CN105306367A - 通过网络传输信息的方法和用于通过网络传输信息的系统 - Google Patents

通过网络传输信息的方法和用于通过网络传输信息的系统 Download PDF

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Abstract

通过网络传输信息的方法和用于通过网络传输信息的系统。描述了一种通过网络传输信息的方法。该方法包括提供至少一个业务分配控制器的步骤，至少一个业务分配控制器通过通信网络在源和目的地之间传输信息。控制器基于软件限定的网络范例执行基于软件的路由。该方法还包括：确定在网络内源和目的地之间的多个路由，并且基于多个路由中的每个路由的多个质量的确定，将多个路由质量值分配给多个路由中的每个路由。该方法还包括：比较多个路由中的每个路由的路由质量值；基于比较多个路由中的每个路由的路由质量值的步骤，确定路由的非支配集；以及从路由的非支配集中选择路由，用于通过所选路由传输信息。

Description

通过网络传输信息的方法和用于通过网络传输信息的系统
技术领域
本发明涉及通过网络传输信息的方法，并且涉及网络通信系统。
背景技术
虚拟网络中的网络路径计算或路由不同于使用专用硬件和网络操作系统执行的路由。在后一种方法中，通常嵌入在网络设备内的网络操作系统确定由包采用的路由。存储在诸如专用集成电路(ASIC)的专用硬件中的路由表便于路由的处理。然而，在管理程序上运行的虚拟路由器的情况下，网络接口和端口被抽象化，并且需要与物理接口有效地交互。不像典型路由器中的嵌入式网络操作系统那样，用于虚拟路由器的控制器可以与保持(host)虚拟路由器的机器分开，并且被单独保持。基于新兴网络设计范例，功能的分离(即，根据转发的路由控制)被称作软件限定网络。而且，现有路由算法不完全适于对虚拟路由器执行路由。
典型标签切换网络由将包路由到它们的目的地的一系列标签切换装置构成。这涉及建立包括客户端和中间装置的路由，客户端和中间装置将数据流切换到相应目的地。通过将标签添加到指示正被传送的有效载荷的类型及其下一跳的路由报头来确定路径计算。这些标签由用于包转发的标签切换设备(使用诸如GMPLS、MPLS的准则)解释。研读标签切换网络的多种类型的服务和媒体施加特定服务质量(QoS)要求，所述特定服务质量(QoS)要求需要被满足以将包传送到其期望目的地。虽然标签可以表示策略信息，但是它们不包括动态修改的应用特定信息或者这样方法的集中控制。例如，这些方法不能用于在没有任何附加安全产品的情况下阻挡特定应用。满足这样的要求保持大多数服务提供者的服务水平协议(SLA)的一部分。然而，这样的网络不完全适于同时标记多个业务要求。另外，通常仅存在可用于实现有限数量的业务准则的数据发送的单个路由。
随后，基于云的服务传送模型的采用看到了在管理程序上被采用作为虚拟机(即，软件实例)的网络装置。由于网络装置作为软件运行，所以基于应用要求的虚拟化网络提供诸如快速可伸缩性、配置和管理的很多经济优势。然而，由于在网络中的特定点处业务集中，导致这样的传送模式还可能施加压力。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种通过网络传输信息的方法，该方法包括以下步骤：
提供至少一个业务分配控制器，至少一个业务分配控制器被布置成通过通信网络在源和目的地之间传输信息，控制器被布置成基于软件限定的网络范例执行基于软件的路由；
确定在网络内源和目的地之间的多个路由；
基于多个路由中的每个路由的多个质量的确定，将多个路由质量值分配给多个路由中的每个路由；
比较多个路由中的每个路由的路由质量值；
基于比较多个路由中的每个路由的路由质量值的步骤，确定路由的非支配集；以及
从路由的非支配集中选择路由，用于通过所选的路由传输信息。
从路由的非支配集中选择路由便于在不必要求满足一组有限准则(或者放弃另一个准则的质量)的情况下选择合适的路由。将理解，可以选择路由的非支配集中的任何路由。如果网络条件改变，则可以选择路由的非支配集中的又一个路由。而且，作为非支配集的部分的路由可以相对于彼此排名(ranked)，并且路由的选择可以基于路由的排名。
可以通过执行拓扑发现处理确定在网络内源和目的地之间的多个路由。拓扑发现处理可以包括开放最短路径优先(OSPF)处理。还可以例如使用基于可扩展标记语言(XML)的网络管理协议、网络配置协议(NETCONF)和/或简单网络管理协议(SNMP)，确定网络的用户的要求、以及服务质量(QoS)要求。在这些步骤期间获得的信息可以被存储在数据库(例如，关系数据库)中。将理解，在该阶段发现的路由是用于选择的潜在路由。
将多个路由质量值分配给多个路由中的每个路由的步骤可以包括：使用目标函数评估多个路由中的每个路由，并且将共享得分分配为每个所评估路由的质量的指示符。如果多个路由的质量值相同，则共享得分还可以用于确定平局(tie)。多个路由质量值可以是目标函数的分量参数。在一个示例中，目标函数的用于每个路由的分量参数与包括以下项的组中的一个或更多个有关：与通过所述路由传输所述信息相关的时间延迟、与所述路由相关的带宽、与所述路由相关的跳计数、以及与所述路由的服务的可用性相关的信息。
在一个实施方式中，当比较多个路由中的每个路由的路由质量值时，不组合多个路由质量值。
根据本发明的第二方面，提供一种用于通过网络传输信息的系统，该系统包括：至少一个业务分配控制器，至少一个业务分配控制器被布置成通过通信网络在源和目的地之间传输信息；其中
控制器被布置成基于软件限定的网络范例执行基于软件的路由，控制器被进一步布置成：
确定在网络内源和目的地之间的多个路由；
基于多个路由中的每个路由的多个质量的确定，将多个路由质量值分配给多个路由中的每个路由；
比较多个路由中的每个路由的路由质量值；
基于比较多个路由中的每个路由的路由质量值的步骤，确定路由的非支配集；以及
从路由的非支配集中选择路由，用于通过所选路由传输信息。
控制器可以被布置成对作为非支配集的部分的路由相对于彼此排名，并且基于路由的排名选择路由。
控制器可以被布置成通过执行拓扑发现处理，确定网络内的源和目的地之间的多个路由。另选地，可以提供在网络内源和目的地之间的多个路由。拓扑发现处理可以包括开放最短路径优先(OSPF)处理。还可以例如使用基于可扩展标记语言(XML)的网络管理协议、网络配置协议(NETCONF)和/或简单网络管理协议(SNMP)，确定网络的用户的要求以及服务质量(QoS)要求。该系统可以被布置成将在这些步骤期间获得的信息存储在数据库(例如，关系数据库)。将理解，在该阶段发现的路由是用于选择的潜在路由。
控制器可以被布置成通过使用目标函数评估多个路由中的每个路由并且将共享得分分配为每个所评估路由的质量的标识符，来将多个路由质量值分配给多个路径中的每个路径。如果多个路由的质量值相同，则共享得分还可以用于确定平局。多个路由质量值可以是目标函数的分量参数。在一个示例中，目标函数的用于每个路由的分量参数与包括以下项的组中的一个或更多个有关：与通过所述路由传输所述信息相关的时间延迟、与所述路由相关的带宽、与所述路由相关的跳计数、以及与所述路由的服务的可用性相关的信息。
控制器可以被布置成使得当比较多个路由中的每个路由的路由质量值时，不组合多个路由质量值。
附图说明
现在参考附图，仅通过举例描述本发明的实施方式，其中：
图1是根据本发明的实施方式的通过网络传输信息的方法的流程图；
图2是根据本发明的实施方式的通过网络传输信息的方法的流程图；以及
图3是用于执行图1或图2的方法的系统的框图。
具体实施方式
本发明的实施方式便于在网络中选择路由，并且适于在管理程序上运行的虚拟化的网络和服务，这造成与在服务器上直接运行的虚拟化的网络和服务不同的和附加的挑战。
不像典型路由器中的嵌入式网络操作系统那样，用于虚拟路由器的控制器可以与保持虚拟路由器的机器分开并且被单独保持。基于新兴网络设计范例，功能的分离(即，根据转发的路由控制)被已知为软件限定网络。本发明的实施方式路由多个路由准则，以提供灵活性并且改进网络性能。
而且，如前所述，现有组网方法不能用于在没有任何附加安全产品的情况下阻挡特定应用。满足这样的要求保持大多数服务提供者的服务水平协议(SLA)的一部分。然而，这样的网络不完全适于同时标记多个业务要求。应用具有集中控制器的本发明的实施方式有利于解决由现有的组网方法引起的限制。
实施方式提供集中网络控制器和路由选择方法，其可以被修改为适于用户的特定需要以操纵网络，并且可以用于优化不同的路由和应用准则。例如，不同应用通常具有当经由控制器直接操纵时可以呈现经济优势的特定服务策略。
而且，本发明的实施方式涉及设计对应用做出响应并且在这样的条件下应用动态策略的网络。在一些实施方式中，该系统包括一个或更多个业务分配控制器，至少一个业务分配控制器被布置成经由较少拥塞的路由在客户设备和其目的地之间分配业务。具有所公开的实现的控制器通常基于软件限定的网络范例执行基于软件的路由。在控制器内实现的算法便于控制器针对虚拟化的基于云的路由器和交换机计算策略并且对路由决策排名(ranking)，并且可以被限定为提供附加虚拟化网络服务，诸如，防火墙和反病毒功能。
图1是根据本发明的实施方式的通过网络传输信息的方法100的流程图。方法100包括第一步骤102，提供至少一个业务分配控制器，至少一个业务分配控制器被布置成通过通信网络在源和目的地之间传输信息。该控制器被布置成基于软件限定网络范例执行基于软件的路由。
在第二步骤104中，确定网络内的源和目的地之间的多个路由。可以通过执行拓扑发现处理来确定网络内的客户设备和目的地之间的多个路由。在本示例中，拓扑发现处理包括开放最短路径优先(OSPF)处理。还可以确定网络的用户要求、以及服务质量(QoS)要求。这可以使用任何合适技术来实现，例如，通过使用基于可扩展标记语言(XML)的网络管理协议、网络配置协议(NETCONF)和/或简单网络管理协议(SNMP)实现。与在这些步骤期间获得的路由相关的信息可以被存储在关系数据库中，并且在该阶段发现的路由是用于选择的潜在路由。
在第三步骤106中，基于对多个路由中的每个路由的多个质量的确定，将多个路由质量值分配给多个路由中的每个路由。在本示例中，将多个路由质量值分配给多个路由中的每个路由的步骤106包括使用目标函数评估多个路由中的每个路由，并且将共享得分分配为每个所评估路由的质量的指示符。多个路由质量值可以是共享值函数的分量参数。
在第四步骤108中，比较多个路由中的每个路由的路由质量值，以在步骤110中确定路由的非支配集。在本示例中，当比较多个路由中的每个路由的路由质量值时，不将多个路由质量值组合。
确定100路由的非支配集便于在不一定要求满足一组有限准则的情况下从路由的非支配集中选择一个路由。将理解，可以选择路由的非支配集中的任一个路由，并且如果网络条件改变，则可以选择路由的非支配集中的又一个路由。
在步骤112中，从路由的非支配集中选择路由，用于通过所选的路由传输信息。
现在参考图2和以下伪码，描述通过网络传输信息的特定方法200。
给出：
ni–由i支配的解的数量
si–由i支配的解的集合
P–所有非支配解的集合
输入：网络场景G(V,E)、源和目的地
输出：帕累托(Pareto)最佳路由的集合
开始
1、执行拓扑发现以获取候选路由
2、将路由与路由&应用信息进行映射以最优化路由
3、基于这些生成的路由，假设初始解
4、初始化负载共享函数
5、负载共享值eval(fk(vi))，其中，k＝1,2…q,并且
6、计算用于每个函数的共享值
7、Non-dominatedsort(P)
//针对所有候选路由迭代
8、WhileP≠{}do
9、对于帕累托前沿(front)中的每个解i
10、If(idominatesj)
//将j添加到由i支配的解的集合
11、Si＝Si∪{j}
12、ElseIf(jdominatesi)
//针对i的增量控制计数器
13、ni＝ni+1
14、End-If
//i属于第一帕累托前沿
15、Ifni＝0
16、ri←rank
17、P←P\{vi|ri＝rank}
18、rank←rank+1
19、将i添加到第一帕累托前沿中的解的集合
20、End-If
21、用于具有相同共享值的路由的决胜局函数
22、初始化距离＝0
23、Fork＝1toq
//按照升序对共享值排序
24、Sort(ranks,>)
//到∞的集合边界解
25、 d 1 k = d k p o p S i z e ← ∞
//最大值和最小值之间的差值
//当前总体的目标i的值
26、 d k j = d k j + 1 - d k j - 1 ( f i max - f i min ) , j = 2 , ... p o p S i z e - 1
//各个共享的总和
27、 d i ← Σ k = 1 q d k i , ∀ i ∈ p o p S i z e
//对应于每个目标
28、如果存在路由的改变
29、更新具有权重的路由的映射以最优化路由和共享函数
30、重新计算共享值
31、选择具有较低排名(rank)的解
//解位于相同前沿
32、If(ri＝rj)
33、Choosedi>dj
34、Else
//具有较小排名的各个解
35、Chooseri<rj
36、End-If
37、将新字符串集合添加到帕累托集合
38、End-While
39、获取路由的新集合，以生成新路由表
40、直到eval(fk(vi))不改变||(共享值计算的数量≤共享值计算的最大数量)为止
如以上伪码中描述的，并且在图2中示出，方法200包括从收集路由状态到获取指示分配业务所通过的可选路由的路由决策采取的一系列步骤。有利地，方法200基于服务和应用可用性便于将业务重新引导至较少拥塞链路和/或网络设备。由于从客户设备到虚拟化路由器的多个请求导致可能发生拥塞。
方法200开始于拓扑发现处理202(使用诸如OSPF的方法)，并且收集表示服务和QoS要求的用户要求(使用诸如XML、NETCONF和SNMP的方法)。当所发现的路由是潜在路由时，该信息被存储在关系数据库中，并且被组合以表示204为候选解。在没有这样的组合的情况下，由于之前不存在同时组合两者的现有机制，这些路由将另外缺乏对服务和QoS要求的洞察力。候选路由基于负载共享值方程来评估。
目标函数206用于评估候选路由并且将负载共享得分分配为考虑的路由的质量的指示符。候选路由构成网络中的多跳，分配的应用和策略设定与所述多跳相关。共享值函数的分量参数在本示例中不被组合为加权和，因为这可能导致偏离特定度量。通过不组合共享函数，所公开的业务分配问题可以使用基于帕累托的处理来解决。而且，假定QoS度量本质上可能是冲突的并且相互依赖，可能不能通过调节正确权重来充分提供共享值之间的权衡。从而，一旦获得非支配集，用户就能够基于一个或更多个特定权衡而不是共享函数的加权来选择特定路由。
对于要求多个准则的路由，因为坚持一个准则可能降低所获得的解的质量，所以所有准则可能不被同时考虑。
基于相对共享值得分，获取208非支配路由。如果给定候选路径(A)支配(具有较高排名)另一个候选路径(B)，同时A在所有其它共享函数中不比B差，则向给定候选路径(A)分配非支配排名。帕累托集合中的解基于候选路径的支配度被分配一个得分，并且按照升序210排序。
可以在两个路由具有相同共享函数值的情况下，使用决胜局函数212。在这样的情况下，获得组件共享函数值和其先前值之间的差值。例如，如果两个候选值的共享值相同，则获取它们的值和其先前排名。具有最大共享值的候选路由被认为是较高排名。该函数确保合适路径被考虑，其依次可以由源用作附加选项，以达到其目的地。
上述方法100、200可以通过如图3中所示的通信系统300实现。通信系统300便于将信息从源302(诸如，第一个人计算机或其它计算设备)传输到目的地304(诸如，第二个人计算机或其它计算设备)。将被传输的信息被发送到通信系统300，然后经过网络306(诸如，互联网)。
将理解，系统300可以是能够实现虚拟路由器以执行方法100、200的步骤的任何合适的计算设备。在本示例中，系统300包括业务分配控制器308，业务分配控制器308被布置成通过网络306在源302与目的地304之间传输信息。控制器308被布置成基于软件限定的网络范例，执行基于软件的路由。同样地，在本示例中，控制器被布置成经由网络接口310通信，并且包括处理器312和存储器314。
可以被要求实现控制器308的软件路由功能并且通过处理器312执行的计算机指令存储在控制器308的存储器314中。在本示例中，存储器314还包括数据库316，数据库316可以存储与在方法100、200的步骤期间获得的路由相关的信息。在本示例中，数据库316是关系数据库，并且包括与路由相关的信息，该路由是用于选择的潜在路由。
系统300被布置成执行方法100、200的步骤。特别是，控制器308被布置成确定源302和目的地304之间的多个路由，并且基于多个路由中的每个路由的多个质量的确定，将多个路由质量值分配给多个路由中的每个路由。控制器308还被布置成比较多个路由中的每个路由的路由质量值，以基于比较多个路由中的每个路由的路由质量值的步骤确定路由的非支配集，并且从路由的非支配集中选择路由，用于通过所选的路由传输信息。
在不脱离基本发明构思的情况下，除了已经描述的那些之外，将给本领域技术人员提供大量改变和修改。所有这样的改变和修改都被认为在本发明的范围内，并且其特征将根据前述说明确定。
在本发明的说明书中，除了由于表述语言或必要暗示导致上下文另外要求之外，按照包含意义使用诸如“包括”或“包含”的词语“包括”或其变体，即，指定所述特征的存在，但是不排除在本发明的多种实施方式中存在或添加进一步特征。

Claims (18)

1.一种通过网络(306)传输信息的方法(100)，所述方法(100)包括以下步骤：
提供(102)至少一个业务分配控制器(308)，所述至少一个业务分配控制器(308)被布置成通过通信网络(306)在源(302)和目的地(304)之间传输信息，所述控制器(308)被布置成基于软件限定的网络范例执行基于软件的路由；
确定(104)在所述网络(306)内所述源(302)和所述目的地(304)之间的多个路由；
基于所述多个路由中的每个路由的多个质量的确定，将多个路由质量值分配(106)给所述多个路由中的每个路由；
比较(108)所述多个路由中的每个路由的所述路由质量值；
基于比较所述多个路由中的每个路由的所述路由质量值的步骤，确定(110)所述路由的非支配集；以及
从路由的所述非支配集中选择(112)路由，用于通过所选的路由传输所述信息。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，对作为所述非支配集的部分的路由相对于彼此排名(210)，并且其中，所述路由的选择(112)基于所述路由的所述排名。
3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其中，通过执行拓扑发现处理确定(104)在所述网络内所述源和所述目的地之间的所述多个路由。
4.根据权利要求3所述的方法(100)，其中，还确定所述网络的用户的要求、以及服务质量QoS要求。
5.根据权利要求3或4所述的方法(100)，其中，关于所述路由所获得的信息被存储在数据库中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，将所述多个路由质量值分配(106)给所述多个路由中的每个路由的步骤包括：使用目标函数(206)评估所述多个路由中的每个路由，并且将共享得分分配为每个评估的路由的质量的指示符。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，其中，所述多个路由质量值是所述目标函数(206)的分量参数。
8.根据权利要求7所述的方法(100)，其中，所述目标函数(206)的用于每个路由的所述分量参数与包括以下项的组中的一个或更多个有关：与通过所述路由传输所述信息相关的时间延迟、与所述路由相关的带宽、与所述路由相关的跳计数、以及与所述路由的服务的可用性相关的信息。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，当比较(108)所述多个路由中的每个路由的所述路由质量值时，不组合所述多个路由质量值。
10.一种用于通过网络(306)传输信息的系统(300)，所述系统(300)包括至少一个业务分配控制器(308)，所述至少一个业务分配控制器(308)被布置成通过通信网络(306)在源(302)和目的地(304)之间传输信息；其中
所述控制器(308)被布置成基于软件限定的网络范例执行基于软件的路由，所述控制器(308)被进一步布置成：
确定(104)在所述网络(306)内所述源(302)和所述目的地(304)之间的多个路由；
基于所述多个路由中的每个路由的多个质量的确定，将多个路由质量值分配(106)给所述多个路由中的每个路由；
比较(108)所述多个路由中的每个路由的所述路由质量值；
基于比较所述多个路由中的每个路由的所述路由质量值的步骤，确定(110)所述路由的非支配集；以及
从路由的所述非支配集中选择(112)路由，用于通过所选的路由传输所述信息。
11.根据权利要求10所述的系统(300)，其中，所述控制器(308)被布置成对作为所述非支配集的部分的路由相对于彼此进行排名(210)，并且基于所述路由的所述排名选择(112)路由。
12.根据权利要求10或11所述的系统(300)，其中，所述控制器(308)被布置成通过执行拓扑发现处理确定在所述网络(306)内在所述源(302)和所述目的地(304)之间的所述多个路由。
13.根据权利要求12所述的系统(300)，其中，所述控制器(308)还被布置成确定所述网络(306)的用户的要求以及服务质量QoS要求。
14.根据权利要求12或13所述的系统(300)，所述系统(300)被进一步布置成将关于所述路由获取的信息存储在数据库(316)中。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的系统(300)，其中，所述控制器(308)被布置成通过使用目标函数(206)评估所述多个路由中的每个路由并且将共享得分分配为每个所评估的路由的所述质量的指示符，来将所述多个路由质量值分配给所述多个路由中的每个路由。
16.根据权利要求15所述的系统(300)，其中，所述多个路由质量值是所述目标函数(206)的分量参数。
17.根据权利要求16所述的系统(300)，其中，所述目标函数(206)的用于每个路由的所述分量参数与包括以下项的组中的一个或更多个有关：与通过所述路由传输所述信息相关的时间延迟、与所述路由相关的带宽、与所述路由相关的跳计数、以及与所述路由的服务的可用性相关的信息。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的系统(300)，其中，所述控制器(308)被布置成使得当比较(108)所述多个路由中的每个路由的所述路由质量值时，不组合所述多个路由质量值。
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