CN105900393B - 用于sdn中分布式流量工程的流行为驱动的动态分区 - Google Patents
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Abstract
提供了用于为软件定义网络(software defined networking,SDN)中的分布式流量工程(traffic engineering,TE)进行流行为驱动的动态分区的系统和方法实施例。在实施例中,在网络组件中用于为SDN中的TE进行动态分区的方法包括:在所述网络组件中接收来自网络中的多个SDN控制器中的至少一个SDN控制器的网络信息;通过所述网络组件根据所述网络信息和分区方案确定所述网络的多个TE区域,为每个所述多个TE区域选择本地区域TE控制器,并选择主TE控制器,其中所述本地区域TE控制和所述主TE控制器是从其中一个所述SDN控制器中选择出来的;通过所述网络组件向至少部分所述SDN控制器发送有关所述本地区域TE控制器,区域成员资格,和所述主控制器的指示。
Description
相关申请案交叉申请
本申请要求2013年12月27日递交的发明名称为“用于SDN中分布式流量工程的流行为驱动的动态分区”的第14/142,344号美国专利申请的优先权,该在先申请的内容以明确的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及网络中流量工程的系统和方法,尤其在特定的实施例中,涉及软件定义网络中分布式流量工程的系统和方法。
背景技术
软件定义网络(software defined networking,SDN)将流量管理(即控制平面)从流量转发(即数据平面)中解耦出来。在控制平面,SDN通过中央SDN控制器共同管理网络资源(如它们的使用方式)和控制网络业务流(如它们的发送位置)。业务流有各种体验质量(Quality of Experience,QoE)和服务质量(Quality of Service,QoS)要求(比如速率,时延,时延抖动,运行中断和缓冲时间等等),这取决于它们的性质(如视频)和/或应用(比如视频会议或下载等)。SDN控制器负责设计流量,即共同为业务流规划路由并沿着路由分配资源(如容量、频谱、功率等),因此,高效并有效地满足它们的QoE/S要求。这通常是一个优化问题。
当前,中央SDN控制器解决了SDN流量工程(traffic engineering,TE)优化问题。SDN控制器收集支持信息。例如,节点上报它们的状态(如负荷,资源可用性,资源质量,覆盖等)以及它们的附带链路状态(如剩余容量,缓冲区大小,频谱效率(spectral efficiency,SE))等。SDN控制器执行用于解决TE优化问题的计算逻辑,并且由SDN控制器进行发放。SDN控制器将TE资源分配决策传送给相关节点。
但是,完全集中的TE意味着硬件复杂度,高通信开销以及发放时延。SDN控制器需要强大的计算模块来处理大规模优化;否则,SDN控制器的计算能力限制将会导致大的计算时延。此外,全局信息收集和发放占用高带宽并引发大的端到端网络时延。因此,SDN中TE优化需要改善的系统和方法。
发明内容
根据一实施例,一种在网络组件中用于为软件定义网络(software definednetworking,SDN)中的流量工程(traffic engineering,TE)进行动态分区的方法包括:在所述网络组件中接收来自网络中的多个SDN控制器中的至少一个SDN控制器的网络信息;通过所述网络组件根据所述网络信息和分区方案确定所述网络的多个TE区域,为每个所述多个TE区域选择本地区域TE控制器,并选择主TE控制器,其中所述本地区域TE控制器是从其中一个所述SDN控制器中选择出来的,所述主TE控制器是从其中一个所述SDN控制器中选择出来;通过所述网络组件向至少部分所述SDN控制器发送有关区域构成,本地区域TE控制器和主控制器的指示。
根据一实施例,一种用于为软件定义网络(software defined networking,SDN)中的流量工程(traffic engineering,TE)进行动态分区的网络组件,包括处理器和存储供所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质,所述程序包括指令用于:从网络中的多个SDN控制器中的至少一个SDN控制器中接收网络信息;根据所述网络信息和分区方案,确定所述网络的多个TE区域,为每个所述多个TE区域选择本地区域TE控制器,并选择主TE控制器,其中所述本地区域TE控制器是从其中一个所述SDN控制器中选择出来的,所述主TE控制器是从其中一个所述SDN控制器中选择出来的;向至少部分所述SDN控制器发送有关所述区域构成,所述本地区域TE控制器和所述主控制器的指示。
根据一实施例,一种在分区控制器中为软件定义网络(software definednetworking,SDN)中的流量工程(traffic engineering,TE)进行网络动态分区的方法包括:在所述分区控制器中接收来自所述网络中的多个SDN控制器中的至少部分SDN控制器的网络分区信息;通过所述分区控制器将所述网络划分为多个区域,从所述多个SDN控制器中选择主控制器,并从所述多个SDN控制器中选择多个本地区域TE控制器,其中每个本地区域TE控制器分别对应所述多个区域中的其中一个;将安装命令从所述分区控制器发送到至少一个区域TE控制器;在所述分区控制器中接收来自所述至少一个区域TE控制器、用于确认所述多个区域中的其中一个区域成功安装的确认消息。
根据一实施例,一种用于为软件定义网络(software defined networking,SDN)中的流量工程(traffic engineering,TE)进行网络动态分区的分区控制器,包括处理器和存储供所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质,所述程序包括指令用于:从网络中的多个SDN控制器中的至少部分SDN控制器中接收网络分区信息;将所述网络划分成多个区域,从所述多个SDN控制器中选择主控制器和多个本地区域TE控制器,其中每个本地区域TE控制器分别对应其中一个所述多个区域;向至少一个区域TE控制器发送安装命令;从所述至少一个区域TE控制器中接收用于确认所述多个区域中的其中一个区域成功安装的确认消息。在一实施例中,可通过递归方式进行分区以创建所需的区域层级。
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示出了动态分区分布式TE系统的示意图;
图2示出了分区控制器的实施例;
图3示出了一种通过信号发送分区公告的方法的实施例;
图4示出了一种为SDN中的分布式TE确定进行分区的方法的实施例;
图5示出了一种为SDN中的分布式TE确定进行分区的方法的实施例;
图6示出了根据实施例可能用于实现本文描述的设备和方法的计算平台。
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。
在软件定义网络(software defined networking,SDN)中,所述流量工程(traffic engineering,TE)任务通常是由控制平面中的中央TE控制器来完成。所述控制器从所述数据平面中收集节点信息,如负荷、资源可用性、资源质量等以及链路状态,如剩余容量、缓冲区大小、SE等;它运行优化逻辑以解决TE问题并将发放结果发送至数据平面设备。这种完全集中的TE意味着硬件复杂性,通信开销以及发放时延。
然而,在集中控制系统中,所述TE控制器需要强大的计算模块来处理大规模的优化。否则,它的处理能力限制将会导致大的计算时延。全局信息收集和发放占用了高带宽,并且引发大的端到端网络时延。分布式TE可以规避这些问题。分布式TE将所述网络组织为多个称为区域的组,每个组都带有本地区域TE控制器,也称为从控制器。每个从控制器收集本地信息,解决本地TE问题并执行本地TE发放。主控制器协调从控制器的计算过程,以确保本地TE发放产生一致(最优的)全局TE发放。主控制器可能与从控制器合设,或作为独立组件存在。
分布式TE的开销取决于网元如何分组。网络区域越小,意味着开销越本地化;但是,“越小”意味着主控制器到从控制器以及从控制器到主控制器之间的通信的开销越多,分布式TE控制时间越长。分布式TE的性能也取决于业务负荷。由于业务负荷增加意味着计算负荷在每个从控制器中增加,因此计算时延和控制成本随着流量的突增而增加。当计算负荷超过从控制器能力时,可能发生难以忍受的时延。业务负荷增加导致从控制器协调上的控制成本增加,反过来这会导致系统吞吐量减少。
因此,应该仔细完成分区以找到网络状态开销和分布式TE开销之间的平衡,并动态地与业务流行为变化保持一致,从而确保最佳的或满意的TE执行性能。本文公开的是一种能够为SDN中的分布式TE进行动态分区的分区控制器组件。由于分区是一个优化问题,本文公开的是关于不同TE优化模型的数学公式。
本文公开的是将所述网络组织为区域,每个区域带有本地区域TE控制器的分布式TE的方法和系统。每个区域TE控制器解决本地(区域)TE问题,并执行本地TE发放。这样,在多个控制器之间分摊复杂性,使得计算负荷分布于整个网络。此外,在本地发送网络状态信息,并在本地发送发放决策。因此,网络状态开销仅限于本地。在一实施例中,主TE控制器协调区域TE控制器的计算,以确保本地TE发放产生一致且充分优化的全局TE发放。
图1示出了动态分区分布式TE系统100的示意图。所述系统100包括为网络104做出动态分区决策的分区控制器102。网络104包括多个预先配置的潜在SDN控制器120,122,124,126,128,130,132,134。网络104也包括许多其它网元(图中未示出),例如路由器,交换机,服务器,数据存储器和用户设备(user equipment,UE)等。通过各种有线和无线连接将所述潜在SDN控制器120,122,124,126,128,130,132,134和其他网元互相连接,这样数据和其它信号可以发送至或可以来自允许各种元件彼此通信的所述各种元件。所述潜在SDN控制器120,122,124,126,128,130,132和134中每一个控制器都具有执行TE计算的能力。所述分区控制器102用于从所述潜在SDN控制器120,122,124,126,128,130,132,134中选择本地区域TE控制器和主TE控制器。所述分区控制器102也确定每个区域的成员,并从所述潜在SDN控制器120,122,124,126,128,130,132,134中选择主TE控制器。每个本地区域TE控制器负责在其各自区域内为所述网络节点和业务流做出TE决策。所述本地区域TE控制器与所述主TE控制器通信,所述主TE控制器在区域间提供TE并且指示所述本地区域TE控制器如何执行它们的TE决策。术语本地区域TE控制器和从控制器彼此是对等的,在本发明中可互换使用。另外,术语主TE控制器和主控制器彼此是对等的,也可在本发明中互换使用。
区域布局1在一个点及时示出了所述网络104内所述区域的布局,区域布局2在不同的点及时示出了所述网络104内所述区域的布局。区域布局1包括两个区域108,110,在区域108和110中,控制器120已被分区控制器102选择为区域108的区域TE控制器,控制器128已被所述分区控制器102选择为区域110的区域TE控制器。控制器126已被分区控制器102选择为区域布局1 104中的主TE控制器。
分区是由TE执行性能劣化和/或其他事件如超时事件动态触发的。TE执行性能劣化,即执行时间增加和/或控制流量增加,可以归因于UE/流行为变化或网络动力学。
UE/流行为变化可能引起端到端连接或拓扑变化。当端到端连接的数目发生变化(如由于流到达/离开),负荷变化;当UE移动,路由路径候选对象发生变化:或多或少的路径变得可用,并且路径构成变得不同。网络动力学可能是一些外部因素如网络拓扑的变化,控制平面拓扑的变化(新的控制器候选对象;新的链路成本,新的控制器或节点能力等)等的变化的以及数据平面拓扑变化(链路消失,新节点,新链路等)等的结果。上述变化及动力学引起本地TE问题陈述变化,导致TE执行性能劣化。
主控制器(如区域布局1中的主TE控制器126或区域布局2中的主TE控制器122)能够集中检测TE执行性能劣化(一些阀值已检测通过)。每个从控制器(如区域布局2中的本地区域TE控制器120,130和132)也可以检测其区域中的本地性能劣化。所述主控制器(如区域布局1中的主TE控制器126)或从控制器(如区域布局1中的本地区域TE控制器128)可通知分区控制器102关于TE执行性能劣化,一接到通知,所述分区控制器102可进行再分区。
所述分区控制器102认为要输入控制平面拓扑,数据平面拓扑,以及业务流信息。控制平面拓扑包括控制器候选对象,数据平面设备(路由器和基站),以及可选的,UE作为节点;直接逻辑链路存在于控制器候选对象之间,数据平面设备和控制器候选对象之间,UE和控制器候选对象之间。节点和链路可能与能力和连接成本等参数相关联。数据平面拓扑包括作为节点的数据平面设备,作为链路的物理链路,以及与它们相关联的各种参数,比如容量,负荷,SE等。业务流信息包括与每个流相关联的每个流路由路径候选对象和参数,比如所属的虚拟网络。一个或多个SDN控制器120,122,124,126,128,130,132,134之间可能共享部分或全部输入数据,比如通过数据库,或通过从网元,UE,或者从所述当前主控制器(如区域布局1中的主TE控制器126)经过的消息,从一个或多个SDN控制器120,122,124,126,128,130,132,134中得到部分或全部输入数据。
所述分区输出包括主控制器选择决策,在实施例中,若主控制器固定,其可选,并且包括从(区域)控制器选择决策。所述从控制器选择决策也可从区域构成决策中推断出来。也就是,不选择没有任何关联的控制器候选对象。区域构成决策包括网元和从控制器之间的关联。可能有一些网元不与任何从控制器相关联。或者,业务流和从控制器(配置时在所述分区决策中指定流分组时)之间可能存在关联。这里,业务流由其候选路由路径表示。分区可行性可以是输出的一部分。分区可行性讲述在所述分区算法考虑的约束下是否可行。当其不可行时,结果是次优的。
图2示出了分区层级200的一个实施例。分区层级包括包含多个核心网节点、基础设施TP、UE、区域控制器以及其他网络设备(图中未示出)的RAN核心网202和RAN接入部分网络204。分区层级200包括细分成多个子区域——如区域1 206,区域2 208,区域3 214,区域4 216和区域5 234的区域0 201——从而创建了区域的层级。区域0是子区域1 206,区域2208,区域3 214,区域4 216和区域5 234的父区域。区域控制器220为区域0 201的本地区域TE控制器和所述子区域——区域1 206,区域2 208,区域3 214,区域4 216和区域5 218的主区域控制器。区域2 208进一步包括多个子区域——区域2a 210和区域2b 212。因此,区域2 208是子区域210和212的父区域。区域2 208的所述本地区域TE控制器224为区域2a210和区域2b 212的所述主TE控制器。区域1 206,区域3 214,区域4 216,和区域5 218中的每一个区域也包括各自的本地区域TE控制器222,230,232,234。分区控制器,如图1中的分区控制器102用于创建图2示出的所述区域的层级。此外,在实施例中,所述分区控制器用于为不同级别的子区域使用不同的分区方案或为不同父区域中的子区域使用不同的分区方案,从而产生了混合层级分区系统。所述分区控制器可以动态地从网络中创建不同的区域以响应上述和下述的触发条件。所述分区控制器可以在一个点及时实施非层级分区系统,然后在下一个点,基于网络分区信息如控制平面拓扑,数据平面拓扑和业务流信息的变化及时切换到层级系统或混合层级系统。所述分区控制器也可以从层级分区系统动态切换到非层级分区系统。
图3示出了分区控制器300的一个实施例。分区控制器300可以作为图1中的分区控制器102实现。分区控制器300包括网络分区处理器302,配置接口304,数据输入接口306,触发事件接口308和输出接口310。所述配置接口接收包括选择策略312和分区策略314的配置信息。所述配置接口可能也接收允许分区算法动态配置并基于不同的管理员喜好或网络条件或拓扑而改变的分区算法信息。所述数据输入接口306接收控制平面拓扑信息316,数据平面拓扑信息318和业务流信息320。所述网络分区处理器302使用来自所述数据输入接口306的所述配置信息(如选择策略312和分区策略314)和网络信息(如控制平面拓扑信息316,数据平面拓扑信息318和业务流信息320)来确定分区输出信息如区域,所述网络中多个SDN控制器中本地区域TE控制器和主TE控制器的标识。所述网络分区处理器302为向所述网络中一个或多个SDN控制器发送所述分区输出信息的所述输出接口310提供它的分区输出信息。所述输出接口310发送的所述输出信息包括区域可行性结果322,主TE控制器标识324,本地区域TE控制器标识326和区域构成信息328。如上所述,分区可行性结果322讲述在所述分区算法考虑的约束下所述分区是否可行。区域构成信息328指示的是每个区域中的节点或网络组件(如服务器,路由器,无线接入点和用户设备等)。
在实施例中,所述分区控制器300位于所述控制平面。物理上,所述分区控制器300可能与所述网络(如图1中的网络104)中的其中一个所述预先配置的SDN控制器(如图1中SDN控制器120,122,124,126,128,130,132,134)合设。所述分区控制器300从给定的SDN控制器集合,称为区域控制器候选对象或简单称为控制器候选对象中选择作为主和从控制器,并基于它们创建区域。在某些触发事件发生时,它会根据特定的配置做出分区决策。触发事件的例子包括所述网络中流行为的变化,拓扑变化,节点能力变化,节点和链路网络状态变化,缓冲区状态变化,时延统计变化以及可用带宽变化。所述配置信息是从SDN控制器中接收的。它指定了主选择策略和分区策略。
主选择策略向所述网络分区处理器提供了如何从所述控制器候选对象中选择所述主控制器的方法论。可能的策略包括随机选择,固定选择,联合优化分区等。选择喜好/不喜好和其他必要数据可以连同所述选择策略一起被指定。所述分区策略314指示是否执行节点分组或流分组。前者意味着通过将节点(路由器,交换机,基站,UE等)和控制器相关联来创建区域,后者意味着通过将流(由它们的候选路由路径表示)和控制器相关联来完成此步骤。在实施例中,采用何种策略取决于网络和业务状态。例如,在稳定的流网段中,流分组比节点分组更加可取;而在不稳定的流网段中,节点分组比流分组更加可取。
其他参数如区域边界类型等可以包含在分区配置314中。有三个边界类型:只共享链路,只共享节点以及共享链路和节点。
如上所述,可通过递归方式进行分区以创建所需的区域层级。在每次递归中,根据不同的配置完成分区,例如不同的主选择策略和/或不同的分区策略(节点分组或流分组),最终产生混合分区结果。所述分区控制器300通过向从控制器发送安装命令安装区域,并期待从这些区域获得ACK。所述命令讲述了网元所从属其区域的从控制器。在接收到安装命令时,从控制器邀请所述命令中指定的节点来加入其区域。所述邀请消息讲述了其附带链路一起被邀请的所述节点。每个区域成员(节点)向所述从控制器发送ACK作为对所述邀请的回应。
接收到所有邀请ACK后,从控制器向所述分区控制器300发送ACK作为对所述安装命令的回应。接收到所有安装ACK后,所述分区控制器通知所述主控制器关于从控制器和每个区域(或简单称为整个分区决策)的边界以及所使用的分区策略。就区域安装而言,所述分区控制器300可两者选一。
可选的,所述分区控制器300可以明确地向控制器候选对象发送关于它们的状态如是否选择作为主控制器和/或是否用作从控制器的信号。若所述分区控制器300没有从从控制器中接收到确认消息,则从控制器从所述候选对象列表中去除,并且再次完成了分区。
图示出了一种通过信号发送分区公告的方法400的实施例。方法400可以由图1中描述的动态分区分布式TE系统100来实施。方法400从所述分区控制器404将所述网络划分为区域并选择主TE控制器的方框412开始。在方框414中,所述分区控制器404安装区域并向所述区域TE控制器406发送安装命令。在方框416中,所述区域TE控制器向网络节点410发送成员邀请以邀请区域成员。在方框418中,所述网络节点接受所述邀请并将确认消息发送至所述区域TE控制器406。在方框420中,所述区域TE控制器406从所述区域TE控制器406控制的所述区域中的网络节点中收集所述邀请确认消息,在方框422中,所述区域TE控制器406判断是否已经接收到所有确认消息。若没有,所述方法400返回到方框420,所述区域TE控制器406继续从网络节点收集所述邀请确认消息。一旦接收到所有所述确认消息,所述方法400从方框422前进到方框424,所述区域TE控制器406确认所述区域成功安装并将确认消息发送至指示所述区域成功安装的所述分区控制器404。
在方框426中,所述分区控制器404从已向其发送区域安装命令的所述多个区域TE控制器中收集所述安装确认消息,并在方框428中,判断是否已经接收到所有所述确认消息。若没有接收到所有所述确认消息,所述方法400返回到方框426,继续收集所述安装确认消息。一旦接收到所有所述确认消息,所述方法400前进到方框430,所述分区控制器404向所述主TE控制器402发送分区策略和分区决策,在此之后,在所述分区控制器中终止所述方法400。
所述主TE控制器402从所述分区控制器404中接收所述分区策略和所述分区决策。所述分区策略和所述分区决策包括可行性报告432,分区策略434,区域TE控制器436的标识和所述区域边界438的标识。
在实施例中,预先定义所述主控制器。也就是说,假设存在控制器候选对象集合,所述集合中的其中一个控制器候选对象任命为主控制器。分区的目的是为了从所述候选对象中选择从控制器并将节点和链路与从控制器相关联,若在所述组合区域中运行分布式TE算法,则它的成本减到最小。
分布式TE执行的成本来自从控制器初始化开销,内部区域信息收集开销和主-从协调开销。最后一种类型的开销是因为所述主控制器收集瞬时结果并更新区域边界元件(节点和链路)的某种成本。两种分区策略即节点分组和流分组分别对应两个众所周知的TE问题公式模型,即此处描述的弧形模型和路径模型。下面的符号用于整个发明当中。
N:所述网络中节点的集合
S:控制器候选对象的集合,
F:业务流的集合
m:所述主控制器,m∈S
α:每个节点报告中数据单元的数目
β:每个链路报告中数据单元的数目
γ:区域(边界元件)间共享的每个元件中的数据单元的数目
μ:每个流描述中数据单元的数目
η:分布式TE优化迭代的数目
qs:控制器候选对象的所述处理负荷s∈S
lij:i和j的所述连接指示符j∈N
hij:从i到j每个数据单元中的所述控制成本,j∈S∪N
nfg:f,g和中共享的网元的数目,g∈F(仅路径TE)
f中i的包含指示符,(仅路径TE)
f中链路(i,j)的包含指示符,j∈N:lij=1,(仅路径TE)
通过节点分组进行分区
在实施例中,当所述弧形模型应用于TE问题公式中,通过所述网络中的每个链路为每个流做出比率分配决策。此时,每个从控制器与完整的流信息一同初始化,并通过运用所述节点分组策略进行分区,即,将节点(路由器,交换机,基站和UE等)与从控制器相关联,将节点与从控制器向关联的决策受从控制器选择的影响。
在实施例中,每个节点(路由器,交换机,基站和UE等)与有且仅有一个从控制器相关联:一旦节点与从控制器相关联,则节点的附带链路将自动与相同的控制器相关联。当给出所述网络和所述流集合时,控制器候选对象的处理负荷指的是关联向量As的函数,所述选择指示符cs指的是gs(As:cs),
As={ais|ais=1若i与s相关联,否则为0:i∈N}。
若cs=1,所述函数gs(As:cs)返回正值,否则返回零。在实施例中,在每个优化迭代中,开始下一个迭代之前,所述主控制器从所有从控制器中收集瞬时结果。在实施例中,为使等待时间缩到最短,需要平衡从控制器之间的所述处理负荷。在实施例中,所述分区问题可为优化问题,公式如下。
问题1
约束条件为:
其中,ais和cs是决策变量,各自指示是否i与s相关联,是否s选择为从控制器。
约束(1)给出每个区域初始化成本;约束(2)指示每个区域信息收集成本;约束(3)提供每个区域主-从协调成本。约束(4)为每个从控制器处理负荷约束。约束(5)和(6)分别将节点控制器关联和从控制器选择的决策约束为二进制。约束(7)指示每个节点恰好与一个控制器相关联。约束(8)说明选择的控制器自我相关联。由于约束(4),该问题可能不可行。
简化
检查约束(2)和(3)。变量cs在与ais的乘法运算中是多余的。这是因为若s∈S,当cs=0,ais=0:因此,这些多余的变量可安全地从这些运算中去除。注意由于变量ais的二进制cs=maxi∈Nais,并注意所述目标函数将会减至最小。这两个事实允许将gs(As,cs)减至gs(As),并用下面的非二进制取代所述二进制约束(6):
ais≤cs,
约束(3)中的术语(ais+ajs–2aisajs)反应是否节点i和j中仅有一个与从控制器s相关联。由于ais和ajs是二进制变量,可推断出ais+ajs–2aisaj=(ais–ajs)2=|ais-ajs|,因此
向该问题添加辅助变量和下面两个约束
并且在新的表述中,进一步用取代|ais-ajs|。由于所述目标函数将减至最小,将执行使其等于|ais-ajs|,并代表是否i和j与不同的从控制器相关联。
上述简化操作后,得到下面的线性问题(即问题2),该问题等效于问题1,但是二进制约束更少。
问题2
约束条件为:
其中ais,和cs为决策变量。
通过流分组进行分区
基于路径模型的TE要求为每个业务流预先确定路由路径候选对象。通过将流与从控制器相关联,这允许划分所述网络,以此将从控制器初始化成本仅限制为属于它们自己区域的所述流的分布信息的成本。结果,没有歧义时,术语“流”用于代表它的路由路径候选对象的集合。每个流与有且仅有一个从控制器相关联,一旦流与从控制器相关联,它所包括的网元(节点和链路)将自动与该从控制器相关联。明显地,区域均可共享链路和节点。控制器候选对象s的处理负荷指的是公式中的关联向量As的函数,所述选择指示符cs指的是gs(As:cs),
As={afs|afs=1若f与s相关联,否则为0;f∈F}。
若cs=1,则所述函数gs(As:cs)返回正值,否则,返回零。下面为该场景的优化问题(即问题3),公式如下。
问题3
约束条件为:
其中afs和cs为决策变量,并且约束(13)和(14)指示网元(节点或链路)是否与从控制器相关联。
使用之前描述的简化技巧,可以去除变量cs的所述二进制约束,该问题可以转化为下面的问题(即问题4):
问题4
约束条件为:
其中afs,和为决策变量。
控制器处理负荷
问题2和4均有每个处理器处理负荷约束。所述约束涉及每个处理器处理负荷限制和每个控制器负荷函数。处理负荷可以用不同的方法来测量。由于处理负荷通常为其自身的增函数,所以一种方法就是使用控制器在它的区域TE优化中能够处理的决策变量的最大数目。在问题2(节点分组)中,正是与控制器相关联的链路数目乘以流的数目:
在问题4(流分组)中,正是流的和的大小与控制器相关联:
通过已知经验可知,其中流f的大小|f|定义为f的候选路由路径的数目,
每个控制器处理负荷限制qs会受到控制器处理能力以及所述系统的操作要求的影响。可估计统计使用的历史数据。一旦指定gs(As)和qs,所述分区控制器能够解决问题2(节点分组)和问题4(流分组),从而获得分区决策。
图5示出了SDN中确定对分布式TE进行分区的方法500的实施例。方法500可由图3中的分区控制器300来实施。所述方法500从所述分区控制器接收分区配置信息的方框502开始。所述分区配置信息可以包括选择策略,分区策略以及分区算法。所述分区算法可能为一个允许所述算法基于所述变化转变为管理员喜好或转变为网络条件比如业务流和网络拓扑等的可以配置的分区算法。分区策略可以包括喜好,如基于节点分组的分区方案或者基于流分组的分区方案等。基于节点分组的分区方案是一种基于地理的分区方案。在实施例中,所述分区配置信息可动态变化以响应变化条件或网络管理员喜好的变化。在方框504中,所述分区控制器接收触发事件。所述触发事件促使所述分区控制器做出分区决策。触发事件的例子包括TE执行性能劣化的指示和/或其它事件如超时事件。TE执行性能劣化,即执行时间增加和/或控制流量增加,可以归因于UE/流行为变化或网络动力学。在方框506中,所述分区控制器接收网络TE信息,在方框508中,所述分区控制器使用所述网络TE信息和所述分区配置信息来确定分区策略以响应所述触发事件。网络TE信息的例子包括控制平面拓扑,数据平面拓扑和业务流信息。所述分区决策可以包括分区可行性决策,来自网络中的多个SDN控制器中的主TE控制器的标识,来自网络中的所述多个SDN控制器中的多个本地区域TE控制器的标识以及每个区域的构成。每个区域的构成可以包括每个区域中包括的所述网元的标识。在方框510中,向一个或多个SDN控制器发送所述分区决策,在此之后,结束所述方法500。在实施例中,可以仅向一些SDN控制器发送部分分区决策信息(也称为部分决策信息)。部分分区决策信息可以包括每个区域中成员的部分列表。所述部分列表可以仅仅包括,比如,为边界节点(如与不同的区域有联系的节点或者两个区域中的成员)的节点的标识。比如,在实施例中,只有SDN控制器已经被指派为所述本地区域TE控制器的所述区域的所述区域构成可能会被发送到该SDN控制器上。
图6是处理系统600的方框图,该处理系统可以用来实现本文公开的设备和方法。特定设备可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,设备可以包括组件的多个实例,例如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等。处理系统600可以包括配备一个或多个输入/输出设备,例如扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、按键、键盘、打印机、显示器等的处理单元601。处理单元601可包括中央处理器(central processing unit,CPU)610、存储器620、大容量存储器设备630、网络接口650、I/O接口660,以及连接至总线640的天线电路670。处理单元601还包括连接至天线电路的天线元件675。
总线640可以是任意类型的若干总线架构中的一个或多个,包括存储总线或存储控制器、外设总线、视频总线等等。所述CPU 610可包括任何类型的电子数据处理器。存储器620可包括任意类型的系统存储器,例如静态随机存取存储器(static random accessmemory,SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory,DRAM)、同步DRAM(synchronous DRAM,SDRAM)、只读存储器(read-only memory,ROM)或其组合等等。在实施例中,存储器620可包括在开机时使用的ROM以及在执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。
大容量存储器设备630可包括任意类型的存储设备,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640访问。大容量存储器设备630可包括如下项中的一种或多种:固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。
I/O接口660可提供接口以将外部输入输出设备耦合到处理单元601。I/O接口660可包括视频适配器。输入输出设备的示例包括耦合至视频适配器的显示器和耦合至I/O接口的鼠标/键盘/打印机。其它设备可以耦合到处理单元601上,并且可以利用额外的或较少的接口卡。例如,可使用如通用串行总线(USB)(未示出)等串行接口将接口提供给打印机。
天线电路670和天线元件675可允许处理单元601通过网络与远程单元通信。在一实施例中,天线电路670和天线元件675提供对无线广域网(wireless wide area network,WAN)和/或对蜂窝网络的接入,例如长期演进(Long Term Evolution,LTE)、码分多址(CodeDivision Multiple Access,CDMA)、宽带CDMA(Wideband CDMA,WCDMA),以及全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications,GSM)网络。在某些实施例中,天线电路670和天线元件675还可向其它设备提供蓝牙和/或WiFi连接。
处理单元601可以包括一个或多个网络接口650,网络接口650可包括有线链路,如以太网电缆等等,和/或无线链路以接入节点或不同网络。网络接口601允许处理单元601通过网络680与远程单元通信。比如,网络接口650可以经由一个或多个发送器/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601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、远程存储设施或其类似者。
尽管进行了详细的描述,但应理解,可在不脱离由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下,对本文做出各种改变、替代和更改。此外,本发明的范围不希望限于本文中所描述的特定实施例,所属领域的一般技术人员将从本发明中容易了解到,过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法或步骤(包括目前存在的或以后将开发的)可执行与本文所述对应实施例大致相同的功能或实现与本文所述对应实施例大致相同的效果。相应地,所附权利要求范围包括这些流程,机器,制造,物质组分,构件,方法,及步骤。
Claims (58)
1.一种在网络组件中用于为软件定义网络(software defined networking,SDN)中的流量工程(traffic engineering,TE)进行动态分区的方法,其特征在于,所述方法包括:
在所述网络组件中接收来自网络中的多个SDN控制器中的至少一个SDN控制器的网络信息;
通过所述网络组件根据所述网络信息和分区方案确定所述网络的多个TE区域,为每个所述多个TE区域选择本地区域TE控制器,以及确定每个所述TE区域的区域成员资格和选择主TE控制器中的至少一个,其中所述本地区域TE控制器是从其中一个所述SDN控制器中选择出来的,所述主TE控制器是从其中一个所述SDN控制器中选择出来;
通过所述网络组件向至少一个所述SDN控制器发送有关至少一个所述本地区域TE控制器,以及至少一个所述TE区域中的所述区域成员资格的至少部分列表和所述至少一个主TE控制器中的指示;
所述方法还包括,对所述网络进行再分区以响应一个或多个SDN控制器的触发事件。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述分区方案包括可配置算法。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述触发事件包括所述网络的流行为变化,拓扑变化,节点能力变化,节点和链路网络状态变化,缓冲区状态变化,延时统计变化和可用带宽变化中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:
接收TE执行性能劣化的指示;
对所述网络进行再分区。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述TE执行性能劣化的指示是从其中一个所述主TE控制器和其中一个所述本地区域TE控制器中接收到的。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,对所述网络进行再分区包括确定所述网络的多个新TE区域,每个所述多个TE区域的新的本地区域TE控制器以及新的主TE控制器。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述分区方案包括当业务流行为比较稳定时的基于流的分区方案。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,包括流的候选路由路径的网元属于同一个区域,所述网络信息包括业务流信息。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述分区方案包括基于节点分组的分区方案或基于流分组的分区方案。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述网络信息包括业务流信息,网络拓扑,节点能力,节点和链路网络状态,缓冲区状态,时延统计和可用带宽中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括向所述主TE控制器发送至少一个分区策略和至少部分决策信息。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述主TE控制器也是所述本地区域TE控制器中的一个。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过所述网络组件向至少一个所述SDN控制器发送有关至少一个所述本地区域TE控制器,以及至少一个所述TE区域中的所述区域成员资格的至少部分列表和至少一个所述主TE控制器中的指示包括向对应的第一本地区域TE控制器发送第一TE区域中所述区域成员资格的列表,其中所述第一TE区域包括所述TE区域中的一个,所述第一本地区域TE控制器使用所述第一TE区域中所述区域成员资格的列表邀请所述第一TE区域的成员加入所述第一TE区域。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,还包括:
从所述对应的第一本地区域TE控制器中接收所述第一TE区域成功安装的确认消息。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,还包括:
接收到每个所述多个TE区域成功安装的确认消息后,向所述主TE控制器发送至少部分分区决策。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述部分分区决策包括每个本地区域TE控制器的标识,对应每个本地区域TE控制器的各自区域,以及每个TE区域中至少部分成员的标识。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述每个TE区域至少部分成员的标识包括至少两个TE区域间共享的每个所述TE区域的边界节点的标识和链路的标识。
18.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,至少一个所述TE区域包括多个TE子区域,其中所述至少一个所述TE区域的本地区域TE控制器包括所述多个TE子区域的主TE控制器。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,用于确定所述多个TE子区域的分区方案不同于用于确定所述TE区域的所述分区方案。
20.一种用于为软件定义网络(software defined networking,SDN)中的流量工程(traffic engineering,TE)进行动态分区的网络组件,其特征在于,所述网络组件包括:
处理器;
存储供所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质,所述程序包括指令用于:
从网络中的多个SDN控制器中的至少一个SDN控制器中接收网络信息;
根据所述网络信息和分区方案确定所述网络的多个TE区域;
根据所述网络信息和所述分区方案为每个所述多个TE区域选择本地区域TE控制器,其中所述本地区域TE控制器是从其中一个所述SDN控制器中选择出来的;
根据所述网络信息和所述分区方案确定每个所述TE区域的至少一个区域成员资格和主TE控制器,其中所述主TE控制器是从其中一个所述SDN控制器中选择出来的;
向至少一个所述SDN控制器发送有关所述本地区域TE控制器,以及至少一个所述TE区域中的所述区域成员资格的至少部分列表和至少一个所述主TE控制器中的指示;
所述指令还用于,对所述网络进行再分区以响应来自一个或多个SDN控制器的触发事件。
21.根据权利要求20所述的网络组件,其特征在于,所述分区方案包括可配置算法。
22.根据权利要求20所述的网络组件,其特征在于,所述触发事件包括所述网络中流行为变化,拓扑变化,节点能力变化,节点和链路网络状态变化,缓冲区状态变化,延时统计变化和可用带宽变化中的至少一个。
23.根据权利要求20所述的网络组件,其特征在于,所述程序还包括指令用于:
接收TE执行性能劣化的指示;
对所述网络进行再分区。
24.根据权利要求23所述的网络组件,其特征在于,所述TE执行性能劣化的指示是从其中一个所述主TE控制器和其中一个所述本地区域TE控制器中接收到的。
25.根据权利要求23所述的网络组件,其特征在于,对所述网络进行再分区包括确定所述网络的多个新的TE区域,每个所述多个TE区域的新的本地区域TE控制器以及新的主TE控制器。
26.根据权利要求20所述的网络组件,其特征在于,所述分区方案包括基于业务流分组的分区方案。
27.根据权利要求26所述的网络组件,其特征在于,包括流的候选路由路径的网元属于同一个区域,所述网络信息包括业务流信息,拓扑,节点能力,节点和链路网络状态,缓冲区状态,时延统计和可用带宽。
28.根据权利要求20所述的网络组件,其特征在于,所述分区方案包括当业务流行为不稳定时基于节点分组的分区方案。
29.根据权利要求20所述的网络组件,其特征在于,所述网络信息包括网络拓扑和节点能力中的至少一个。
30.根据权利要求20所述的网络组件,其特征在于,所述程序还包括指令用于:向所述主TE控制器发送至少一个分区策略和至少部分分区成员资格信息。
31.根据权利要求20所述的网络组件,其特征在于,所述主TE控制器也是所述本地区域TE控制器中的一个。
32.根据权利要求20所述的网络组件,所述用于通过所述网络组件向至少一个所述SDN控制器发送有关至少一个所述本地区域TE控制器,以及至少一个所述TE区域中的所述区域成员资格的至少部分列表和至少一个所述主TE控制器中的指示的指令包括用于向对应的第一本地区域TE控制器发送第一TE区域的所述区域成员资格的列表的指令,其中所述第一TE区域包括所述TE区域中的其中一个,所述第一本地区域TE控制器使用所述第一TE区域中所述区域成员资格的列表邀请所述第一TE区域的成员加入所述第一TE区域。
33.根据权利要求32所述的网络组件,其特征在于,所述程序还包括指令用于:
从所述对应的第一本地区域TE控制器中接收所述第一TE区域成功安装的确认消息。
34.根据权利要求33所述的网络组件,其特征在于,所述程序还包括指令用于:
接收到每个所述多个TE区域成功安装的确认消息后,向所述主TE控制器发送至少部分分区决策。
35.根据权利要求34所述的网络组件,其特征在于,所述部分分区决策包括每个本地区域TE控制器的标识,对应每个本地区域TE控制器的各自区域,以及每个TE区域中至少部分成员的标识。
36.根据权利要求35所述的网络组件,其特征在于,所述每个TE区域中至少部分成员的标识包括至少两个TE区域间共享的每个所述TE区域边界节点的标识和链路的标识。
37.根据权利要求20所述的网络组件,其特征在于,至少一个所述TE区域包括多个TE子区域,其中至少一个所述TE区域的本地区域TE控制器包括所述多个TE子区域中的主TE控制器。
38.根据权利要求37所述的网络组件,其特征在于,用于确定所述多个TE子区域的分区方案不同于用于确定所述TE区域的所述分区方案。
39.一种在分区控制器中为软件定义网络(software defined networking,SDN)中的流量工程(traffic engineering,TE)进行网络动态分区的方法,其特征在于,所述方法包括:
在所述分区控制器中接收来自所述网络中的多个SDN控制器中的至少部分SDN控制器的网络分区信息;
通过所述分区控制器根据所述网络分区信息将所述网络划分为多个区域,从所述多个SDN控制器中选择主TE控制器,并从所述多个SDN控制器中选择多个本地区域TE控制器,其中每个本地区域TE控制器分别对应所述多个区域中的一个;
将安装命令从所述分区控制器发送到至少一个区域TE控制器;
在所述分区控制器中接收来自所述至少一个区域TE控制器、用于确认所述多个区域中的其中一个区域所有成员成功安装的确认消息。
40.根据权利要求39所述的方法,其特征在于,还包括:
从所述本地区域TE控制器中收集安装确认消息;
向所述主TE控制器发送分区策略和分区决策。
41.根据权利要求40所述的方法,其特征在于,所述分区策略和所述分区决策包括可行性、分区策略、本地区域TE控制器标识以及区域边界。
42.根据权利要求39所述的方法,其特征在于,所述主TE控制器包括其中一个所述本地区域TE控制器。
43.根据权利要求39所述的方法,其特征在于,所述安装命令促使所述至少一个区域TE控制器向网络节点发送成员邀请,其中所述网络节点被认定为属于对应于所述至少一个区域TE控制器的TE区域。
44.根据权利要求43所述的方法,其特征在于,接收到来自所述至少一个区域TE控制器已向其发送成员邀请的所述TE区域的成员的邀请确认消息后,通过所述至少一个区域TE控制器将来自所述至少一个区域TE控制器的确认消息发送给所述分区控制器。
45.根据权利要求39所述的方法,其特征在于,所述网络分区信息包括控制平面拓扑,数据平面拓扑和业务流信息中的至少一个。
46.根据权利要求45所述的方法,其特征在于,所述控制平面拓扑包括控制器候选对象,数据平面设备,用户设备(user equipment,UE),控制器候选对象之间的直接逻辑链路,数据平面设备和控制器候选对象之间的直接逻辑链路,以及UE和控制器候选对象之间的直接逻辑链路中的至少一个。
47.根据权利要求45所述的方法,其特征在于,所述数据平面拓扑包括至少一个作为节点的数据平面设备,物理链路,容量,负荷和频谱效率(spectral efficiency,SE)。
48.根据权利要求45所述的方法,其特征在于,所述业务流信息包括每个流路由路径候选对象和每个流路由路径参数中的至少一个。
49.一种用于为软件定义网络(software defined networking,SDN)中的流量工程(traffic engineering,TE)进行网络动态分区的分区控制器,其特征在于,所述分区控制器包括:
处理器;
存储供所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质,所述程序包括指令用于:
从多个SDN控制器中的至少部分SDN控制器中接收网络分区信息;
根据网络分区信息将所述网络划分成多个区域;
从所述多个SDN控制器中选择主TE控制器和多个本地区域TE控制器,其中每个本地区域TE控制器分别对应其中一个所述多个区域;
向至少一个区域TE控制器发送安装命令;
从所述至少一个区域TE控制器中接收用于确认所述多个区域中的其中一个区域所有成员成功安装的确认消息。
50.根据权利要求49所述的分区控制器,其特征在于,所述程序还包括指令用于:
从所述本地区域TE控制器中收集安装确认消息;
向所述主TE控制器发送分区策略和分区决策。
51.根据权利要求50所述的分区控制器,其特征在于,所述分区策略和分区决策包括可行性、分区策略、本地区域TE控制器标识以及区域边界。
52.根据权利要求49所述的分区控制器,其特征在于,所述主TE控制器包括其中一个所述本地区域TE控制器。
53.根据权利要求49所述的分区控制器,其特征在于,所述安装命令促使所述至少一个所述区域TE控制器向网络节点发送成员邀请,其中所述网络节点被认定为属于对应于所述至少一个区域TE控制器的TE区域。
54.根据权利要求53所述的分区控制器,其特征在于,接收到来自所述至少一个区域TE控制器已向其发送成员邀请的所述TE区域的成员的邀请确认消息后,通过所述至少一个区域TE控制器将来自所述至少一个区域TE控制器的确认消息发送给所述分区控制器。
55.根据权利要求49所述的分区控制器,其特征在于,所述网络分区信息包括控制平面拓扑,数据平面拓扑和业务流信息中的至少一个。
56.根据权利要求55所述的分区控制器,其特征在于,所述控制平面拓扑包括控制器候选对象,数据平面设备,用户设备(user equipment,UE),控制器候选对象之间的直接逻辑链路,数据平面设备和控制器候选对象之间的直接逻辑链路,以及UE和控制器候选对象之间的直接逻辑链路中的至少一个。
57.根据权利要求55所述的分区控制器,其特征在于,所述数据平面拓扑包括至少一个作为节点的数据平面设备,物理链路,容量,负荷和频谱效率(spectral efficiency,SE)。
58.根据权利要求55所述的分区控制器,其特征在于,所述业务流信息包括每个流路由路径候选对象和每个流路由路径参数中的至少一个。
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