CN105519056A - 用于缓解流量风暴的方法、系统和计算机可读介质 - Google Patents

用于缓解流量风暴的方法、系统和计算机可读介质 Download PDF

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Abstract

本文提供了用于缓解流量风暴的方法、系统和计算机可读介质。在一些方面中，用于缓解流量风暴的系统包括：流量风暴检测器，流量风暴检测器被配置为检测流量风暴的指示。所述系统还可以包括软件定义的网络(SDN)控制器，软件定义的网络控制器被配置为生成SDN命令并向可控制的网络实体发送SDN命令以用于缓解流量风暴。在一些方面中，用于缓解流量风暴的方法包括检测流量风暴的指示，其中流量风暴包括网络中的消息流量的突发。所述方法还包括向可控制的和/或受控的网络实体发送一个或多个SDN命令以缓解流量风暴。

Description

用于缓解流量风暴的方法、系统和计算机可读介质
优先权要求
本申请要求享有在2013年7月31日提交的美国专利申请No.13/956,304的权益，该美国专利申请的公开内容通过引用方式全部并入本文。
技术领域
本文所描述的主题涉及缓解流量风暴。更具体地，本文所描述的主题涉及经由传送到可控网络实体的软件定义的网络(SDN)的命令来缓解流量风暴。
背景技术
流量风暴(trafficstorm)是网络中的消息流量的波动或突发(burst)，其可能使网络资源不堪重负和/或使网络失灵。流量风暴的一个示例是在电力中断之后大量的因特网协议(IP)电话尝试同时向网络进行注册的时候。流量风暴的另一个示例是在网络注册器(registrar)处的软件错误导致移动设备的注销和同时再注册的时候。
用于缓解流量风暴的影响的一个策略是静态地供应防火墙以便限制对不堪重负和/或受保护的网络资源的访问或对该访问进行节流。另一个策略是对去往不堪重负的网络资源的流量进行静态地供应或节流。使用静态供应的资源来处理流量风暴是不理想的，原因在于保护设备本身可能是不堪重负的或者可能不足以处理流量风暴。
相应地，存在着对用于动态地缓解流量风暴的方法、系统和计算机可读介质的需要，例如通过在检测到流量风暴时使用软件定义的网络(SDN)来提供灵活的、可伸缩的替换资源，来动态地缓解流量风暴。
发明内容
本文所描述的主题包括用于缓解流量风暴的方法、系统和计算机可读介质。在一些实施例中，用于缓解流量风暴的系统包括：流量风暴检测器，其被配置为检测流量风暴的指示。该系统还可以包括软件定义的网络(SDN)控制器，软件定义的网络控制器被配置为生成SDN命令并向可控网络实体发送SDN命令以用于缓解流量风暴。
在一些实施例中，用于缓解流量风暴的方法包括：检测流量风暴的指示，其中，该流量风暴包括网络中消息流量的突发。该方法还包括：向可控的和/或受控的网络实体发送一个或多个SDN命令以缓解流量风暴。
在一些实施例中，从SDN控制器传送的SDN命令可以基于流量类别、紧急指示符(例如，在消息的有效载荷内被编码的紧急属性值对(AVP))、目的地、地址、IP前缀、IP地址、一个或多个QoS规则、或者一个或多个策略规则来划分流量。
可以结合硬件和/或固件在软件中实施本文所描述的主题。例如，可以在由一个或多个硬件处理器执行的软件中实施本文所描述的主题。在一个示例性实施方式中，可以使用其上存储有计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质来实施本文所描述的主题，该计算机可执行指令在被计算机的处理器执行时控制计算机执行步骤。适合于实施本文所描述的主题的示例性计算机可读介质包括磁盘存储器设备、芯片存储器设备、可编程逻辑设备和专用集成电路。此外，实施本文所描述的主题的计算机可读介质可以位于单个设备或计算平台上，或者可以分布在多个设备或计算平台上。
如本文中所使用的那样，术语“节点”指的是网络中的可寻址实体。节点可以是物理计算平台的全部或一部分，诸如具有一个或多个硬件处理器刀片(processorblade)或者实施功能的单个处理器刀片的服务器，诸如路由器、交换机、归属用户服务器(HSS)、移动管理实体(MME)、策略和计费规则功能单元(PCRF)、应用功能单元(AF)、订阅简档库(SRP)等。节点可以包括一个或多个硬件处理器以及用于执行并存储用于实施该节点的特定功能的指令的存储器。节点也可以是一个或多个处理器刀片所实施的虚拟实体。
如本文中所使用的那样，术语“控制器”指的是适合于控制一个或多个节点和/或使用一个或多个节点经由在其中提供和/或存储的规则来建立路由路径的物理计算平台的全部或一部分。控制器可以包括一个或多个硬件处理器以及用于执行并存储用于使用经由端口或逻辑接口传送的通信协议在节点处进行实施的指令和/或规则的存储器。控制器可以与客户端进行通信以指示客户端如何路由分组以及将分组路由到哪里。控制器还可以控制和/或建立由一个或多个处理器刀片实施的一个或多个虚拟实体。
如本文中所使用的那样，术语“用户设备”描述用于与网络的一个或多个部分进行通信的订户装置或用户装置，诸如移动手机。用户设备还可以包括计算机、寻呼机、智能电话、电话、无线调制解调器、计算平台、移动手机、其它订户设备和/或其组合。
如本文中所使用的那样，术语“网络”在指代归属网络、受访问的网络和/或替换网络时，包括3G网络、3G+网络、GSM网络、4G网络、LTE网络、演进分组核心(EPC)网络、第三代合作伙伴计划(3GPP)网络、GPRS核心网络、IMS核心或者其它适当类型的网络中的任何一个。
如本文中所使用的那样，术语“软件定义的网络”或SDN指的是网络控制面硬件与数据转发面硬件的物理解耦合，使得可寻址节点(例如交换机)可以转发分组，并且分离的服务器(例如SDN控制器)可以运行网络控制面。
如本文中所使用的那样，术语“开放流(OpenFlow)”描述根据开放流版本1.2定义的通信协议，其给出了通过网络对节点(例如，网络交换机或路由器)的转发面的访问，该开放流版本1.2可在https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resou rces/onf-specifications/openflow/openflow-spec-v1.2.pdf处获得。如本文中所使用的那样，“开放流控制器”指的是被配置为经由开放流协议与一个或多个网络组件进行通信的、包括硬件处理器和存储器的控制设备。
附图说明
现在将参考附图来解释本文所描述的主题的优选实施例，其中：
图1、2A和2B是示出根据本文所描述的主题的实施例的用于缓解流量风暴的网络组件的网络图；
图3是示出根据本文中描述的主题的实施例的用于缓解流量风暴的示例性过程的流程图。
具体实施方式
根据本文所公开的主题，提供了用于缓解流量风暴的系统、方法和计算机可读介质。尤其是，本文所描述的本主题的一些实施例可以包括建立或创建诸如软件定义的网络(SDN)之类的替换网络，以用于管理流量并防止一个或多个网络组件被流量淹没和/或流量过载。在一些实施例中，可以将流量卸载到一个或多个替换资源，直到不堪重负的网络可以恢复和/或维持初始请求的流量的量。在其它实施例中，被卸载到替换资源的流量可以是永久的。
在一些实施例中，独立的控制设备或SDN控制器和/或由一个或多个现有的网络组件集成的控制设备可以被配置为检测或接收流量风暴的指示，并指示一个或多个可控的网络实体通过分配附加的资源和/或创建替换资源来路由到达其的流量从而来缓解风暴。尤其是，本文所描述的方法、系统和计算机可读介质可以包括在流量到达网络的入口节点(ingressnode)或边缘设备之前缓解流量风暴。因此，在流量进入目的地网络和/或使目的地网络不堪重负之前，流量可以被动态地重新路由到替换资源。
在一些实施例中，本文所描述的主题包括供应本地管理的或操作的控制设备或控制器，其被配置为将网络控制权从专用网络交换机和/或路由器中移出。例如，本地管理的控制器可以包括SDN控制器，SDN控制器上存储有计算机可读介质，其用于执行用于经由诸如SDN接口或开放流接口之类的接口将一个或多个SDN命令推送到一个或多个网络组件(例如，交换机或路由器)的指令。该一个或多个网络组件然后可以按照控制器所指示的那样将流量路由到一个或多个替换资源和/或创建替换资源。
现在将详细参考本文所描述的主题的示例性实施例，在附图中示出了其示例。只要可能，贯穿附图将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。
在图1中，提供了用于缓解流量风暴的网络，一般被指定为100。网络100可以包括多个用户设备102。在一些实施例中，多个用户设备102正尝试同时向注册节点104进行注册。在一个实施例中，注册节点104可以包括SIP注册器。在一些实施例中，数百、数千或者甚至数十万的用户设备102可以同时向注册节点104发信号。尝试同时向节点104发信号和/或以其它方式向节点104注册的大量的(例如多于100个、多于200个、多于500个、多于1000个、多于2000个的订户设备)用户设备102可以共同形成流量风暴，该风暴通常将使节点104不堪重负。然而，网络100有优势地包括用于缓解流量风暴的影响的可控实体或交换机108以及SDN控制器110。
尤其在一些实施例中，SDN控制器110和交换机108可以被配置为动态地创建或建立用于卸载经由用户设备102发信号的进入流量中的一些或全部的替换路由路径或SDN。在其它实施例中，SDN控制器110可以指示交换机108将流量卸载到一个或多个替换实体，例如服务器，以在流量可以到达预期的注册节点104之前使流量中的一些或全部延迟、静默和/或停止。可以使用一个或多个替换路由路径和/或SDN来卸载流量以缓解风暴。尤其是，SDN控制器110可以指示交换机108来实施、创建和/或建立到达替换资源的交换路径，以用于在流量风暴使注册节点104不堪重负之前缓解风暴。
在一些实施例中，SDN控制器110可以包括流量风暴检测器，其被配置为检测流量风暴，并且响应于检测到风暴而向诸如交换机108之类的受控的网络实体发送SDN命令。虽然在图1中示出了交换机，但是受控的网络实体也可以包括路由器、接入点(例如，WiFi接入点)、入口节点、信令网关、和/或处理网络流量的任何其它可寻址节点。交换机108可以被配置为使用路由规则来允许流量的一部分到达注册节点104，而同时将其它部分卸载到一个或多个替换资源，该一个或多个替换资源包括替换网络112和/或替换资源。在一些实施例中，可以永久地或者仅仅在注册节点104可以处理负载之前将流量卸载到这样的替换资源。
尤其是，SDN控制器110和交换机108可以共同地被配置为动态地创建或建立替换网络112。为了解释的目的，仅仅示出了两个替换网络112，但是在本文中还可以提供并构想仅仅一个或者多于两个的替换网络112。替换网络112可以包括作为“虚拟网络”的SDN，直到其被动态地建立和实施以接收分组。可以按照需要动态地建立替换网络112，用以根据在流量风暴开始时从SDN控制器110传送的SDN命令来动态地重新路由与拥塞的网络节点(例如注册节点104)相关的流量。建立SDN是有优势的，这是因为其消除了手动配置硬件的需要并且允许网络管理员利用用于处理流量的指令或路由规则来对SDN控制器110进行供应和/或编程，而不需要对特定于网络的硬件设备进行物理访问。
在一些实施例中，替换网络112包括动态创建的网络。在其它方面中，替换网络112包括替换的运营商所提供的一个或多个预先存在的网络。
在一些实施例中，SDN控制器110可以经由对交换接口的控制器来将一个或多个路由规则和/或SDN命令推送到交换机108。在一些实施例中，对交换接口的控制器包括被配置为经由开放流协议进行通信的开放流接口。在一些实施例中，SDN控制器110实施用于控制一个或多个开放流交换机、路由器或节点的开放流协议。
在一些实施例中，经由SDN控制器110传送的SDN命令可以被配置为基于流量类别、紧急指示符(例如，在消息的有效载荷内被编码的紧急AVP)、目的地、地址、IP前缀、IP地址、一个或多个QoS规则、或者一个或多个策略规则来划分流量。
图2A示出了在网络200中缓解流量风暴的另一示例。在图2A中，策略和计费规则功能单元(PCRF)202检测流量风暴的指示，并将该指示传送给SDN控制器110。PCRF202可以包括流量风暴检测器204，其被配置为基于从诸如网关、应用服务器等之类的网络实体接收到的策略请求或其它数据来检测流量风暴的指示。响应于检测到流量风暴的指示，PCRF202可以将该指示传送给SDN控制器110。
SDN控制器110可以包括独立的节点，或者其可以集成在一个节点或其它节点(诸如PCRF202(例如图2B))内。响应于检测到流量风暴的指示，SDN控制器110向诸如可控的数据面实体206之类的一个或多个网络实体发送SDN命令。数据面实体206可以包括适合于通过将流量路由到其它替换资源来缓解检测到的流量风暴的可控实体。在一些实施例中，数据面实体206可以包括交换机、路由器或被配置用于处理网络流量的其它节点。在一个示例性实施例中，SDN控制器110可以包括开放流控制器，并且SDN命令可以是用于指示数据面实体206以将流量路由到替换服务208的开放流命令。例如，如果流量风暴指示异常大量的呼叫尝试，则自动语音响应服务器指示呼叫者在稍晚时间再次重试呼叫。
图2B示出根据本文所公开的主题的用于检测流量风暴并缓解流量风暴的网络或系统的另一实施例。参考图2B，网络流量风暴检测器204可以包括独立的节点和/或集成在入口节点内的节点，诸如边界网关(BGW)节点210。在所示示例中，流量风暴检测器204被配置为检测由用户设备212(例如，诸如IP电话、计算机、平板等之类的“UE”设备)尝试的突发或波动引起的流量风暴的指示，BGW210可以被配置为将流量风暴的指示传送给PCRF202。SDN控制器110(在该示例中可以被集成在PCRF202内)可以向BGW210发出SDN命令以用于将流量动态地路由到由一个或多个应用服务器(A/S)214提供的替换服务。
图3是示出了根据本文所公开的主题的实施例的用于缓解流量风暴的示例性过程的流程图。在方框302中，可以检测流量风暴的指示。该指示可以包括网络中的消息流量的波动或突发。流量风暴检测器可以包括独立的节点，或者它可以与另一节点(例如PCRF、入口节点和/或SDN控制器)集成，以用于检测消息流量的突然突发。
在方框304中，响应于检测到流量风暴的指示，可以向可控网络实体传送一个或多个SDN命令以用于缓解流量风暴。可控网络实体可以包括被配置为根据SDN命令重新路由流量的受控交换机、网关或可寻址的数据面实体。
虽然在本文中已经参考特定实施例、特征和说明性实施例描述了方法、系统和计算机可读介质，但是将理解的是，本主题的效用并不因此被限制，而是延伸到并包含多种其它改变、修改和替换实施例，基于本文的公开内容，这些将浮现在本主题领域的普通技术人员的脑海中。
本文所描述的结构和特征的各种组合和子组合被构想，并且对于了解本公开的技术人员而言将是显而易见的。除非在本文中给出相反指示，本文所公开的各种特征和元素中的任何一个可以与一个或多个其它公开的特征和元素组合。相应地，后文请求保护的主题旨在被宽泛地理解和解释为包括在其范围内的所有这些改变、修改和替换实施例并且包括权利要求的等效物。应当理解的是，可以改变当前公开的主题的各种细节，而不偏离当前公开的主题的范围。此外，前面的描述仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制的目的。

Claims (22)

1.一种用于缓解流量风暴的方法，所述方法包括：
检测流量风暴的指示，其中所述流量风暴包括网络中的消息流量的突发；以及
响应于检测到所述流量风暴的指示，向受控网络实体发送一个或多个软件定义的网络SDN命令以缓解所述流量风暴。
2.如权利要求1所述的方法，其中检测流量风暴的指示发生在SDN控制器处。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述SDN控制器包括开放流控制器，并且其中所述受控网络实体包括开放流兼容的交换机。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述SDN控制器包括独立节点。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述SDN控制器是集成在策略和计费规则功能单元PCRF内的。
6.如前述权利要求中任何一项所述的方法，其中所述SDN命令指示所述受控网络实体分配附加的资源来缓解所述流量风暴。
7.如权利要求1到5中任何一项所述的方法，其中所述SDN命令指示所述受控网络实体将流量路由到替换网络或服务节点。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述替换网络包括一个或多个动态创建的网络。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述替换网络包括由替换运营商提供的一个或多个预先存在的网络。
10.如权利要求1到5中任何一项所述的方法，其中所述SDN命令基于流量类别、紧急指示符、目的地、地址、IP前缀、IP地址、一个或多个QoS规则、或者一个或多个策略规则来划分流量。
11.如前述权利要求中任何一项所述的方法，其中所述流量风暴包括服务中断之后的注册流量。
12.一种用于缓解流量风暴的系统，所述系统包括：
流量风暴检测器，其用于检测流量风暴的指示，其中所述流量风暴包括网络中的消息流量的突发；以及
软件定义的网络SDN控制器，其被配置为生成SDN命令并向受控网络实体发送SDN命令以缓解所述流量风暴。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述受控网络实体包括开放流兼容的交换机。
14.如权利要求12所述的系统，其中所述SDN控制器包括独立节点。
15.如权利要求12所述的系统，其中所述SDN控制器是集成在策略和计费规则功能单元PCRF内的。
16.如权利要求12到15中任何一项所述的系统，其中所述SDN命令指示所述受控网络实体分配附加的资源来缓解所述流量风暴。
17.如权利要求12到15中任何一项所述的系统，其中所述SDN命令指示所述受控网络实体将流量路由到替换网络或服务节点。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述替换网络包括一个或多个动态创建的网络。
19.如权利要求17所述的系统，其中所述替换网络包括由替换运营商提供的一个或多个预先存在的网络。
20.如权利要去12-15中任何一项所述的系统，其中所述SDN命令根据流量类别、紧急指示符、目的地、地址、IP前缀、IP地址、一个或多个QoS规则、或者一个或多个策略规则来划分流量。
21.如权利要求12到20中任何一项所述的系统，其中所述流量风暴包括服务中断之后的注册流量。
22.一种其上存储有计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可执行指令体现在计算机可读介质中，并且在被计算机的处理器执行时执行包括以下的步骤：
检测流量风暴的指示，其中所述流量风暴包括网络中的消息流量的突发；以及
响应于检测到所述流量风暴的指示，向受控网络实体发送一个或多个软件定义的网络SDN命令以缓解所述流量风暴。
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