CN104813619A - 网络通信系统及其虚拟化方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种可以容易地增加/减少业务以及开发网络服务的网络通信系统和虚拟化方法。在网络边界上提供的通信系统包括：边缘网络(100)，其包括多个节点；网络控制服务器(110)，能够控制边缘网络中的节点；以及服务服务器池(120)，其中设置了用于分别提供多个网络服务的多个服务服务器(SM1至SMn)，其中，网络控制服务器在边缘网络中的预定节点与每个服务服务器之间设置与多个网络服务中的每个网络服务相对应的路由。

Description

网络通信系统及其虚拟化方法
技术领域
本发明涉及位于网络之间边界处的通信系统，更具体地，涉及包括用于提供各种网络服务的服务服务器在内的通信系统的虚拟化技术。
背景技术
近些年，在以互联网为代表的IP网络上提供了各种网络服务，但是针对每种网络服务需要专用的边缘系统。需要注意的是：下文中使用的术语“网络服务”意味着由电信运营商通过ISP接入、BRAS(宽带远程接入服务器)、BAS(宽带接入服务器)、BNG(宽带网络网关)、SBC(会话边界控制器)、SSE(订户服务边缘)、VoIP(基于IP的语音)网关、CDN(内容传输网络)、IMS(IP多媒体子系统)等在边缘处向IP网络提供的服务。
例如，如图1所示，除了包括BSC(基站控制器)、RNC(无线电网络控制器)等以外，提供了还包括用于实现VoIP等的IMS在内的移动系统1，作为移动通信网络的边缘系统。提供了包括例如BAS和SBC在内的SSE2作为固定网络的边缘系统。
图2示出了使用BRAS作为LAC(L2TP接入集中器)的边缘系统的示例(参见NPL 1的图1)。接入网3与ISP网络7通过BRAS 4、IP网络5以及LNS(L2TP网络服务器)6连接。用户终端向BRAS请求建立会话，并且在认证成功时，BRAS基于L2TP(层2隧道传输协议)来连接到LNS(L2TP网络服务器)，由此使ISP网络7能够向用户提供服务。
另外，PTL 1提出了网络接入系统，其使得可以通过分发边缘路由器的功能而不是使用不可变的和专有的边缘路由器来扩展和修改服务。
引用列表
专利文献
[PTL 1]：日本专利申请未审公开：2004-515156
非专利文献
[NPL 1]：Okuda等人“Delivering Sophisticated Broadband AccessSwitches”FUJITSU ACCESS REVIEW(2004年1月)第13卷，1号
发明内容
技术问题
然而，在现有的网络中，由于需要为每个网络服务构建专用的边缘系统，因此需要购买并准备用于提供很多各种功能的昂贵专用设备，例如BRAS/BNG和SBC，并且还需要对它们分别设置。因此，增加了资本投资和维护的成本，并且无法对业务的增加/减少和新的网络服务进行灵活响应。
因此，本发明的目的是提供用于可以容易地增加或减少业务并开发网络服务的网络通信系统及其虚拟化方法。
问题的解决方案
根据本发明的通信系统是一种在网络边界上提供的通信系统，其特征在于包括：包括多个节点在内的网络；能够控制网络中的节点的网络控制装置；以及服务服务器池，其中设置了用于分别提供多个网络服务的多个服务服务器，其中，网络控制装置在网络中的预定节点与每个服务服务器之间设置与多个网络服务中的每个网络服务相对应的路由。
根据本发明的虚拟化方法是一种在网络边界上提供的通信系统的虚拟化方法，其特征在于包括：在服务服务器池中设置用于分别提供多个网络服务的多个服务服务器；以及由用于控制包括多个节点在内的网络的网络控制装置在网络中的预定节点与每个服务服务器之间设置与多个网络服务中的每个网络服务相对应的路由。
发明的有益效果
根据本发明，可以提供用于容易地增加或减少业务并开发网络服务的网络通信系统及其虚拟化方法
附图说明
图1是示出了现有边缘系统的示例的网络图。
图2是示出了使用BRAS的边缘系统的示例的网络图。
图3是示意性示出了根据本发明示例实施例的网络虚拟化系统的网络图。
图4是更具体地示出了根据该示例实施例的网络虚拟化系统的配置的框图。
图5示出了图4示出的系统的整个操作的序列图。
图6是用于描述根据本发明示例的网络虚拟化系统的功能配置的示意图。
图7是在本示例中使用的PPPoE分组的格式图。
图8是示出了本实例中的PPPoE发现阶段的序列图。
具体实施方式
根据本发明的示例实施例，系统具有服务服务器池和网络控制服务器，其中，服务服务器池具有用于分别提供多个网络服务(BRAS/BAS、SBC、IPTV、CDN、IMS、P-GW、S-GW等)的服务服务器，并且网络控制服务器控制网络。对于任意网络服务，网络控制服务器能够确定通往提供网络服务的服务服务器的路由，并且能够在网络上设置路由。由于可以在服务服务器池处管理多个服务服务器并且可以通过网络来确定通往期望服务服务器的路由，因此可以容易地设立/移除服务服务器并且对业务的增加或减少进行响应。在下文中，将会参考附图来详细描述本发明的示例实施例以及示例。
1.示例实施例
1.1)概述
参见图3，在接入网络20与核心网络30之间的边界处提供根据本发明示例实施例的网络边缘虚拟化系统10，并且该网络边缘虚拟化系统10包括：包括多个节点在内的边缘网络100，每个节点标记为“N”；网络控制服务器110，能够控制边缘网络100中的每个节点；以及服务服务器池120，具有与网络服务分别对应的多个服务服务器。
假设网络控制服务器110具有与边缘网络100相关的路由设置信息，该路由设置信息是由系统控制服务器(未示出)使用可变更的方式针对每个网络服务来预先注册的。此外，在服务服务器池120中，也假设由系统控制服务器使用可变更的方式预先设立了多个预定服务服务器。
当边缘网络100中的节点N经由接入网20接收到与网络服务有关的会话建立请求P时，节点N向网络控制服务器110发送路由解析请求REQ。网络控制服务器110执行针对每个相关的节点的设置，使得将会执行针对与所关注的网络服务相对应的服务服务器的路由。因此，在考虑到服务类型的情况下执行路由，其中向相应服务服务器转发用于处理请求P的请求SREQ，并且经由边缘网络100向目的地节点发送其处理响应SRES。此后，根据现有协议来执行通信。
如上文描述，在边缘网络100上针对每个网络服务执行路由控制，由此可以将多个服务服务器加以选择性会话连接，使管理服务服务器变得容易。另外，如果在服务服务器池120中针对一种服务类型来准备多个服务器，则网络控制服务器110能够基于从服务服务器池120中每个服务服务器通知的处理负载信息，通过改变边缘网络100上的取决于服务的路由来调整服务服务器之间的负载均衡。此外，由于系统控制服务器能够管理服务服务器池120中的每个服务服务器，因此可以很容易地新设立或移除服务服务器。
下文中，将参考图4和图5来给出关于根据本示例实施例的系统10的更详细配置和操作的描述。
1.2)系统配置
参考图4，网络控制服务器110包括：节点设置部分111、业务分析部分112、以及多个网络控制模块NM1到NMm。节点设置部分111执行对边缘网络100中一个或多个相关节点的设置，使得将会执行由选定网络控制模块NM所计算的路由。当从边缘网络100接收到路由解析请求REQ时，业务分析部分112根据系统控制服务器130设置的业务方向规则NRL来分析业务，并且选择要负责处理的网络控制模块。由系统控制服务器130将网络控制模块NM1到NMm连同网络控制模块设置NCNF1到NCNFm一起部署在网络控制服务器110中，并且由业务分析部分112选择的网络控制模块来执行路由计算并向节点设置部分111输出其结果。
服务服务器池120包括多个服务模块SM1到SMn和管理它们的服务模块管理部分121。服务模块SM1到SMn中的每个服务模块是信息处理设备，其用作基于设置SCNF的服务服务器，并且响应于来自边缘网络100的业务处理请求SREQ，用作设置服务服务器，以生成业务处理响应SRES并向边缘网络100发送该业务处理响应SRES。服务模块管理部分121设置从多个服务模块上的系统控制服务器130接收的服务模块设置SCNF1到SCNFn。
系统控制服务器130包括：网络模块生成部分131、服务模块生成部分132、预配置(provisioning)控制部分133、以及应用存储部分134。网络模块生成部分131根据来自预配置控制部分133的控制，针对与服务模块相对应的网络控制模块NM1到NMm来生成业务方向规则NRL以及相应设置NCNF1到NCNFm，并且向网络控制服务器110发送它们。服务模块生成部分132根据来自预配置控制部分133的控制，为服务模块SM1到SMn生成相应设置SCNF1到SCNFn，并向服务服务器池120发送它们。预配置控制部分133从应用存储部分134中读出各种服务应用，并且控制网络模块生成部分131和服务模块生成部分132。
1.3)操作
参照图5，系统控制服务器130向网络控制服务器110发送设置信息和业务方向规则NRL，设置信息包括网络控制模块NM以及与服务模块相对应的网络控制模块NM1～NMm的相应设置NCNF1到NCNFm(操作S201)。网络控制服务器110在多个网络控制模块NM1到NMm和业务分析部分112中分别注册设置信息和业务方向规则NRL(操作S202)。另外，系统控制服务器130向服务服务器池120发送服务模块SM1到SMn的相应设置SCNF1到SCNFn(操作S203)，并且服务服务器池120在多个服务模块SM1到SMn中注册这些设置信息(操作S204)。
在上述注册完成以后，当网络控制服务器110从边缘网络100接收到路由解析请求REQ时(操作S205)，网络控制服务器110根据业务方向规则NRL来分析业务，并且确定要负责处理的网络控制模块(操作S206)。然后，网络控制服务器110在边缘网络100上的一个或多个节点上设置针对所确定的网络控制模块NM的设置NCNF(操作S207)。然后，当服务服务器池120中的服务服务器SM从边缘网络100接收到业务处理请求SREQ时(操作S208)，服务服务器SM执行该处理以生成业务处理响应SRES(操作S209)，并且向边缘网络100发送该业务处理响应SRES(操作S210)。
1.4)负载均衡
服务模块管理部分121还可以周期性监视每个服务模块的负载状态，并且向网络控制服务器110以及系统控制服务器130通知负载信息。在这种情况下，网络控制服务器110可以基于负载信息来改变相应设置NCNF，使得调整服务服务器池120中的服务模块之间的负载均衡。例如，当某个服务模块上的负载增加时，改变网络控制模块的设置，使得将向能够处理相同服务的另一服务模块路由新的业务处理请求SREQ。
另外，当处理的负载降低并且所考察的服务模块的空闲时间比率提高到某个程度时，则系统控制服务器130的预配置控制部分133也可以控制网络模块生成部分131以及服务模块生成部分132，使得该服务模块将被移除。相反地，当设置新的服务或处理负载提高到某个级别或更高时，预配置控制部分133也可以控制网络模块生成部分131以及服务模块生成部分132，使得新设立网络模块。
1.5)效果
如上所述，根据本示例实施例，针对每个服务在边缘网络100上执行路由控制，由此多个服务服务器能够选择性的会话连接，使得可以容易地管理服务服务器。
另外，服务服务器池120向网络控制服务器110和系统控制服务器130通知每个服务模块的负载状态，由此当服务服务器池120中服务服务器之间的负载差异提高时，或者当服务服务器上被施以较大负载时，在短期内可以由网络控制服务器110来执行负载调整，且在长期内可以由系统控制服务器130来执行负载调整。
2.示例
根据上述示例实施例的边缘虚拟化系统10可以应用于OpenFlow(开放流)网络系统。下文中，具有与图4中相同功能的框将由与图4中相同的附图标记来表示，并且在包括多个OpenFlow交换机(节点N)在内的OpenFlow网络的应用示例中将会简化其描述。
参照图6，OpenFlow控制设备110控制OpenFlow网络100中的用户驻地网关40以及每个OpenFlow交换机。系统控制服务器130执行对用户驻地网关40以及OpenFlow控制设备110的系统预配置。另外，系统控制服务器130对具有诸如BAS、SBC、IPTV和CDN之类的服务服务器的服务服务器池120进行类似预配置。需要注意的是：OpenFlow控制设备110和系统控制服务器130分别具有负载监视器113和135并且能够执行上述的负载调整，负载监视器113和135用于监视在服务服务器池120中的每个服务服务器上的负载。
在下文中，将会给出对发现阶段的描述，该发现阶段在基于PPPoE(基于以太网的PPP)协议经由OpenFlow网络100在用户驻地GW 40与服务服务器池120中的BAS之间建立PPP会话之前(以太网是商标，并在下文中适用)。需要注意的是：假设用于控制PPPoE业务的网络控制模块NM已经部署在OpenFlow控制设备110中。
参照图7，将以太类型(ETHER_TYPE)301指定在PPPoE分组的报头中，示出了PPPoE发现阶段和PPP会话阶段。PPPoE发现阶段和PPP会话阶段的以太类型301分别是0x8863和0x8864，基于此，网络控制服务器110的业务分析部分112能够将业务定向到用于控制PPPoE业务的网络控制模块NM。
在图8示出的PPPoE发现阶段中，客户端(网关40)向OpenFlow网络100发出PADI(PPPoE主动发现发起)分组作为广播分组，由此进行会话建立请求。接收到PADI分组的OpenFlow交换机(节点N)通过使用packet_in消息(路由解析请求)向OpenFlow控制设备110通知对该分组的输入。响应于此，OpenFlow控制设备110通过使用flow_mod消息(节点设置)来请求注册该流。为完成该操作，OpenFlow控制设备110的业务分析部分112检查packet_in，且由于以太类型是0x8863，OpenFlow控制设备110的业务分析部分112向用于控制PPPoE业务的网络控制模块NM传输该packet_in。在这里，PADI分组的目的地地址是“dest mac＝ff:ff:ff:ff:ff:ff”，并且接收到该packet_in的用于控制PPPoE业务的网络控制模块NM从在服务服务器池120中用作BAS的服务服务器中确定用于处理所关注会话的服务服务器，该网络控制模块NM解析客户端(网关40)与该服务服务器之间的路由，并且向节点设置部分111传输所解析的路由。节点设置部分111通过使用flow_mod消息来请求该路由上的节点去设置属于该流的分组的转发目的地。因此，经由OpenFlow网络100向服务服务器池120中的BAS服务器转发PADI分组。需要注意的是：基于以太类型、源TCP端口号以及目的地TCP端口号来确定作为传输目的地的网络控制模块，同时在确定BAS时，仅基于以太类型来确定，并且针对源和目的地TCP端口号可以设置任何数。
当从客户端接收PADI分组时，BAS服务器向OpenFlow网络100发出传输PADO(PPPoE主动发现要约)分组。接收到PADO分组的OpenFlow交换机通过使用packet_in消息向OpenFlow控制设备110通知对该分组的输入。当从OpenFlow控制设备110接收到响应于此的flow_mod和packet_out消息时，OpenFlow交换机向客户端发送PADO分组。为实现该操作，OpenFlow控制设备110的业务分析部分112检查packet_in，且由于以太类型是0x8863，OpenFlow控制设备110的业务分析部分112向用于控制PPPoE业务的网络控制模块NM传输该packet_in。在这里，PADO分组的目的地地址是客户端(网关40)，并且已经接收到packet_in的用于控制PPPoE业务的网络控制模块NM解析BAS服务器与客户端(网关40)之间的路由，并且向节点设置部分111传输所解析的路由。节点设置部分111通过使用flow_mod消息来请求该路由上的节点去设置属于该流的分组的转发目的地。需要注意的是：在这种情况下，也可以通过使用flow_mod消息来删除/改变流条目。
当从BAS服务器接收PADO分组时，客户端向OpenFlow网络100发出PADR(PPPoE主动发现请求)分组。接收到PADR分组的OpenFlow交换机通过使用packet_in消息向OpenFlow控制设备110通知对该分组的输入。当从OpenFlow控制设备110接收到响应于此的flow_mod和packet_out消息时，OpenFlow交换机经由OpenFlow网络100向服务服务器池120中的BAS服务器传输PADR分组。为实现该操作，OpenFlow控制设备110的业务分析部分112检查packet_in，且由于以太类型是0x8863，OpenFlow控制设备110的业务分析部分112向用于控制PPPoE业务的网络控制模块NM传输该packet_in。这里，PADR分组的目的地地址是对与客户端的会话进行控制的BAS服务器，并且已经接收到packet_in的用于控制PPPoE业务的网络控制模块NM解析客户端(网关40)与BAS服务器之间的路由，并向节点设置部分111传输所解析的路由。节点设置部分111通过使用flow_mod消息来请求该路由上的节点去设置属于该流的分组的转发目的地。需要注意的是：在这种情况下，还可以通过使用flow_mod消息来删除/改变该流条目。
当接收PADR分组时，BAS服务器经由OpenFlow网络100向客户端发送PADS(PPPoE主动发现会话确认)分组，由此建立了PPPoE会话。
与上文描述的PPPoE发现阶段(以太类型0x8863)一样，建立PPP会话阶段(以太类型数据0x8864)中的会话。从而，在客户端与BAS服务器之间执行普通的数据通信。
为终止会话，客户端或BAS服务器在PPPoE发现阶段(以太类型0x8863)中向BAS服务器或客户端发送PADT(PPPoE主动发现会话终止)分组。接收到该分组的BAS服务器或客户端终止PPPoE会话。
工业实用性
本发明适用于获得多个网络服务的边缘系统。
附图标记列表
10   网络边缘虚拟化系统
20   接入网
30   核心网
40   用户驻地网关
100  边缘网络
110  网络控制服务器
111  节点设置部分
112  业务分析部分
120  服务服务器池
121  服务模块管理部分
130  系统控制服务器
131  网络控制模块生成部分
132  服务模块生成部分
133  预配置控制部分
134  应用存储部分

Claims (15)

1.一种在网络边界上提供的通信系统，其特征在于包括：
网络，包括多个节点；
网络控制装置，能够控制所述网络的节点；以及
服务服务器池，其中设置用于分别提供多个网络服务的多个服务服务器，
其中，所述网络控制装置在所述网络中的预定节点与每个服务服务器之间设置与所述多个网络服务中的每个网络服务相对应的路由。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于还包括：
系统控制装置，执行向所述网络控制装置预配置与所述多个网络服务中的每个网络服务相对应的节点设置信息，并且执行向所述服务服务器池预配置每个网络服务的网络服务设置信息。
3.根据权利要求2所述的通信系统，其特征在于：所述系统控制装置根据所述服务服务器池中的服务服务器的负载状态来添加、删除和/或改变向所述服务服务器池预配置的网络服务设置信息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的通信系统，其特征在于：所述网络控制装置根据所述服务服务器池中的服务服务器的负载状态来改变所述路由。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的通信系统，其特征在于：在设置了与网络服务相对应的路由之后，通过与所述网络服务相对应的所述路由，将输入到所述预定节点的分组向与该分组所请求的网络服务相对应的服务服务器转发。
6.一种在网络边界上提供的通信系统的虚拟化方法，其特征在于包括：
由设置装置在服务服务器池中设置用于分别提供多个网络服务的多个服务服务器；以及
由用于控制包括多个节点在内的网络的网络控制装置在所述网络中的预定节点与每个服务服务器之间设置与所述多个网络服务中的每个网络服务相对应的路由。
7.根据权利要求6所述的虚拟化方法，其特征在于：系统控制装置执行向所述网络控制装置预配置与所述多个网络服务中的每个网络服务相对应的节点设置信息，并且执行向所述服务服务器池预配置每个网络服务的网络服务设置信息。
8.根据权利要求7所述的虚拟化方法，其特征在于：所述系统控制装置根据所述服务服务器池中的服务服务器的负载状态来添加、删除和/或改变向所述服务服务器池预配置的网络服务设置信息。
9.根据权利要求6到8中任一项所述的通信系统虚拟化方法，其特征在于：所述网络控制装置根据所述服务服务器池中的服务服务器的负载状态来改变所述路由。
10.根据权利要求6到9中任一项所述的通信系统虚拟化方法，其特征在于：在设置了与网络服务相对应的路由之后，通过与所述网络服务相对应的所述路由，将输入到所述预定节点的分组向与该分组所请求的网络服务相对应的服务服务器转发。
11.一种在网络边界上提供的通信系统中的网络控制服务器，其特征在于包括：
路由设置装置，与要由服务服务器池中的多个服务服务器提供的多个网络服务中的每个网络服务相对应，所述路由设置装置在所述网络中的预定节点与每个服务服务器之间设置路由；以及
业务分析装置，根据在所述网络中的节点处出现的业务所请求的网络服务来确定用于该业务的路由。
12.根据权利要求11所述的网络控制服务器，其特征在于：由所述通信系统的系统控制服务器向所述路由设置装置预配置与所述多个网络服务中的每个网络服务相对应的节点设置信息。
13.一种在网络边界上提供的通信系统中的服务服务器池，其特征在于包括：
多个服务模块，分别预配置有服务服务器功能，所述服务服务器功能分别提供多个网络服务；以及
管理装置，管理所述多个服务模块，
其中，所述管理装置向所述通信系统的系统控制服务器通知所述多个服务模块的负载状态，以及根据来自所述系统控制服务器的网络服务设置信息来添加、删除和/或改变服务模块的服务服务器功能。
14.一种对网络控制服务器进行控制并对服务服务器池进行控制的系统控制服务器，所述网络控制服务器对在网络边界上提供的通信系统中的网络进行控制，以及在所述服务服务器池中设置用于分别提供多个网络服务的多个服务服务器，所述系统控制服务器的特征在于包括：
第一预配置装置，执行向所述网络控制装置预配置与所述多个网络服务中的每个网络服务相对应的节点设置信息；以及
第二预配置装置，执行向所述服务服务器池预配置每个网络服务的网络服务设置信息。
15.根据权利要求14所述的系统控制服务器，其特征在于：所述第二预配置装置根据所述服务服务器池中的服务服务器的负载状态来添加、删除和/或改变向所述服务服务器池预配置的网络服务设置信息。
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