CN104982006B - 用于提供软件定义协议栈的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供用于具有软件定义协议(SDP)网络节点的网络的框架的实施例。所述实施例包含SDM控制器组件用于管理和控制用于SDP网络节点的数据面协议。所述SDP控制器还与软件定义网络(SDN)控制器交互以用于确定包含所述SDP网络节点的网络中的一个或多个路径。所述SDP控制器用于根据网络组件能力或服务质量/体验质量要求确定数据面处理功能性到用于服务、业务流或虚拟网络的多个基本处理功能块的分解。还通过所述SDN控制器确定用于沿着所分配路径的一个或多个网络组件的工作流和状态信息。向所述一个或多个组件指示所述工作流和状态信息,所述组件用于使用所述基本处理功能块来实施所述工作流。

Description

用于提供软件定义协议栈的系统和方法
技术领域
本发明涉及网络通信的领域,并且在特定实施例中,涉及一种用于具有软件定义协议栈的受管网络的框架的系统和方法。
背景技术
现有网络数据面协议是基于端到端的7层协议栈。在每一层内存在独立处理且独立的层之间的交互是经由层之间的基元。端到端数据面处理的许多功能与网络中的下层每个链路数据处理功能共存。现有协议栈经过预配置和固定,因此所述协议栈无法有效地适应网络变化。现有协议栈设计提供有限数目的选择,所述有限数目的选择阻止其严格匹配地提供每个应用体验质量(QoE)。现有协议栈还对所有端到端主机一律对待,但是机器到机器(M2M)通信等许多新的/未来服务/应用可能要求定制的协议栈。需要一种基于应用需要和要求有效地调适和实施数据面的改进的协议栈。
发明内容
根据实施例,一种通过网络设备实施的用于提供软件定义协议(SDP) 的方法包含使用SDP控制器确定数据面处理功能性到多个基本处理功能块的分解。所述方法进一步包含根据服务质量(QoS)要求或体验质量 (QoE)要求针对沿着网络中的路径的一个或多个网络组件确定包括基本处理功能块的子集的协议栈。随后配置所述一个或多个网络组件以实施基本处理功能块的子集。
根据另一实施例,一种通过网络设备实施的用于提供SDP的方法包含根据网络组件能力、QoS要求或QoE要求,使用SDP控制器确定数据面处理功能性到用于通过所述SDP控制器处理的每一服务、业务流或虚拟网络的多个基本处理功能块的分解。所述方法进一步包含针对沿着为服务、业务流或虚拟网络分配的路径的一个或多个网络组件确定用于基本处理功能块中的每一者的工作流和状态信息。向一个或多个组件指示工作流和状态信息,配置所述一个或多个组件以使用基本处理功能块来实施工作流。
根据另一实施例,一种用于提供SDP的方法包含使用SDP控制器确定用于管理数据面处理的协议栈。所述协议栈包括多个基本处理功能块。所述方法进一步包含与SDN控制器交互以用于根据协议栈确定用于数据转发的路径。SDP控制器还配置所述路径上的一个或多个网络组件或设备以实施基本处理功能块。
根据另一实施例,配置用于提供SDP的网络设备包含至少一个处理器和计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储用于通过所述至少一个处理器执行的编程。所述编程包含用以使用SDP控制器将用于服务、业务流或虚拟网络的数据面功能性分解成多个基本处理功能块的指令。所述编程包含用以根据QoS要求针对沿着网络中的路径的一个或多个网络组件确定包括基本处理功能块的子集的协议栈的其它指令。所述网络设备还配置一个或多个网络组件以实施基本处理功能块的子集。
根据另一实施例,一种通过网络组件用于支持SDP的方法包含从SDP 控制器中接收用于基本处理功能块中的一者或多者的工作流和状态信息。所述基本处理功能块通过SDP控制器产生,SDP控制器用于根据网络组件能力、QoS要求或QoE要求分解用于服务、业务流或虚拟网络的数据面处理功能性。所述方法进一步包含在网络组件处使用状态信息实施一个或多个基本处理功能块的工作流。
根据又另一实施例,一种配置用于支持SDP的网络组件包含至少一个处理器和计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储用于通过所述至少一个处理器执行的编程。所述编程包含用以从SDP控制器中接收用于基本处理功能块中的一者或多者的工作流和状态信息的指令。所述基本处理功能块通过SDP控制器产生,SDP控制器用于根据网络组件能力、 QoS要求或QoE要求分解用于服务、业务流或虚拟网络的数据面处理功能性。网络组件处的编程包含用以使用状态信息实施一个或多个基本处理功能块的工作流的其它指令。
前文已相当广泛地概述了本发明的实施例的特征,以便可以更好地理解下文本发明的具体实施方式。下文中将描述本发明的实施例的另外的特征以及优点,这些另外的特征以及优点形成本发明的权利要求书的主题。所属领域的技术人员应了解,所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构或方法的基础。所属领域的技术人员还应意识到,此类等效构造不脱离如在所附权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点,现在参考下文结合附图进行的描述,其中:
图1图示用于软件定义协议(SDP)的数据面功能块的实施例;
图2图示软件设计网络(SDN)和SDP交互的实施例方案;
图3图示SDP工作流的实施例;
图4图示软件定义协议网络的组件的实施例;
图5A图示组合的管理模块的实施例;
图5B图示单独的管理模块的实施例;
图6A图示工作流的实施例;
图6B图示工作流的另一实施例;
图7图示SDP应用的实施例;
图8是SDN控制器操作的实施例方法的处理流程;
图9是SDP控制器操作的实施例方法的处理流程;
图10是用于入口协议转换器的实施例方法的处理流程;
图11是用于出口协议转换器的实施例方法的处理流程;
图12图示流的路径选择的实例;
图13图示的路径选择的另一实例;
图14图示的路径选择的另一实例;以及
图15是可以用于实施各种实施例的处理系统图式。
除非另有指示,否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面,因此未必是按比例绘制的。
具体实施方式
下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而,应了解,本发明提供可以在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式,而不限制本发明的范围。
未来网络可以具有同时共存的具有多种类型的服务或性质的业务,例如,视频业务和机器到机器(M2M)业务。为了优化网络性能并且向多种共存服务质量(QoS)种类提供服务,未来网络可以要求通过软件定义网络(SDN)技术的集中式管理以实现它们的所有QoS目标。然而,即使使用SDN,网络的性能仍可能受到它们的底层协议的限制。当通过使用软件定义协议(SDP)网络元件或实施新协议(协议转换器)的静态网络元件动态地添加新协议时,SDN控制器需要察觉将通过SDP网络元件实施的数据面协议差异。目前SDN控制器未察觉协议差异或协议转换器的SDP 网络元件的渐变处理。目前不存在提供动态操作以及与SDN控制器的交互的高效SDP控制器。
在当前和未来网络中,可以通过使用SDP网络节点动态地添加新协议。SDP网络节点可以增强当前网络节点的性能,所述当前网络节点通常不增强协议。术语“SDP网络节点”和“SDP网络元件”在本文中可互换使用以指代具有相同SDP功能性的SDP实体或组件,或虚拟SDP实体或组件。当前协议转换器可能未出于此类目标而充分高级化。例如,所实施的当前互联网协议安全(IPsec)类型服务并未经由多跳或拥塞控制提供可靠性。类似地,TCP分离方案(例如,I-TCP)并未提供增强的安全特性。
本文提供用于具有软件定义协议(SDP)网络节点的网络的框架的实施例。在SDP网络节点中,协议可以在软件中实施。因此,新协议可以安装在节点上且在不替代SDP网络节点的情况下协议可以改变或升级。由于允许更多选择的数据面协议的管理复杂度,因此SDP网络节点可能需要通过外部SDP控制器来控制。目前不存在高效SDP控制器或提供动态操作以及与SDN控制器的交互的SDP控制器。
所述实施例包含例如根据按需或视需要基础选择最佳协议栈来实现所需的QoS的SDP控制器。SDP控制器可以使用数据面功能块100和SDP 定义的工作流来配置网络中的任何SDP可配置节点以实施功能块,如下文详细描述。SDP控制器与SDN控制器交互以用于选择网络中的路径和/或节点处理服务、业务流或虚拟网络。SDP控制器随后根据SDN控制器的信息沿着所述路径配置节点。SDP控制器和SDN控制器可以按次序(例如,连续地实施SDN,随后SDP操作)或同时(例如,经由SDP控制器与SDN控制器之间的交互和协调)操作。术语“SDP控制器”和“SDP 管理器”在本文中可互换使用以指代具有相同SDP功能性的SDP实体或组件。类似地,术语“SDN控制器”和“SDN管理器”在本文中可互换使用以指代具有相同SDN功能性的SDN实体或组件。
所述实施例提供数据面的改进的灵活性。例如,可以在安装设备之后添加协议,可以启用更精细的协议特征,以及下文描述的其它特征。在数据面中还提供改进的效率(例如,使数据面开销最小化)。还可以通过在所需的QoS/QoE与数据面功能性之间提供最佳或合适的匹配且进一步通过使数据面处理适应实时网络行为来提供改进的QoE性能。
图1示出用于SDP的数据面功能块100的实施例。SDP控制器可以将数据面功能性分解成多个基本功能块。基本数据面处理功能块可以包括用于以下项的功能:流控制(例如,包含排序和速率匹配)、可靠性(例如,包含数据丢失识别、数据丢失指示和数据恢复)、安全性(例如,包含端到端或网络安全性)、数据转发、乱序控制(例如,包含包序列编号)、分段/重组、压缩、拥塞、误差控制、指定内容传递(例如,包含内容兴趣存储、内容保持器识别、内容数据块高速缓存、内容识别和内容安全性验证)、数据聚合(例如,反向多播聚合)、数据保持(例如,延迟容忍联网功能和重新传输),以及可能其它功能。功能100中的一些可以在跨越网络的路径中的末端或边缘节点上实施为端到端(E2E)的、经由沿着路径的多个节点实施为个别跳上的每条链路或多条链路,或这两者(例如,可靠性功能)。此外,功能100中的一些可以用于以不同的复杂度水平或增加的功能性(例如,安全性功能)工作。
图2示出SDP和SDN交互的实施例方案200。存在具有数据处理功能性的不同能力的多个类型的节点。集中式SDP控制器210控制例如基站、用户设备和/或边缘节点等的网络边缘节点230之间的端到端数据面处理 (从数据源到数据宿)。控制端到端数据面处理包含控制在包含任何合适或可配置边缘节点230的路径中的任何合适(SDP可配置)节点。SDP控制器还与SDN控制器220交互。SDP控制器210和SDN控制器220从网络接收应用/服务要求信息240和网络/QoE状态信息250。使用应用信息和网络状态信息,SDN控制器选择用于每一端到端流或端到端流的集合或属于同一虚拟网络的端到端流的集合的路径。因此,SDP控制器在整个网络中提供用于流或虚拟网络的数据面协议。例如,如果多个流是相同虚拟网络(VN)的一部分,那么所述多个流可以共享相同的路径和协议。
图3示出SDP工作流300的实施例。相对于SDN控制器与SDP控制器之间的交互,SDN控制器提供对应于通用(或任何)网络资源的连通性服务。SDN控制器将分配的网络资源告知SDP控制器310。SDP控制器 310提供用于每一涉及的网络节点330的数据面处理策略。网络节点330 可以是通过SDN控制器指示的任何SDP可配置网络节点(包含虚拟网络节点)或处于通过SDN控制器指示的路径上。SDP控制器310可以通过考虑其它非SDP启用的节点/设备的数据面处理功能性的影响来确定用于 SDP启用的(SDP可配置的)节点/设备的数据处理功能性的集合。SDP 启用的和非SDP启用的节点可以通过SDN控制器指示。所述节点可以包含在数据能力方面水平较低的节点,例如,具有受限硬件、存储和/或处理能力(例如,仅物理层处理)的节点。所述节点可以包含与低层数据能力节点相比具有更高数据处理能力(例如,在物理层以上)的中间数据能力节点。所述节点还包含相较于中间层节点具有更高数据处理能力的高层数据能力节点。SDP启用的节点可以包含相对于数据处理能力的高层、中间层和低层节点的任何组合。所述节点还可以是虚拟的,例如,在软件中实施,且如软件定义拓扑(SDT)控制器(图中未示出)指令能够迁移跨越网络。数据处理能力的实例包含深度包检测(DPI)和/或其它上层数据面处理、包过滤、地址解析以及其它数据处理相关能力。
为了确定用于SDP启用的节点/设备的数据处理功能性的集合,SDP 控制器310使用例如以下项的信息:数据面处理能力、服务业务特征、服务QoS要求/定价策略、虚拟网络(VN)拓扑/能力、业务负荷/模型变化、网络链路质量、网络安全级别、源/消费者设备能力、节点能力,和/或其它合适的标准。举例来说,SDP控制器310可以从网络节点能力的数据库中获得所考虑节点的数据面处理能力。类似地,用于确定数据处理功能性的集合的其它信息可以存储于共享数据库或对应数据库中。工作流策略可以包含数据面功能的子集(例如,重组、加密)、基本处理块的工作流顺序和它们的依赖性,以及状态信息。数据面处理中的一些可以影响所需的资源,例如,可靠性。SDN控制器和SDP控制器还可以使用联合优化或交互。例如,SDN控制器使用一组标准来确定路径选择,并且SDP控制器使用另一组标准来确定路径上的协议选择。在SDP控制器与SDN控制器之间可能存在重复。例如,如果SDP控制器无法提供路径上的所需协议,那么SDP控制器告知SDN控制器且等待直到通过SDN控制器指示另一路径或新节点为止。SDN可以基于另一组标准从路径的给定子集中确定路径选择,所述另一组标准可以由SDP控制器提供。
图4示出软件定义协议网络的组件400的实施例。子网络组件合作以形成端到端网络,从而携载端到端乘客协议。子网络是网络的一部分、网络内的虚拟网络,或网络中的虚拟或实际组分的任何其它分组。可以提供主机412以经由多个子网络(子网络1、2和3)使用多个路径(由箭头指示)来将数据发送到目的地490。可以提供每一子网络以使用乘客协议和运载协议的不同组合。如果传送协议正连接两个子网络,那么所述传送协议被设定为相同的。传送协议可以是有线的(例如,使用IEEE 802.3、IP、 ATM)或无线的(例如,使用IEEE802.11、IEEE802.15、LTE、WiMAX)。
乘客协议是由端到端主机使用的协议。运载协议是由网络在内部用来实现一些QoS/QoE要求(例如,TCP、IPsec、HTTP-DASH)的协议。QoS/QoE 可以被指定为所需的端到端可靠性/安全性,或其它协议特性或功能。QoS 还可以被指定为所需的延迟或封装丢失性能或其它测量到的特性。可以在不修改乘客协议数据报、修改或清除乘客协议标头,或修改或清除乘客协议标头和数据报的情况下使用运载协议。传送协议是网络中的底层协议,其可以不提供增强的网络服务。如果网络已提供端到端连通性,那么可以使用例如IP、PPP或UDP等的网络协议。如果网络仅提供下一跳连通性,那么例如IP的网络协议,或例如LTE或802.11、802.15的MAC协议,或现有协议的预定义信道(例如,LTE的PDCCH、PDSCH、PUCCH、PUSCH、PBSCH)可以被用作传送协议。在一些情况下,网络可以仅提供物理层,而SDP控制器实施成帧和MAC层。
下文中的表1示出基于给定QoS要求的运载协议选择的实施例。使用的协议可以包含例如在IETF RFC6330中定义的具有速龙码的可靠多播传送(RMT)协议、例如在RFC793中定义的传输控制协议(TCP)、例如在 RFC768中定义的用户数据报协议(UDP)、例如在RFC4340中定义的数据报拥塞控制协议(DCPP),以及例如在RFC4301中定义的IPSec。在表 1中,将拥塞控制要求集合设定成“否”表示业务使用常用数据路径技术 (例如,通过加权公平队列(WFQ)的逐跳调度,或无线跳上的保证比特率(GBR)调度器)沿着路径具有保证速率。此外,分段要求是基于运载协议最大传输单元(MTU)限制。
表1
SDP控制器410确定在网络中的每一跳上或每一片段上使用的协议的组合。SDN控制器420基于由SDP控制器410提供的QoS通过网络确定路径(子路径)选择和路径(子路径)负载。SDP控制器和SDN控制器可以例如针对每一个所考虑的服务/应用/VN依序地(以连续的步骤)或共同地(以同时的步骤)致力于网络顺序管理和数据面处理。入口SDP网络节点430将乘客协议的数据包变换成运载协议的包,如通过SDP控制器410引导。入口SDP网络节点可以是SDP网络段的第一元件。出口SDP 网络节点440将运载协议的数据包变换成乘客协议的包,如通过SDP控制器410引导。出口SDP网络节点可以是SDP网络段的最后一个元件。入口SDP网络节点430转发乘客协议数据包并且如通过SDN控制器420 引导将所述乘客协议数据包嵌入到运载协议包中。出口SDP网络节点440 从运载协议中提取乘客协议包并且如通过SDN控制器420 引导转发所述乘客协议包。入口SDP网络节点430和出口SDP网络节点440可以包含协议转换器、交换机,或协议转换器和交换机两者的组合。另外,子网络中的一个或多个核心交换机或节点可能不参与SDP,并且因此此类组件未察觉到协议变化。举例来说,在入口SDP网络节点430与出口SDP网络节点440之间的路径中的片段或节点可能通过SDP控制器410不可配置 (非SDP启用的节点)。
在一个情形中,SDP网络节点与SDP/SDN控制器交互。SDP网络节点可以被视为相对于SDP的完全功能节点。替代地,SDP网络节点可以实施为单独的交换机和协议转换器(在单独的网络节点或组件上)。单独的交换机或单独的协议转换器可以被视为部分功能节点。仅具有物理层且不具有协议功能性的节点(例如,核心节点或交换机)可以被视为相对于 SDP的光功能节点。组合的协议转换器和交换机可以驻留在端到端主机中,所述端到端主机也可以通过SDN/SDP控制器管理。此外,SDN控制器可以与交换机通信并且SDP控制器可以单独地与协议转换器通信。替代地,组合的SDP/SDN实体可以与任一类型的节点通信。SDP网络节点的协议转换器部分可以实施固定的定制协议或作为由协议构造块构成的定制协议的族、接收软件以通过每一新流动态地且可能地启用新协议或协议构造块的有源电桥来实施。在又另一实施例方案中,SDP网络节点的协议转换器部分可以使用在数据包到达转换器之前携载协议描述或实施方案的压缩包来实施。流可以通过五元组顺序识别:源(src)ID、目的地(dst) ID、src端口、dst端口、差分服务码点(DSCP),或在系统支持标签交换的情况下通过VLAN或MPLS标记识别。
图5A和5B示出用于SDN控制器与SDP控制器之间的交互的管理模块架构,包含组合的SDN和SDP管理模块500(在图5A中)和单独的 SDN和SDP管理模块550(在图5B中)。对于单独的管理模块500,命令可以组合成联合消息或分成单独的消息。替代地,可以组合来自/到达共享管理模块560的命令。(到SDP控制器的)SDP输入可以包含网络拓扑、节点能力(不同类型的节点)、网络负载以及应用协议要求(可靠性、安全性、重新排序等)。(来自SDP控制器的)SDP输出可以包含将使用协议和每一协议的提供进行配置的节点的集合。协议组分可以包含工作流 (协议功能的顺序),和/或协议QoS参数(重新传输时间、加密级别)。
SDN控制器和SDP控制器可以是组合的管理模块500中的一个实体 (例如,在单个物理或虚拟机中)或单独的管理模块560中的两个单独的实体。此外,(组合的管理模块500中的)组合的SDP和SDN控制器可以使用共享数据库(DB)用于保持处理/管理/控制信息的,而(单独的管理模块560中的)单独的SDP和SDN控制器可以各自使用单独的对应DB。与SDP/SDN控制器交互的网络模块的协议转换器和交换机也可以实施为 (例如,在单个网络节点上的)单个组合的实体或两个单独的实体。
在实施例中。SDP网络输入包含关于在考虑之中的节点的信息。节点的类型可以包含端到端节点、网络边缘到边缘节点、端到边缘节点、无线节点、有线节点、完全启用的SDP网络元件节点、部分启用的SDP网络元件节点、非SDP(非参与)网络元件节点、虚拟完全启用的SDP网络节点、虚拟部分启用的SDP网络元件节点,以及虚拟非SDP(非参与) 网络节点。
每一节点的功能可以基于输入通过集中式SDP控制器动态地激活/去激活,所述输入例如,服务业务特征(例如,突发性、移动性)、服务QoS 要求/定价策略(例如,用于终端用户或VN)、VN拓扑/能力、业务负荷/ 模型变化、网络链路质量、网络安全级别(例如,在网络的受控部分之外)、源/消费者设备能力、节点能力,或其它特征。在实施例中,SDP控制器与用于执行软件定义拓扑(SDT)的控制实体交互以在服务逻辑拓扑与数据面逻辑拓扑之间映射,例如以确定将在路径上进行配置的节点且选择用于所述节点的适当的基本处理功能块。SDP控制器可以从控制实体中接收用于确定的数据面拓扑中的所考虑节点或其它节点的所需数据处理的指示且相应地配置所述节点。
SDP输出包含控制信息,例如,基本数据面功能的子集和基本处理块的工作流。用于每一基本功能(例如,E2E或每条链路)的信息可以包含用于可靠性、安全性(例如,每条链路或网络段)、误差控制、分段和/或按次序保证的信息。可靠性信息可以包含使用自动重复请求(ARQ)(例如,用于初始化和设定)、ARQ状态机的状态(用于传送)、最大数目的重新传输(例如,用于延迟和可靠性请求)、在进一步转发时用于可能丢包的接收到的包的保持时间,或其它信息。安全性信息(每条链路或网络段) 可以包含密钥相关的信息(例如,密钥ID),或加密相关的信息(例如,取决于节点的延迟/电量、E2E安全性是否到位、安全性请求)。误差控制的实例包含针对删除是否过期的指示,例如取决于延迟要求。分段信息的实例包含层2(L2)包大小,例如,取决于链路容量和负荷以及调度器间隔。按次序的保证信息可以取决于延迟和终端设备能力。
相对于管理协议消息/命令,消息可以作为单点(例如,根据需求)发送或周期性地发送。可以发送到达交换机的SDN消息以设定从传入端口至传出端口的给定流(例如,使用网络五元组、VLAN ID或MPLS标记)。 SDN消息还可以包含每流最大允许延迟、最小支持速率,或包调度规则(例如,加权公平队列(WFQ)、最早到期优先(EDF))。到SDN控制器的交换机消息可以包含观察到的平均延迟、观察到的线端延迟、队列大小、流的传入速率,或流的传出速率。到协议转换器的SDP控制器消息是协议设定消息,其包含例如协议的传入端口、传入协议的类型,或传出协议的类型。协议操作消息提供关于将针对业务流进行的协议工作流的指令,例如,通过协议数据报采取的行动,例如,分段、加密、重新排序、速率控制或重新传输。QoS设定消息提供例如,最小/最大速率、最大延迟,或最小/ 最大数据报大小。QoS/QoE设定消息还可以是单点的或周期性的。
图6A和6B示出通过SDP控制器确定的工作流的实施例,包含工作流600(在图6A中)和工作流650(在图6B中)。所述工作流可以通过网络节点或与SDP控制器交互且通过SDP控制器可配置的任何设备 (例如,用户或终端设备)实施。工作流可以组织(通过SDP控制器)在块中,所述块可以排列成多种工作流(功能的分组或排序)。所需的状态信息也提供到节点以实施工作流。节点在处理包之前和之后接收和传输物理包。在工作流600中,所述节点使用重组状态信息配置(通过SDP控制器)用于有效负载重组,且随后使用加密状态信息配置用于加密。在工作流650中,所述节点使用解密状态信息配置(通过SDP控制器)用于有效负载解密,且随后按次序实施。所述节点还可以由SDP/SDN控制器转发表信息提供以确定物理包的处理和转发。
图7示出用于处置、处理和转发视频帧以及来自它们的对应源和目的地的M2M消息的SDP应用的实施例。帧/消息各自通过网络或子网络中的多个节点传输。可以分配所述节点中的一些节点以转发两种类型的业务。用于视频帧的工作流包含动态地实现视频帧或片段的分段和E2E排序 (在源和目的地处)、帧的重组(例如,在入口节点处),以及提供每条链路的安全性(例如,在任何一个或多个核心节点处)。用于E2E消息的工作流包含提供E2E安全性和多链路可靠性(例如,在核心节点处)。
图8示出用于SDN控制器操作的实施例方法800。方法800可以通过 SDN控制器(经由软件和/或硬件)实施。在步骤810处,路径列表和可能的QoS信息接收用于SDP控制器。在步骤820处,SDN控制器确定用于一个或多个端到端流的路径选择。在步骤830处,SDN控制器向SDP 控制器告知路径选择。在步骤840处,SDN控制器等待路径以及每一子路径上的入口和出口SDP网络节点的列表的协议配置的SDP控制器通知。在步骤850处,SDN控制器提供数据面转发,使得数据流过入口和出口 SDP网络节点以及先前选定的数据路径。
图9示出用于SDP控制器操作的实施例方法900。方法900可以通过 SDP控制器(经由软件和/或硬件)实施。在步骤910处,(例如,从网络中)接收协议转换器的路径列表和可用特征。在步骤920处,从SDN控制器中接收路径选择和给定要求。在步骤930处,根据SDP网络节点的可用性将网络分成子网络。在步骤940处,未通过运载协议提供的任何所需 QoS,即SDP控制器配置协议转换器以根据运载协议选择的表提供服务。
图10示出用于入口SDP网络节点的实施例方法1000。在步骤1010 处,入口协议转换器接收关于如何转换乘客协议的指令。在步骤1020处,入口SDP网络节点等待接收乘客协议数据包(例如,通过监听特定端口)。在步骤1030处,入口协议转换器检测每一接收到的包。在步骤1040处,如果乘客协议待清除,那么入口协议转换器从包中清除乘客协议标头。替代地,如果乘客协议标头待压缩,那么压缩乘客协议标头。如果乘客数据待压缩,那么也压缩乘客数据。在步骤1050处,将乘客协议包添加到主机协议的队列。在步骤1060处,根据主机协议的规则从队列传输乘客协议包。
图11示出用于出口协议转换器的实施例方法1100。在步骤1110处,出口协议转换器接收关于如何将乘客协议转换成运载协议的指令。在步骤 1120处,出口协议转换器等待接收主机协议数据包(例如,通过监听特定端口)。在步骤1130处,出口协议转换器检测每一接收到的包。在步骤1140 处,出口协议转换器根据主机协议的规则清除运载协议信息。在步骤1150 处,如果乘客协议标头被清除(例如,通过入口协议转换器),那么出口 SDP网络节点附加乘客协议标头。替代地,如果乘客标头被压缩,那么对所述乘客协议标头进行解压缩。如果乘客协议数据被压缩(通过入口协议转换器),那么也对所述乘客协议数据进行解压缩。
SDN至SDP交互的实施例包含SDN基于最短路径或第k短路径选择路径。例如通过线性编程的负载均衡等的其它方法也是可能的。用于每一端到端流的路径的列表可以提供给具有QoS要求的SDP控制器,例如,呈流1的形式:QoS1=(可靠的、最小延迟1、最小速率1)、P1=(n1、n3、..、 n10)、P2=(n1、n4、..、n10)以及呈流2的形式:QoS1=(安全的/可靠的、最小延迟2、最小速率2)、P4=(n2、n3、..、n11)、P5=(n2、n5、..、n11)。可靠的/安全的处理块影响协议功能性选择,而最小延迟和最小速率处理块影响协议设定选择。考虑用于路径的节点可以是有线的或无线的交换机/ 组件。对于每一流x以及流x的每一路径,SDP控制器可以检查沿着路径 P的跳(ni、nj)中的每一节点上的能力。SDP控制器制造不相交子路径的列表,所述不相交子路径具有流所需的协议能力(例如,可靠性或安全性)。协议能力是基于交换机或节点能力。如果包含子路径的图形不相交,那么 SDP控制器可以通过协议转换器扩增路径以实现所需的协议能力。SDP将通过协议转换器扩增的路径列表返回到SDP控制器。替代地,如果SDP 控制器无法找到满足协议要求的路径,那么SDP控制器将无资格路径的列表返回到SDN控制器并且所述过程再次开始。
图12图示用于流的路径选择的实例,其中单个路径经过节点(n1、n2、 n3、n4、n5、n6)并且需要对每一跳(如具有箭头的水平线指示)进行128 位加密。仅节点n2、n3、n4、n5支持128位压缩,这使得网络与三个组分 (源,n1)、(n2、n3、n4、n5)和(n6,目的地)不相交。SDP网络节点PC1和PC2支持128位压缩。因此,路径被扩增为(n1、PC1、n2、n3、n4、n5、 PC2、n6)。SDP网络节点PC1和PC2执行单侧协议转换。替代地,经过节点(n1、n2、n3、n4、n5、n6)的单个路径要求端到端可靠通信(例如,所有包将按次序传递)。在这种情况下,SDP网络节点PC1和PC2支持端到端可靠通信并且执行双侧协议转换。因此,路径被扩增为(n1、PC1、n2、 n3、n4、n5、PC2、n6)。
图13图示用于流的路径选择的第二实例,其中两个路径分别经过节点(n1、n2、n3、n4、n5、n6)和(n1、n2、n7、n8、n9、n5、n6)。两个路径要求端到端可靠通信(例如,所有包将按次序传递)。SDP网络节点PC1和PC2支持经由多个路径的端到端可靠通信并且执行单侧或双侧协议转换。因此,路径分别被扩增为(n1、PC1、n2、n3、n4、n5、PC2、n6)和(n1、 PC1、n2、n7、n8、n9、n5、PC2、n6)。
在SDP至SDN交互的另一实施例中,SDP控制器列举满足协议要求的路径。举例来说,SDP控制器使用第k短路径列举所有路径并且随后清除不符合协议要求的路径。输出中的一者是将用于网络SDP中的每一路径、子路径或链路上的协议的列表。SDN控制器基于虚拟网络上的最短路径或第k短路径从该集合中选择路径。例如通过线性编程的负载均衡等的其它方法也是可能的。SDN控制器将用于每一端到端流的选定路径的列表提供给具有QoS要求的SDP,例如,流1:QoS1=(可靠的、最小延迟1、最小速率1)、P1=(n1、n3、..、n10)、P2=(n1、n4、..、n10)以及流2:QoS1= (安全的/可靠的、最小延迟2、最小速率2)、P4=(n2、n3、..、n11)、P5= (n2、n5、..、n11)。可靠的/安全的处理块影响协议功能性选择,而最小延迟和最小速率影响协议设定选择。所述节点可以是有线或无线网络中的交换机或组件。SDP控制器相应地提供协议转换器。
替代地,SDP控制器产生满足协议要求的SDP网络节点的重叠网络并且随后返回仅经过那些节点的路径。输出中的一者是将用于网络SDP 中的每一路径、子路径或链路上的协议的列表。SDN控制器基于重叠网络上的最短路径或第k短路径来选择路径。例如通过线性编程的负载均衡等的其它方法也是可能的。SDN控制器将用于重叠网络上的每一端到端流的路径的列表提供给具有QoS要求的SDP控制器,例如,流1:QoS1=(可靠的、最小延迟1、最小速率1)、P1=(n1、n3、..、n10)、P2=(n1、n4、..、 n10)以及流2:QoS1=(安全的/可靠的、最小延迟2、最小速率2)、P4=(n2、 n3、..、n11)、P5=(n2、n5、..、n11)。对于每一路径,SDP控制器从虚拟网络再创造经扩增路径。将经扩增路径提供到SDN控制器以提供网络中的SDP网络节点。SDP控制器提供协议转换器。
图14图示流的路径选择的另一实例。在此实例中,两个路径分别经过节点(n1、n2、n3、n4、n5、n6)和(n1、n2、n7、n8、n9、n5、n6)。两个路径要求128位的端到端加密。SDP网络节点PC1和PC2支持128位加密但其它节点不支持。因此,SDP控制器产生具有路径(n1、PC1、n2、n3、 n4、n5、PC2、n6)和(n1、PC1、n2、n7、n8、n9、n5、PC2、n6)的虚拟网络拓扑(例如,从数据面的角度)。
以上SDP方案可以实施用于不同网络场景和组件。在实施例中,SDP 可以用于在用于无线链路的无线中继器(例如,充当中间跳)上设定压缩协议、加密协议或可靠性协议。在另一实施例中,压缩协议、加密协议或可靠性协议可以从主机到主机或从最后一跳到主机建立于无线链路(例如,充当最后一跳)上。在另一实施例中,压缩可以设定于例如充当中间跳的拥塞链路或路径上。在另一情形中,传感器网络可以充当最后一跳,其中协议转换器可以用作传感器网络数据聚合器。可以实施利用已知的计划接入(例如,从计划资源已知的传感器的ID)的一对多下行链路协议。还可以实施利用已知的计划接入且使用随机接入的多对一上行链路协议。可以在仅发送数据(不具有标头的数据)之前去除网络标头。在另一情形中,网络可以使用多路径路由,其中建立前向纠错协议以改进延迟和可靠性且避免确认。在又另一情形中,网络由多个虚拟网络共享,其中每个网络嵌入到共享网络中。
图15为可以用于实施各种实施例的示例性处理系统1500的方框图。特定设备可以利用所有所示的组件或所述组件的仅一子集,且设备之间的集成程度可能不同。此外,设备可以包含组件的多个实例,例如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等等。处理系统1500可以包括配备一个或多个输入/输出设备(如网络接口、存储接口等)的处理单元1501。处理单元1501可以包含中央处理器(CPU)1510、存储器1520、大容量存储设备1530,以及连接到总线的I/O接口1560。所述总线可以为任何类型的若干总线架构中的一个或多个,包含存储总线或者存储控制器、外设总线等等。
所述CPU1510可以包括任何类型的电子数据处理器。存储器1520可以包括任何类型的系统存储器,例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM) 或其组合等等。在实施例中,存储器1520可以包含在开机时使用的ROM 以及在执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。在实施例中,存储器 1520是非瞬时的。大容量存储设备1530可以包括任何类型的存储设备,其用于存储数据、程序和其它信息,并使这些数据、程序和其它信息通过总线访问。大容量存储设备1530可以包括如下项中的一者或多者:固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。
处理单元1501还包含一个或多个网络接口1550,网络接口1550可以包括以太网电缆等有线链路,和/或到接入节点或者一个或多个网络1580 的无线链路。网络接口1550允许处理单元1501通过网络1580与远程单元通信。例如,网络接口1550可以通过一个或多个发射器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一个实施例中,处理单元 1501耦合到局域网或广域网上以用于数据处理以及与远程设备通信,所述远程设备例如其它处理单元、因特网、远程存储设施等等。
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,本发明所公开的系统和方法可以以许多其它特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的,且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如,各种元件或组件可以在另一系统中组合或合并,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、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的实例可以由本领域的技术人员在不脱离本文所公开的精神和范围的情况下确定。

Claims (32)

1.一种通过网络设备用于提供软件定义协议SDP的方法,其特征在于,所述方法包括:
使用SDP控制器确定数据面处理功能性到多个基本处理功能块的分解;
根据服务质量QoS要求或体验质量QoE要求针对沿着网络中的路径的一个或多个网络组件确定包括所述基本处理功能块的子集的协议栈;以及
配置所述一个或多个网络组件以实施所述基本处理功能块的所述子集。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括从软件设计网络SDN控制器中接收包含所述一个或多个网络组件的所述路径和对应网络资源分配的指示。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括在软件设计网络SDN控制器处选择包含所述一个或多个网络组件的所述路径和对应网络资源分配的指示。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,针对每一所考虑的服务、业务流或虚拟网络产生根据工作流顺序的基本处理功能块的合适子集。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述协议栈包含由所述路径上的端到端主机识别的乘客协议、实施所述协议栈的运载协议,以及用于在所述路径上的组件之间传送业务的传送协议中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基本处理功能块包含用于流控制、速率匹配、可靠性、数据恢复、数据安全、数据转发、乱序控制、分段、重组、压缩、拥塞、误差控制、深度包检测DPI、包过滤和地址解析中的至少一者的功能性。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括将所述基本处理功能块中的一些聚合成单个数据面处理。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基本处理功能块中的至少一些在端到端组件或主机组件上或所述路径上的每一链路或跳上实施。
9.一种通过网络设备用于提供软件定义协议SDP的方法,其特征在于,所述方法包括:
根据网络组件能力、服务质量QoS要求或体验质量QoE要求,使用SDP控制器确定数据面处理功能性到用于通过所述SDP控制器处理的每一服务、业务流或虚拟网络的多个基本处理功能块的分解;
针对沿着为所述服务、业务流或虚拟网络分配的路径的一个或多个网络组件确定用于所述基本处理功能块中的每一者的工作流和状态信息;
向所述一个或多个网络组件指示所述工作流和所述状态信息;以及
配置所述一个或多个网络组件以使用所述基本处理功能块来实施所述工作流。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述路径包含具有不同数据面处理能力和功能性的网络组件。
11.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,根据沿着所述路径的每一所考虑节点的数据面处理能力,确定用于所述服务、业务流或虚拟网络的所述数据面处理的所述基本处理功能块。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,进一步包括从网络节点能力的数据库中获得所述所考虑节点的所述数据面处理能力。
13.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述路径包含通过所述SDP控制器可配置的一个或多个SDP启用的组件。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,所述路径进一步包含通过所述SDP控制器不可配置的一个或多个非SDP启用的组件,并且其中考虑所述一个或多个非SDP启用的组件的所述数据面处理功能性来确定用于所述一个或多个SDP启用的组件的所述基本处理功能块。
15.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述路径包含通过所述SDP控制器可配置的一个或多个SDP启用的终端设备或用户设备。
16.一种用于提供软件定义协议SDP的方法,其特征在于,包括:
使用SDP控制器确定用于管理数据面处理的协议栈,所述协议栈包括多个基本处理功能块;
与软件设计网络SDN控制器交互以用于根据所述协议栈确定用于数据转发的路径;以及
配置所述路径上的一个或多个网络组件或设备以实施所述基本处理功能块。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述SDP控制器和所述SDN控制器共同地交互以确定所述路径、用于所述路径上的所述一个或多个网络组件或设备的所述协议栈的所述基本处理功能块。
18.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,进一步包括:
确定所述路径或一个或多个网络组件或设备不可配置为实施所述协议栈;
在确定所述路径或一个或多个网络组件或设备不可配置为实施所述协议栈之后,从所述SDN控制器中请求经更新的路径;
与所述SDN控制器交互以用于确定包括一个或多个经更新网络组件或设备的所述经更新路径;以及
配置所述经更新路径中的所述一个或多个经更新网络组件或设备以实施所述基本处理功能块。
19.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述SDP控制器和所述SDN控制器共同地交互以确定所述路径,其中通过SDN控制器向所述SDP控制器指示所述路径,并且其中通过所述SDP控制器考虑所述路径而确定所述协议栈。
20.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,进一步包括与用于执行软件定义拓扑管理的控制实体交互以在服务逻辑拓扑与数据面逻辑拓扑之间映射。
21.根据权利要求20所述的方法,其特征在于,与控制实体交互包括:
在所述SDP控制器处从所述控制实体中接收用于所确定数据面拓扑中的所述一个或多个网络组件或其它网络组件的所需数据处理的指示;以及
考虑所述指示来配置所述一个或多个网络组件。
22.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,进一步包括:
使用所述SDP控制器配置用于所述路径中的至少一片段的入口SDP网络组件以将乘客协议的数据包转变为运载协议的数据包;以及
配置用于所述路径中的所述片段的出口SDP网络组件以将所述运载协议的数据包转变为所述乘客协议的数据包,
其中所述片段不包含通过所述SDP控制器可配置的组件。
23.一种配置用于提供软件定义协议SDP的网络设备,其特征在于,所述网络设备包括:
至少一个处理器;以及
计算机可读存储介质,其存储用于通过所述至少一个处理器执行的编程,所述编程包含用于进行以下操作的指令:
使用SDP控制器将用于服务、业务流或虚拟网络的数据面功能性分解成多个基本处理功能块;
根据服务质量QoS要求针对沿着网络中的路径的一个或多个网络组件确定包括所述基本处理功能块的子集的协议栈;以及
配置所述一个或多个网络组件以实施所述基本处理功能块的所述子集。
24.根据权利要求23所述的网络设备,其特征在于,所述编程包含用以与软件设计网络SDN控制器交互以接收包含所述一个或多个网络组件的所述路径和对应网络资源分配的指示的其它指令。
25.根据权利要求24所述的网络设备,其特征在于,所述SDN控制器是所述网络组件的一部分。
26.根据权利要求23所述的网络设备,其特征在于,所述一个或多个网络组件包含网络边缘节点、网络中间节点或交换机以及用户设备中的至少一者。
27.一种通过网络组件用于支持软件定义协议SDP的方法,其特征在于,所述方法包括:
从SDP控制器中接收用于基本处理功能块中的每一服务、业务流或虚拟网络的至少一者的工作流和状态信息,所述基本处理功能块通过所述SDP控制器产生,所述SDP控制器用于根据网络组件能力、服务质量QoS要求或体验质量QoE要求分解用于服务、业务流或虚拟网络的数据面处理功能性;以及
在所述网络组件处使用所述状态信息实施一个或多个基本处理功能块的所述工作流。
28.根据权利要求27所述的方法,其特征在于,进一步包括从软件设计网络SDN控制器中接收用于转发所述服务、业务流或虚拟网络的数据的路径信息,所述路径信息确定网络节点,所述网络节点包含沿着分配用于所述服务、业务流或虚拟网络的路径的所述网络组件。
29.根据权利要求27所述的方法,其特征在于,所述基本处理功能块包含用于流控制、速率匹配、可靠性、数据恢复、数据安全、数据转发、乱序控制、分段、重组、压缩、拥塞、误差控制、深度包检测DPI、包过滤和地址解析中的至少一者的功能性。
30.一种配置用于支持软件定义协议SDP的网络组件,其特征在于,所述网络组件包括:
至少一个处理器;以及
计算机可读存储介质,其存储用于通过所述至少一个处理器执行的编程,所述编程包含用于进行以下操作的指令:
从SDP控制器中接收用于基本处理功能块中的每一服务、业务流或虚拟网络的至少一者的工作流和状态信息,所述基本处理功能块通过所述SDP控制器产生,所述SDP控制器用于根据网络组件能力、服务质量QoS要求或体验质量QoE要求分解用于服务、业务流或虚拟网络的数据面处理功能性;以及
使用所述状态信息实施所述一个或多个基本处理功能块的所述工作流。
31.根据权利要求30所述的网络组件,其特征在于,所述编程包含用以从软件设计网络SDN控制器中接收用于转发所述服务、业务流或虚拟网络的数据的路径信息的其它指令,其中所述路径信息确定网络节点,所述网络节点包含沿着分配用于所述服务、业务流或虚拟网络的路径的所述网络组件。
32.根据权利要求30所述的网络组件,其特征在于,所述网络组件是通过所述SDP控制器可配置的SDP启用的终端设备或用户设备。
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