CN104301212B - 一种功能链组合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能链的组合方法。本发明具体如下：基于输入输出匹配算法，根据业务请求，在功能块集合中查找其输入与业务请求输入相匹配的功能块，并将查找到的功能块作为功能链的第一个前驱功能块；根据功能块间的继承关系，在功能块集合中，查找能与当前功能链末尾的功能块构成可继承关系的功能块，并将该功能块作为后继功能块连接至功能链末尾；重复查找直至功能链的长度达到预设的长度；检验功能链的输出是否与业务请求的输出相匹配，若匹配，则将所有匹配的功能链放入功能链集合FC Set中输出；若不匹配，则删除该功能链。本发明改进了传统的输入输出匹配算法，使得组链过程相比传统的输入输出匹配算法更加高效和可靠。

Description

一种功能链组合方法
技术领域
本发明属于可重构网络构建技术，具体涉及一种功能链的组合方法。
背景技术
当今信息网络内在的能力与结构对业务需求的适应性日渐变差，其根本原因是作为网络基础承载机制的TCP/IP对上层业务提供的服务粒度粗，难以添加新的功能，导致网络对融合、泛在、质量、安全、扩展、可管可控、移动等的支持能力低下，使得业务需求与网络基础能力之间的差距愈发显著。
可重构网络在解决这些问题上具有天然的“基因”。可重构网络能构建一个功能可动态重构扩展的基础物理网络，并在此基础上为不同业务提供满足其根本需求的、可定制的基础网络服务。
国内在可重构网络的研究方面，有着不少进展。解放军信息工程大学研究了以“构件－组件－平台”为体系结构的开放式可重构路由交换节点平台。其以网络承载服务为核心，以可重构路由交换平台为关键支撑技术，设计出了一种面向服务提供的网络体系架构：一体化承载网络(UCN)模型，国防科技大学提出了一种基于虚拟化技术的可重构路由器控制软件模型，通过操作系统的内核虚拟化技术实现可重构路由器对避免性动态配置方法不同构件提供相同的运行环境，从而提高了整个可重构路由器控制软件系统的开放性和安全性。浙江工商大学研究了可重构路由节点中的服务映射问题，提出了一个通用的服务模型ForCES，该模型的特点是包含了角色、协议、质量和控制四类元素。2009年中兴通讯推出一款“组件模块化、软件可重构”的路由器ZXR10M6000。另外，清华大学也提出过一种可重构的、面向服务的网络模型。
功能块(Functional Block,FB)是可重构网络中由基础网络功能分解而成的细粒度的功能单元。它是具有特定网络功能的细小单元，通过对它们的组合，实现网络功能的动态重构，以满足不同的业务需求。当业务服务请求到达，可重构网络从节点到网络做出一系列的内部重构调整，大致过程为：首先，需要掌握网络中功能块资源的分布和使用情况，即哪些节点有哪些功能块以及这些功能块的使用状态。其次，根据业务请求，建立一条到达目的端的服务路径，路径上的节点必须有满足业务请求的功能块子集及完成功能的资源支持。最后，服务路径上的节点内部根据业务请求，将网络功能块组合为功能链，从而实现对业务的响应。
以上调整根据类型分为节点级和网络级。对于节点级，在节点内部若干不同功能特性的功能块动态地组合成具有一定顺序的功能块序列，称作功能链(FC)。本发明就着眼于节点内部。功能链的构建过程包括三步，即功能块映射、功能块组合、功能链选择。功能块映射根据请求，从功能块库中映射出可满足服务的功能块集合；功能块组合确定这些功能块的连接顺序，构建成为功能链；功能链选择是在上一步可能形成多种功能链的情况下，选择并确定最优链。
发明内容
本发明的目的是为最终构建可重构网络提供部分方案支持，研究了一种基于改进的输入输出匹配算法，来解决功能块顺序组合问题。本发明提出了一种功能链的组合方法，以实现网络节点级的重构调整来满足业务请求。
本发明解决其技术问题所需的技术方案包括如下步骤：
步骤一：根据功能块的特性对功能块进行形式化描述，定义单个数据包(packet)与数据包之间、单个元数据(metadata)与元数据之间的包含等价关系。
所述的形式化描述具体如下：以一个八元组来定义一个功能块，每个功能块都有自己的输入端口集和输出端口集，每个输入输出端口都有各自的数据包和元数据；
所述的数据包集之间的包含等价关系，是指一个数据包集中的每一个数据包，都能在另一个数据包集中找到相应的数据包形成包含等价关系，则称这两个数据包集存在包含等价关系。
所述元数据集之间的包含等价关系类同于数据包集之间的包含等价关系。
步骤二：根据单个数据包与数据包之间的包含等价关系，定义数据包集之间的包含等价关系；同时根据单个元数据(metadata)与元数据之间的包含等价关系定义元数据集之间的包含等价关系。
步骤三：根据数据包集和元数据集的包含等价关系，定义前驱输出端口和后继输入端口的可连接关系。
若数据包集和元数据集均包含等价关系，则定义前驱输出端口和后继输入端口为可连接关系；
若数据包集和元数据集中其中一个不符合包含等价关系，则定义前驱输出端口和后继输入端口为不可连接关系；
所述的每个前驱输出端口和后继输入端口均包括数据包集和元数据集；
步骤四：根据前驱输出端口和后继输入端口的可连接关系，若后继输入端口集中的每一个输入端口，都能在前驱输出端口集中找到能够与其形成可连接关系的输出端口，则定义前驱功能块和后继功能块之间为可继承关系。
步骤五：根据业务请求，在功能块集合中查找其输入与业务请求输入相匹配的功能块，并将查找到的功能块作为功能链的第一个前驱功能块。
所述的功能块集合，是指在组合之前，根据功能链的请求，从功能块库中映射出能满足请求的那些功能块的集合。功能块集合中的功能块尚未形成连接关系。
步骤六：根据功能块间的继承关系，在功能块集合中，查找能与当前功能链末尾的功能块构成可继承关系的功能块，并将该功能块作为后继功能块连接至功能链末尾；若有N个这样的功能块，则复制N-1条当前功能链，并将对应的功能块连接至功能链末尾，形成N条新链。
步骤七：重复步骤六，直至功能链的长度达到预设的长度。
步骤八：检验功能链的输出是否与业务请求的输出相匹配，若匹配，则将所有匹配的功能链放入功能链集合FC Set中输出；若不匹配，则删除该功能链。
所述的功能链的输入和输出，与业务请求的输入和输出匹配时，采用相同性匹配策略，而不是继承关系匹配。
本发明有益效果如下：
本发明所提供的功能块组合方法，是在可重构网络节点内部实现功能链组合的一种方案。结合功能块特性，基于改进的输入输出匹配算法，使得组链过程相比传统的输入输出匹配算法更加高效和可靠。
本发明是在构建可重构网络过程中的一次创新性的探索，为网络节点实现其功能提供了可行的方案，为可重构网络的实现拓展了基础，为功能块理论的进一步发展提供了现实依据。
附图说明
图1为本发明可重构网络示意图；
图2为本发明功能块模型示意图；
图3为本发明功能块的形式化描述示意图；
图4为本发明功能链重构的实现框架示意图；
图5为本发明功能链组合流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图4和5所示，一种功能块的组合方法，包括以下步骤：
步骤一：根据功能块的特性对功能块进行形式化描述，定义单个数据包(packet)与数据包之间、单个元数据(metadata)与元数据之间的包含等价关系。
所述的形式化描述具体如下：以一个多元组来定义一个功能块，每个功能块都有自己的输入端口集和输出端口集，每个输入输出端口都有各自的数据包和元数据；
步骤二：根据单个数据包与数据包之间的包含等价关系，定义数据包集之间的包含等价关系；同时根据单个元数据(metadata)与元数据之间的包含等价关系定义元数据集之间的包含等价关系。
步骤三：根据数据包集和元数据集的包含等价关系，定义前驱输出端口和后继输入端口的可连接关系。
若数据包集和元数据集均包含等价关系，则定义前驱输出端口和后继输入端口为可连接关系；
若数据包集和元数据集中其中一个不符合包含等价关系，则定义前驱输出端口和后继输入端口为不可连接关系；
所述的每个前驱输出端口和后继输入端口均包括数据包集和元数据集；
步骤四：根据前驱输出端口和后继输入端口的可连接关系，若后继输入端口集中的每一个输入端口，都能在前驱输出端口集中找到能够与其形成可连接关系的输出端口，则定义前驱功能块和后继功能块之间为可继承关系。
步骤五：根据业务请求，在功能块集合中查找其输入与业务请求输入相匹配的功能块，并将查找到的功能块作为功能链的第一个前驱功能块。
步骤六：根据功能块间的继承关系，在功能块集合中，查找能与当前功能链末尾的功能块构成可继承关系的功能块，并将该功能块作为后继功能块连接至功能链末尾；若有N个这样的功能块，则复制N-1条当前功能链，并将对应的功能块连接至功能链末尾，形成N条新链。
步骤七：重复步骤六，直至功能链的长度达到预设的长度。
步骤八：检验功能链的输出是否与业务请求的输出相匹配，若匹配，则将所有匹配的功能链放入功能链集合FC Set中输出；若不匹配，则删除该功能链。
所述的功能链的输入和输出，与业务请求的输入和输出匹配时，采用相同性匹配策略，而不是继承关系匹配。
本发明所述的可重构网络框架如图1所示，由于功能块是细分的网络功能单元，不具有业务特性，因此在功能块和业务之间需要构建元服务层。元服务由一系列功能块实例组成，负责直接向业务提供服务。
当业务发送服务请求后，可重构网络从节点到网络做出一系列的内部重构调整。其中根据业务请求，将建立一条到达目的端的服务路径，路径上的节点存在满足业务请求的功能块子集及完成功能的资源支持。该功能块子集就是本发明所述的将被组合成功能链的功能块集合。
本发明所述的功能块模型如图2所示，以一个八元组来定义一个功能块。每个功能块都有自己的输入端口集和输出端口集，每个输入输出端口都有各自的端口名、数据包和元数据。
本发明所述的功能块的形式化描述如图3所示，目的是为了便于研究基于功能链的构建机制。每个功能块包含输入和输出端口集，每个端口集中的端口包含数据包集和元数据集。
如本发明所述根据功能块的定义和形式化描述，在步骤一至四分别定义数据包(或元数据)间的等价包含关系、数据包集(或元数据集)间的等价包含关系、端口间的可连接关系和功能块间的继承关系。
基于功能链重构的实现框架如图4所示，映射以后形成的功能块集合如表1所示，功能链组合流程如图5所示，为了便于本领域的技术人员理解和重现本发明，现以一个具体实例进一步说明本发明的技术方案。
表1映射以后形成的功能块集合
实施例
假设有一个组链请求FCR＝(Inputport,Outputport)，ChainLen＝3。
其中
Inputport＝(Inputport1)＝(Packet1,Metadata1)
＝((packet11),(metadata11))＝((Arbitrary),(Null))
输入端口集只有一个输入端口Inputport1，它也只有一个数据包Packet1和一个元数据Metadata1输入；Packet1是一个一元组，输入为Arbitrary，Metadata1为空。
Outputport＝(Outputport1)＝(Packet1,Metadata1)
＝((packet11),(metadata11,metadata12,metadata13))
＝((IPv4Unicast),(L3PortID,NextHopIPv4Addr,MediaEncapInfoIndex))
输出端口集只有一个输出端口Outputport1，它也只有一个数据包Packet1和一个元数据Metadata1输出；Packet1是一个一元组，输出为IPv4Unicast；Metadata1是一个三元组，输出为(L3PortID,NextHopIPv4Addr,MediaEncapInfoIndex)。
遍历FB Set寻找其输入与FCR.Inputport匹配的所有FB，结果可以找到功能块IPv4Validator的输入与R的输入完全匹配。创建以功能块IPv4Validator为第一个前驱FB的功能链。
遍历FB Set寻找与IPv4Validator匹配的后继FB，结果可以找到IPv4UcastLPM能与IPv4Validator形成继承关系，得到IPv4ValidatorΘIPv4UcastLPM。此时只有一个FB满足需求，因此不需要复制当前功能链。
再次遍历FB Set寻找与IPv4UcastLPM匹配的后继FB，结果可以找到IPv4NextHop能与IPv4Validator形成继承关系，得到IPv4ValidatorΘIPv4UcastLPMΘIPv4NextHop。此时，功能链中的功能块个数达到了三个，因此停止循环，进行下一步。
核对服务链IPv4ValidatorΘIPv4UcastLPMΘIPv4NextHop的输出是否与服务链请求的输出匹配。结果表明两者匹配，从表1中也可以看出。因此服务链IPv4ValidatorΘIPv4UcastLPMΘIPv4NextHop满足FCR。
输出功能链集合FB Chain Set，等到的功能链为FC＝(IPv4ValidatorΘIPv4UcastLPMΘIPv4NextHop)。

Claims (1)

1.一种功能链的组合方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：根据功能块的特性对功能块进行形式化描述，定义单个数据包与数据包之间、单个元数据与元数据之间的包含等价关系；
所述的形式化描述具体如下：以一个八元组来定义一个功能块，每个功能块都有自己的输入端口集和输出端口集，每个输入输出端口都有各自的数据包和元数据；
步骤二：根据单个数据包与数据包之间的包含等价关系，定义数据包集之间的包含等价关系；同时根据单个元数据与元数据之间的包含等价关系定义元数据集之间的包含等价关系；
步骤三：根据数据包集和元数据集的包含等价关系，定义前驱输出端口和后继输入端口的可连接关系；
若数据包集和元数据集均包含等价关系，则定义前驱输出端口和后继输入端口为可连接关系；
若数据包集和元数据集中其中一个不符合包含等价关系，则定义前驱输出端口和后继输入端口为不可连接关系；
所述的每个前驱输出端口和后继输入端口均包括数据包集和元数据集；
步骤四：根据前驱输出端口和后继输入端口的可连接关系，若后继输入端口集中的每一个输入端口，都能在前驱输出端口集中找到能够与其形成可连接关系的输出端口，则定义前驱功能块和后继功能块之间为可继承关系；
步骤五：根据业务请求，在功能块集合中查找其输入与业务请求输入相匹配的功能块，并将查找到的功能块作为功能链的第一个前驱功能块；
步骤六：根据功能块间的继承关系，在功能块集合中，查找能与当前功能链末尾的功能块构成可继承关系的功能块，并将该功能块作为后继功能块连接至功能链末尾；若有N个这样的功能块，则复制N-1条当前功能链，并将对应的功能块连接至功能链末尾，形成N条新链；
步骤七：重复步骤六，直至功能链的长度达到预设的长度；
步骤八：检验功能链的输出是否与业务请求的输出相匹配，若匹配，则将所有匹配的功能链放入功能链集合FC Set中输出；若不匹配，则删除该功能链；
所述的步骤八中的功能链的输入和输出，与业务请求的输入和输出匹配时，采用相同性匹配策略，而不是继承关系匹配。
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