CN104486194B - 一种多可靠性等级虚拟网络控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种多可靠性等级虚拟网络控制系统和方法，为了满足现有光传送网中多节点业务具有差异化的可靠性需求。本发明多可靠性等级虚拟网络控制系统包括资源抽象模块、虚拟光网络代理、可靠性管理模块、路径计算模块和资源数据库，本发明所述多可靠性等级虚拟网络控制方法包含以下步骤：第1步、资源抽象管理。第2步、用户许可判决。第3步、业务算路部署。在用户请求中用网络节点度数需求作为用户可靠性等级需求，根据用户的可靠性等级需求和网络最大可靠性阈值判决是否接受用户请求。本发明根据各用户的可靠性需求的虚拟网络映射方法，能够提高虚拟网络接入的成功率。
Description
技术领域
本发明涉及通信和虚拟网络技术领域，尤其涉及一种包含多可靠性等级的虚拟网络控制系统及方法。
背景技术
网络虚拟化技术是未来互联网体系架构发展的技术方向。其本质是在一个公共物理基础设施上，通过抽象、分配、隔离机制独立地运营若干个具有互相独立协议体系的虚拟子网。它能够将底层基础设施提供商与上层网络运营商分离开来，允许若干个网络运营商以不同的网络协议灵活共享一套物理网络拓扑。
虚拟网络映射是网络虚拟化技术中必不可少的步骤，把用户的虚拟网络请求合理有效地分配到网络设施上。虚拟网络请求的拓扑具有多样性和实时性的特点。资源分配包括节点资源(如计算资源等)和链路资源(如带宽和延时性能等)。物理节点的资源必须满足虚拟节点的资源需求，并且物理链路的资源必须满足虚拟链路的资源需求。
软件定义网络(Software-Defined Networking，SDN)架构中的虚拟网络控制层对网络资源具有全局管理与调度能力。虚拟网络控制层作为网络用户与物理网络的中间层，一方面，可以获取网络用户的虚拟网络请求及其相应的可靠性需求；另一方面，可以实时获取传送层的网络节点和链路可用资源状态，为虚拟网络请求在物理拓扑上选择合适的区域进行部署。
专利(CN201110035858)提供了一种将接收到的虚拟网络拓扑请求划分为多个虚拟子网的处理方法和系统。它解决了由于计算资源消耗过大而带来的处理瓶颈问题，减少了虚拟网络请求及部署的时间。但是没有对虚拟网络请求所涉及的业务区分可靠性等级，也未考虑物理链路的故障对虚拟网络的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了满足现有光传送网中多节点业务具有差异化的可靠性需求，提出一种基于软件定义网络的多可靠性等级虚拟网络控制系统和方法。
本发明多可靠性等级虚拟网络控制系统10包括资源抽象模块1、虚拟光网络代理2、可靠性管理模块3、路径计算模块4和资源数据库5。
所述资源抽象模块1通过网络控制接口SBI感知光网络传送层各节点和链路的资源，将所述资源信息存入所述资源数据库5中。
所述虚拟光网络代理2具有虚拟网络用户接口VNI，虚拟网络用户服务器20通过所述虚拟网络用户接口输入用户请求，所述用户请求中的信息包含虚拟网络拓扑、可靠性等级需求。所述虚拟光网络代理2收集和分析用户请求，确定用户的可靠性等级，并输出到所述可靠性管理模块3。
所述可靠性管理模块3根据所述虚拟光网络代理2所提供的用户需求信息、当前网络资源信息，对具有差异化可靠性需求的用户请求进行判决、完成用户许可判决。
所述路径计算模块4根据所述资源数据库5中实时的光网络信息，执行映射算法，针对所述用户请求进行路由计算，包括节点和链路，得出虚拟网络和物理网络映射关系，然后将所述映射关系存入所述资源数据库5。
所述资源数据库5存放物理光传送网的拓扑信息、资源信息、虚拟光网络映射关系，使本发明的装置能够实时处理虚拟网络请求，实现创建、修改和拆除虚拟网络。
本发明所述多可靠性等级虚拟网络控制方法包含以下步骤：
第1步、资源抽象管理。对物理网络资源信息进行抽象，包括光网络传送层物理拓扑信息、链路带宽资源，统计各节点度数下最大可靠性阈值(Maximum ReliabilityThreshold，MRT)；实时更新资源数据。
第2步、用户许可判决。当虚拟网络用户提出用户请求时，在所述用户请求中用网络节点度数需求作为用户可靠性等级需求，根据用户的可靠性等级需求和网络最大可靠性阈值判决是否接受用户请求。
第3步、业务算路部署。根据用户实时可靠性等级需求对用户请求的虚拟网络进行路径计算和频谱资源分配，其中路径计算包括所涉及的节点和链路；完成交付并更新资源数据库。
采用本发明所述方法，与现有技术相比，由于采用了虚拟化控制平面，既对虚拟用户的需求进行了统一管理，又对所有物理拓扑的资源进行了抽象，从而达到灵活快速的根据各用户的可靠性需求部署到相应有保护能力的物理拓扑区域，在一定程度上解决了传统方法对于传送网要求刚性的约束。由于引入最大可靠性阈值等约束条件，采用基于可靠性的虚拟网络映射方法，能够在保证提供差异化可靠性的基础上，提高虚拟网络接入的成功率。
附图说明
图1是多可靠性等级虚拟网络控制系统实施例
图2是多可靠性等级虚拟网络控制方法流程图
图3是资源抽象管理过程的实施例
图4是用户许可判决过程的实施例
图5是业务算路部署过程的实施例
图6是举例说明多可靠性等级虚拟网络控制方法的应用场景
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施方式作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明多可靠性等级虚拟网络控制系统包括资源抽象模块1、虚拟光网络代理2、可靠性管理模块3、路径计算模块4和资源数据库5。
所述资源抽象模块1通过网络控制接口SBI感知物理光网络各节点和链路的资源，将所述资源信息存入所述资源数据库5中。
所述虚拟光网络代理2具有虚拟网络用户接口VNI，虚拟网络用户通过所述虚拟网络用户接口输入用户请求，所述用户请求中的信息包含虚拟网络拓扑、可靠性等级需求。所述虚拟光网络代理2收集用户请求，确定用户的可靠性等级，并输出到所述可靠性管理模块3。
所述可靠性管理模块3根据所述虚拟光网络代理2所提供的用户需求信息、当前网络资源信息，对具有差异化可靠性需求的用户请求进行判决、完成用户许可判决。
所述路径计算模块4根据所述资源数据库5中实时的光网络信息，执行映射算法，针对所述用户请求进行路由计算，包括节点和链路，得出虚拟网络和物理网络映射关系，然后将所述映射关系存入所述资源数据库5。
所述资源数据库5存放物理光传送网的拓扑信息、资源信息、虚拟光网络映射关系，以便实时管理虚拟网络请求，实现创建、修改和拆除虚拟网络。
光网络节点与本发明控制装置通信，通过控制接口SBI把该节点的资源和功能统计信息传送给本发明的控制系统。
虚拟网络用户提出不同可靠性的多点间互通的网状业务需求。每个虚拟网络用户都有自己的虚拟网络服务器20，通过虚拟网络接口VNI与本发明的虚拟光网络代理2相连接。虚拟网络用户通过所述虚拟网络接口VNI将可靠性需求等要求输入到所述虚拟光网络代理2，所述虚拟光网络代理2通过管理配置提供满足用户要求的物理资源。图1中A、B、C表示不同的虚拟网络拓扑需求，通过虚拟网络用户服务器20输入到VNI接口。
图2是多可靠性等级虚拟网络控制方法流程图。当每个用户请求接入本发明的控制系统，该系统进行如下三步操作：资源抽象管理、用户许可判决和业务算路部署。
第1步、资源抽象管理。控制系统要对物理网络资源信息进行抽象，包括光网络传送层物理拓扑信息和链路带宽资源(包含光交换节点的可用交换能力、光链路上的可用波长数量等)，对现有光传送网节点度数(所谓节点度数，是指与每个光交换节点连接的光链路总数)进行统计，计算各节点度数下最大可靠性阈值。实时更新所述资源数据库5。
特定节点度数d下最大可靠性阈值(MRTd)，指物理网络中所有满足节点度数d的节点总数(包含节点度数大于或等于d的节点)，该值会随着资源的利用和释放、故障的发生与否动态变化。以美国国家科学基金会(NSF)拓扑为例，该拓扑具有14节点，21条链路，平均节点度数是3，最大度数是4(有2个)，最小度数是2(有2个)，剩余的节点是节点度数为3的节点。那么，MRT2＝14、MRT3＝12、MRT4＝2。
第2步、用户许可判决。对用户的可靠性请求进行分析，确定用户的可靠性等级。判断能否为用户提供可靠的映射部署。具体地，用所需的物理网络节点度数来定义可靠性等级，对用户的可靠性等级需求进行分类。根据用户的可靠性等级需求和网络最大可靠性阈值，判决是否接受用户请求。
本发明用节点的度数d对网络可靠性等级进行分类的含义举例如下。等级1：任意1条物理链路故障，所需提供服务的n个节点就不连通，即这n个提供服务的节点度数d等于1；等级2：最大允许任意1条物理链路故障，所需提供服务的n个节点仍然连通，即这n个提供服务的点在网络中节点度数至少均为2，则d＝2；等级3：最大允许任意2条链路故障，所需提供服务的n个节点仍然连通，即要求这n个提供服务的节点度数至少均为3，则d＝3；…，以此类推。用户的可靠性需求可以用需要度数为d的虚拟节点总数Rd来定义。例如，一个可靠性等级为4的5节点虚拟网络请求，映射到物理拓扑上要求R4＝5。
作为本方法进一步优化的实施例，当用户请求被拒绝后，该用户对可靠性需求进行调整，如果可靠性需求降低后，网络最大可靠性阈值仍然不能满足该业务的需求，则拒绝该请求。
第3步、业务算路部署。根据用户实时的可靠性需求，控制系统对用户请求的虚拟网络进行路径计算和频谱资源分配，所述路径计算过程包括：节点映射部署、链路映射部署。映射部署后完成交付，并更新资源数据库。
上述3个步骤依次循环操作，完成虚拟网络部署。
下面结合图1～2所述实施例，具体说明各个步骤的实现过程，如图3～5所示。
图3是本发明方法中资源抽象管理过程的实施例，包含以下步骤:
第1.1步、获取资源抽象。光网络传送层各节点上报该节点的可用资源信息到所述资源抽象模块1，所述资源抽象模块1获得每个光交换节点可用交换能力、与节点相连链路的可用波长信息，并统计全网所有的光交换节点的可用的节点度数、最大可靠性阈值。
第1.2步、实时更新资源。每成功部署一个用户的虚拟网络请求、或者每当发生物理网络的链路故障时受影响的节点主动上报节点与链路信息，则更新所述资源数据库5的资源信息。所述资源抽象模块1把最新的可用资源信息、改变后的节点度数、最大可靠性阈值存入所述资源数据库5。
图4是用户许可判决过程的实施例，包含以下步骤：
第2.1步、用户需求收集。所述虚拟网络用户服务器20向所述虚拟光网络代理模块2输入虚拟网络请求，包括所需提供服务的节点数量、可靠性等级需求。
第2.2步、可靠性判断。所述可靠性管理模块3将虚拟网络请求的可靠性等级d所需的节点总数Rd与当前资源数据库中的最大可靠性阈值MRTd相比较，来决定是否给该用户发放接入许可。如果Rd≤MRTd，虚拟光网络代理模块接受用户请求，进行所述业务算路部署过程；如果Rd＞MRTd，系统拒绝用户请求。
第2.3步、用户需求调整。对于不满足要求的用户请求，该系统建议用户降低可靠性等级要求再进行映射。若用户不同意降低可靠性等级、或者允许的最低可靠性等级仍高于物理拓扑能提供的最大可靠性阈值，系统则拒绝该用户请求。
例如，上述NSF物理拓扑(MRT3＝12，MRT4＝2)中，一个4个节点可靠性等级4的虚拟网络请求(R4＝4)要映射到上述物理拓扑上，因为R4＞MRT4，所以映射不成功。如果用户同意降低可靠性等级要求为等级3(R3＝4)，因为R3＜MRT3，所以允许其部署到NSF拓扑上。如果用户不同意降低虚拟网络请求的可靠性要求，则不能提供网络映射。
图5是业务算路部署过程的实施例，采用节点与链路分别映射的方法进行虚拟网络的部署。包含以下步骤：
第3.1步、节点映射部署：所述可靠性管理模块3获取虚拟网络要求，包括虚拟网络可靠性等级d,以及虚拟网络节点数量n。路径计算模块4在物理拓扑中选择物理节点度数大于等于d的n个节点进行部署。
第3.2步、链路映射部署：路径计算模块4利用最短路径算法(例如Dijkstra算法、Floyd算法等)计算上述n个节点中任意两节点间的最短路径，以该最短路径为连接两节点的虚拟网络链路，使任一节点在虚拟网络中的度数为d或d+1，且至多有一个节点在虚拟网络中的度数为d+1(一般地，当n×d为偶数时，每个节点在虚拟网络中的度数都为d；当n×d为奇数时，总有一个节点在虚拟网络中的度数为d+1，其余节点在虚拟网络中的度数为d)。
第3.3步、频谱资源分配：为选定的路由分配相应的频谱资源(波长或者时隙)。
图6举例说明多可靠性等级虚拟网络控制方法的应用场景。假设用户的虚拟网络可靠性需求为R3＝4(4节点可靠性等级为3)，此时任意双链路故障时，仍能保证4个需要提供服务的节点是连通的。
如图6(a)所示，不使用本发明所述控制系统和方法时，假如用户要在n4、n5、n9和n10这4个节点间提供可靠性等级为3的服务，传统方法无法满足服务要求。当双故障发生在n5-n10链路和n9-n10链路上，由于光传送网物理节点n10的节点度数的限制(d10＝2)，无法提供从n10与n4相连的第3条路径(如图中带大箭头虚线所示)，n10节点成为孤岛而失去通信能力。只能通过升级物理节点的度数，建立光链路，增加成本投入来解决问题。
如图6(b)所示，采用本发明多可靠性等级虚拟网络控制系统和方法，利用了SDN的地理灵活的特性，把虚拟用户的需求移动到地理灵活且能够满足可靠性要求的物理拓扑区域上。如果把同样的虚拟请求映射部署到n0、n1、n2和n3上，可以成功接入并部署该可靠性业务。图中带小箭头虚线为最终虚拟业务被部署的物理链路。
在图6(c)中，任意发生双物理链路故障，虚拟节点所映射部署的物理节点仍然连通，通过光通道保护倒换，可以完成通信。这样就在不用提高光传送网建网成本的条件下，有效提高了网络能够提供可靠性业务的个数。
Claims (10)
1.一种多可靠性等级虚拟网络控制系统，其特征在于，包括资源抽象模块、虚拟光网络代理、可靠性管理模块、路径计算模块和资源数据库；
所述资源抽象模块通过网络控制接口感知光网络传送层各节点和链路的资源，将所述资源信息存入所述资源数据库中；
所述虚拟光网络代理具有虚拟网络用户接口，用户请求通过所述虚拟网络用户接口输入，所述用户请求中的信息包含虚拟网络拓扑、可靠性等级需求；
所述虚拟光网络代理收集和分析用户请求，确定用户的可靠性等级，并输出到所述可靠性管理模块；
所述可靠性管理模块根据用户的可靠性等级需求和网络最大可靠性阈值，判决是否接受用户请求；
所述路径计算模块根据所述资源数据库中实时的光网络信息，执行映射算法，针对所述用户请求进行路由计算，得出虚拟网络和物理网络映射关系，然后将所述映射关系存入所述资源数据库；
所述资源数据库存放物理光传送网的拓扑信息、资源信息、虚拟光网络映射关系；
所述可靠性等级需求，定义为需要节点度数为d的虚拟节点总数Rd；
所述节点度数，是指与光交换节点连接的光链路总数；
节点度数d条件下，最大可靠性阈值MRTd是指物理网络中所有满足节点度数d的节点总数，包含节点度数大于或等于d的节点。
2.一种多可靠性等级虚拟网络控制方法，其特征在于，包含资源抽象管理、用户许可判决和业务算路部署的步骤，其中
所述资源抽象管理的步骤包括：对物理网络资源信息进行抽象，统计各节点度数下最大可靠性阈值，实时更新资源数据；
所述用户许可判决的步骤包括：当虚拟网络用户提出用户请求时，分析用户可靠性等级需求，根据用户的可靠性等级需求和网络最大可靠性阈值判决是否接受用户请求；
所述业务算路部署的步骤包括：根据用户实时可靠性等级需求对用户请求的虚拟网络进行路径计算和频谱资源分配，完成交付并更新资源数据库；
所述可靠性等级需求，定义为需要节点度数为d的虚拟节点总数Rd；
所述节点度数，是指与光交换节点连接的光链路总数；
节点度数d条件下，最大可靠性阈值MRTd是指物理网络中所有满足节点度数d的节点总数，包含节点度数大于或等于d的节点。
3.如权利要求2所述多可靠性等级虚拟网络控制方法，其特征在于，在所述用户请求中用网络节点度数需求作为用户可靠性等级需求。
4.如权利要求2所述多可靠性等级虚拟网络控制方法，其特征在于，所述物理网络资源信息，包括光网络传送层物理拓扑信息、链路带宽资源信息。
5.如权利要求4所述多可靠性等级虚拟网络控制方法，其特征在于，所述链路带宽资源信息包含光交换节点的可用交换能力、光链路上的可用波长数量。
6.如权利要求2～5任一所述多可靠性等级虚拟网络控制方法，其特征在于，所述实时更新资源数据库的过程具体是：
每成功部署一个用户的虚拟网络请求，或者每当发生物理网络的链路故障时受影响的节点主动上报节点与链路信息，资源抽象模块把最新的可用资源信息、改变后的节点度数、最大可靠性阈值存入所述资源数据库。
7.如权利要求2～5任一所述多可靠性等级虚拟网络控制方法，其特征在于，在所述用户许可判决步骤中还包括：当用户请求被拒绝后，该用户对可靠性需求进行调整，如果可靠性需求降低后，网络最大可靠性阈值仍然不能满足该业务的需求，则拒绝该请求。
8.如权利要求2～5任一所述多可靠性等级虚拟网络控制方法，其特征在于，所述接受用户请求的条件是Rd≤MRTd，其中，Rd是虚拟网络请求的可靠性等级所需的节点总数，MRTd是当前资源数据库中的最大可靠性阈值。
9.如权利要求2～5任一所述多可靠性等级虚拟网络控制方法，其特征在于，所述路径计算过程包括以下步骤：
节点映射部署：可靠性管理模块获取虚拟网络要求，包括虚拟网络可靠性等级d,以及虚拟网络节点数量n，路径计算模块在物理拓扑中选择物理节点度数大于等于d的n个节点进行部署；
链路映射部署：路径计算模块利用最短路径算法计算上述n个节点中任意两节点间的最短路径，以该最短路径为连接两节点的虚拟网络链路，使任一节点在虚拟网络中的度数为d或d+1，且至多有一个节点在虚拟网络中的度数为d+1。
10.如权利要求9所述多可靠性等级虚拟网络控制方法，其特征在于，还包含频谱资源分配的步骤：
为选定的路由分配相应的频谱资源，所述频谱资源为波长或者时隙。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190222 |