而无法保持所有工作数据的情况下用作溢流数据存储装置。辅助存储器1304可用于存储程序，当选择执行这些程序时，将所述程序加载到RAM1308中。ROM1306用于存储在执行程序期间读取的指令，且可能存储所读取的数据。ROM1306为非易失性存储装置，它的存储容量相对于辅助存储器1304的较大存储容量而言通常较小。RAM1308用于存储易失性数据，还可能用于存储指令。访问ROM1306和RAM1308通常比访问辅助存储器1304要快。
揭示至少一个实施例，且所属领域的技术人员作出的对所述实施例和/或所述实施例的特征的变化、组合和/或修改在本发明的范围内。由组合、整合，和/或省略所述实施例的特征而产生的替代实施例也在本发明的范围内。在明确说明数字范围或限制的情况下，此类表达范围或限制应被理解成包括在明确说明的范围或限制内具有相同大小的迭代范围或限制（例如，从约为1到约为10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等）。例如，每当揭示具有下限Rl和上限Ru的数值范围，明确揭示落入所述范围内的任何数字。确切地说，明确揭示以下在所述范围内的数字：R=Rl+k*(Ru-Rl)，其中k为从1%到100%范围内以1%递增的变量，即，k为1%、2%、3%、4%、7%、……、70%、71%、72%、……、97%、96%、97%、98%、99%或100%。此外，也明确揭示由以上界定的两个R数字界定的任何数值范围。相对于权利要求书的任何元素，使用术语“任选地”意味着需要所述元素，或者，不需要所述元素，两种替代方案都在权利要求书的范围内。使用例如包括、包含和具有等较广的术语应理解为向较窄的术语例如由…组成、本质上由…组成和大体上由…组成提供支持。因此，保护的范围不受以上陈述的描述限制，而是由以下权利要求书界定，所述范围包括权利要求的标的物的所有等效物。每项和每一项权利要求都作为进一步揭示并入说明书中，且各项权利要求是本发明的实施例。本发明中对参考的讨论不是认可它是现有技术，尤其是具有在本申请案的优先权日期之后的公开日期的任何参考。本发明中引用的所有专利、专利申请案，和出版物的揭示内容在其提供补充本发明的示范的、程序的或其它的细节的意义下以引用的方式并入本文中。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，所揭示的系统和方法可以许多其它具体形式来实施。当前实例将视为说明性的而不是限制性的，且不希望限于本文提供的细节。例如，各种元素或部件可在另一系统中组合或整合，或者某些特征可以省略，或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。其它展示或讨论为耦合或直接耦合或彼此通信的项目可以是间接耦合或在电气上或机械上通过一些接口、装置或中间部件来通信，或反之亦然。变化、替代和改动的其它实例可由所属领域的技术人员确定且在不脱离本文揭示的精神和范围的情况下进行。

Claims (20)

1.一种网络设备，其包括：
内容路由器，其用于耦合客户节点并实施联合服务器选择(SS)与路径选择(PS)以满足用户的内容请求，并实现用于在供应商网络中传输所请求的内容的多个联合优化目标，
所述内容路由器实施联合SS与PS包括：
选择多个服务器，所述服务器包括内容；
选择多个路径，所述路径用于从所述服务器传送作为跨路径而分布且平衡的负载的内容，
其中根据路径残余容量在所述多个服务器和所述多条路径中按比例划分所述用户的用户需求来实施所述联合SS和PS。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述内容路由器是耦合到包括其它内容路由器、内容服务器或以上两者的所述供应商网络中的多个节点的边缘节点。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述供应商网络是以下各项中的一者：支持最短路径优先(SPF)路由的因特网协议(IP)网络，支持等价多路径(ECMP)路由的因特网协议(IP)网络，和支持仅允许在预先计算的路径上路由的业务工程(TE)策略的多协议标记交换(MPLS)网络。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个联合优化目标包括：
选择一组内容路由器，使得多个服务器大体上负载平衡；以及
选择所述多个服务器，使得在所述供应商网络中的多个网络链路上所得的负载大体上负载平衡。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个联合优化目标包括以下各项的至少一者：大体上最小化端到端延迟、实现服务器负载平衡和大体上最小化路径成本。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述供应商网络是支持业务工程(TE)策略的多协议标记交换(MPLS)网络，所述业务工程(TE)策略允许路由预先计算的路径以及用信号通知用于路由的新路径以满足需求。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述供应商网络是支持最短路径优先(SPF)路由的以太网传送网络。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述供应商网络是支持开发流框架路由的以太网传送网络，所述开发流框架路由支持仅允许在预先计算的路径上路由的业务工程(TE)策略。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述供应商网络是支持开发流框架路由的以太网传送网络，所述开发流框架路由支持允许路由预先计算的路径以及用信号通知用于路由的新路径以满足需求的业务工程(TE)策略。
10.一种网络部件，其包括：
用于接收用户的内容请求的内容路由器或者交换机中的接收机；
内容路由引擎，其用于实施联合服务器选择(SS)和路径选择(PS)算法，以选择包括所述内容的多个服务器和实现传送所述内容的负载平衡的多条路径；以及
用于向供应商网络表明所述所选择的服务器和路径的发射机；
其中根据路径残余容量在所述多个服务器和所述多条路径中按比例划分所述用户的用户需求来实施所述联合SS和PS。
11.根据权利要求10所述的网络部件，其中所述服务器和路径是基于使用链路状态路由协议获得的网络拓扑和链路状态信息而选择的。
12.根据权利要求10所述的网络部件，其中所述服务器和路径是基于使用所述供应商网络中的集中控制实体获得的网络拓扑和链路状态信息而选择的。
13.根据权利要求10所述的网络部件，其中所述内容在一组静态路径上传送，且其中所述联合服务器选择(SS)和路径选择(PS)算法是基于多个输入，所述多个输入包括基于测量的输入，包括用于最小化所述服务器和所述内容路由器之间的成本的输入、关于修改的链路成本、扩充更多容量的信息，或其组合。
14.根据权利要求10所述的网络部件，其中所述内容在一组动态路径上传送，且其中所述联合服务器选择(SS)和路径选择(PS)算法是基于多个输入，所述多个输入包括本地拓扑状态信息、服务器状态、关于更新的拓扑和服务器状态的信息、TE信息，或其组合。
15.根据权利要求10所述的网络部件，其中所述服务器经选择以在所述服务器之间实现大体的负载平衡且满足用户的内容需求。
16.一种网络设备实施的方法，包括：
在用户请求处理机节点处接收用户的内容请求；
解析内容名称；
选择包括所述内容的多个服务器；以及
实施联合服务器选择和路径选择，以选择所述服务器和多个所计算的路径中的至少一些，
其中在所述路径上提供且负载平衡至少一些所述内容；
其中根据路径残余容量在所述选择的所述服务器和多个所计算的路径中的至少一些中按比例划分所述用户的用户需求来实施所述联合服务器选择和路径选择。
17.根据权利要求16所述的方法，其中当在不使用业务工程(TE)的情况下选择所述路径时，基于一组静态链路度量来选择所述服务器和路径，或者当选择TE路径时，基于一组动态链路度量来选择所述服务器和路径。
18.根据权利要求16所述的方法，其中使用包括以下步骤的伪码来实施服务器选择和路径选择：
检查需求可行性条件，其中如果不满足所述需求可行性条件，那么将所述用户需求放宽到以下一者：放宽从服务器节点到所述用户请求处理机节点的最大流量，和放宽所述内容到用户的最大传输时间；
通过以下操作针对每对路由器节点和用户请求处理机节点(xi,t)计算最大可行流量Cap(Pi)：
针对所述节点对(xi,t)导出具有对应于最短路径优先(SPF)路径中的节点和链路的联合的多个节点和多个链路的子图表；
使用所述子图表，对多个(xi,t)对进行迭代；
从来自多个路由器节点的每个目的地节点Xi将最大流量推送到所述用户请求处理机节点，其中所述最大流量对应于瓶颈带宽，所述瓶颈带宽对于所述对(xi,t)等于Cap(Pi)；
从所述链路的残余容量中减去所述最大可行流量；以及
当确定Cap(Pi)时，所述用户需求可在从一个边缘上的所述路由器节点的多个目的地节点到另一边缘上的所述用户请求处理机节点的多个SPF路径中按比例划分，其中对应于从目的地节点Xi到所述用户请求处理机节点分摊的需求的流量是f(Pi)，其中f(Pi)＝D×Cap(Pi)/ΣCap(Pi)，D为所述用户需求。
19.根据权利要求16所述的方法，其中使用包括以下步骤的伪码来实施服务器选择和路径选择：
检查需求可行性条件，其中如果不满足所述需求可行性条件，那么放宽所述用户需求；
将用于一对路由器节点和用户请求处理机节点(xi,t)的总容量total_lsp(xi,t)确定为所述对之间的多个标记交换路径(LSP)的多个容量的总和，使得total_lsp(xi,t)＝Σlsp(xi,t)；
初始化可行容量Cap(xi,t)＝total_lsp(xi,t)；
通过按比例分摊流量，确定每个目的地节点Xi处的需求f(xi,t)，使得f(xi,t)＝D×Cap(xi,t)/ΣCap(xi,t)，D为所述用户需求；以及
沿着从Xi到所述用户请求处理机节点的所述LSP在多个路由器节点的每个节点Xi处分摊所述需求，以确定每个LSPf(lspk(xi,t))上的最终流量，使得f(lspk(xi,t))＝f(xi,t)×Cap((lspk(xi,t))/ΣCap((lspk(xi,t))。
20.根据权利要求16所述的方法，其中使用包括以下步骤的伪码来实施服务器选择和路径选择：
对于多对路由器节点和所述用户请求处理机节点(xi,t)，在多个预先配置的和按需标记交换路径(LSP)的总容量上测试满足所述用户需求的可行性条件；
使用所述预先配置的LSP来测试满足所述用户需求的可行性条件，其中如果使用所述预先配置的LSP不满足所述用户需求，那么基于预先配置的路径的联合SS和PS算法将确定LSP流量，且其中如果通过所述预先配置的LSP不满足所述用户需求，那么应用以下步骤：
a.确定使用所述预先配置的LSP满足的所述用户需求的一部分；
b.在合计的一组按需LSP上使用联合SS和PS算法，以获得从来自所述路由器节点的目的地节点Xi到所述用户请求处理机节点的多个按需LSP的合计的需求；
c.使在以容量的顺序排序的所述按需LSP中的每一者上的负载最大化以减少信令，而不是在所述LSP上按比例划分所述LSP流量，其中所述负载通过以下操作而最大化：对在所述组按需LSP上的每个Xi的每对(xi,t)迭代步骤c，识别为每对(xi,t)用信号通知的所述LSP，以及在迭代中避开在导出业务工程(TE)策略时已经可行，但是在当前网络状态下不再可行的一些所述LSP；以及
用信号通知所识别的按需LSP的列表。
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