CN106341474B - 一种基于icn与sdn网络的资料管控中心及其内容管理方法 - Google Patents

一种基于icn与sdn网络的资料管控中心及其内容管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ICN与SDN网络的资料管控中心，所述的资料管控中心通过通讯接口与网络设备连接，其还通过应用程序接口与客户端通讯连接，该资料管控中心用于接收网络设备的资讯，所述的网络设备包含内容服务器以及缓存服务器；其中，所述的资料管控中心包含：工作端，用于负责工作的指派以及对客户端的信息进行回复；监视端，用于监控网络设备与负载处理；内容分配端，其为一内容分配模块，用于解决超载服务器上的内容分配问题，通过检测目前服务器的资源使用量和客户端状态，进行档案存放位置的调整。其优点是：能有效降低内容服务器与缓存服务器的负载能、提升整体传输量与控管资料分配。

Description

一种基于ICN与SDN网络的资料管控中心及其内容管理方法
技术领域
本发明涉及一种基于ICN与SDN网络的资料管控中心及其内容管理方法。
背景技术
随着网络技术的发展，行动终端与电子设备的使用率也逐渐提高，物联网上出现了更多样性质的服务。影视传媒成为了近年的当红议题，传统的客户/服务器网络(Client/Server)在传输资料上，常因传输对象过多或单一档案过大的问题，进而导致客户端在接收时，发生接收延迟情况，管理者亦无法解决此问题。客户端借由传输请求信息至资料中心要求资讯的提供，经过资料处理与指派分配，资料中心可发送所需资讯至客户端。
然若客户端倍增至更多名用户时，资料中心需要透过多次传输与路径确认，方可传至各个客户端。在传递资讯与运作过程中，若该资讯为相同资讯时，则构成了不必要的重复传输，此情况的发生亦会造成次客户端的接收时间增加，使传输过程更繁杂、更耗时，容易造成结点负载过重的情况。
为了避免超载与重复传输的情况发生，一新型态的信息中心网络(ICN)架构被提出，借由环境中的缓存服务器(Cache Server)来分担储存资讯，提供给客户端所要求的资讯，进而降低主要资料中心的负载，达到分工的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于ICN与SDN网络的资料管控中心及其内容管理方法，从信息中心网络着手，提出一自定义资料管控中心，用于解决传统客户/服务器网络的大量传输与资料中心负载的问题，并根据所提出的资料管控中心优化工作的分配与资料储存。借助信息中心网络架构与软件定义网络的结合，通过软件定义网络中的北向接口对软件定义的网络控制单元进行沟通，达到弹性即时性的在资料中心与客户端之间新增业务流(Flow)，客户端以此作为与资料中心的传输路径。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于ICN与SDN网络的资料管控中心，其特征是：
所述的资料管控中心通过通讯接口与网络设备连接，其还通过应用程序接口与客户端通讯连接，该资料管控中心用于接收网络设备的资讯，管理者可根据传输信息做判断，以决定是否启用其他机制于目前的网络传输，所述的网络设备包含内容服务器以及缓存服务器；
其中，所述的资料管控中心包含：
工作端，用于负责工作的指派以及对客户端的信息进行回复；
监视端，用于监控网络设备与负载处理；
内容分配端，其为一内容分配模块，用于解决超载服务器上的内容分配问题，通过检测目前服务器的资源使用量和客户端状态，进行档案存放位置的调整。
上述的基于ICN与SDN网络的资料管控中心，其中，所述的资料管控中心还包含：
资料库，用于储存监视端所取得的各个服务器的资讯以及内容存放资讯，同时向工作端与内容分配模块提供上述资讯，作为指派工作与调配的依据。
上述的基于ICN与SDN网络的资料管控中心，其中，所述的工作端包含：
解析模块，用于区分来自客户端的请求信息，并根据信息种类向客户端提供档案列表或目标服务器资讯；
工作指派模块，用于进行工作排程管理，提供管理者处理分配资料到客户端时所使用到的网络设备与资料，并通过监视端适时检测各个服务器的负载状况，通过超载的种类限制相应服务器的运作。
上述的基于ICN与SDN网络的资料管控中心，其中，所述的监视端包含：
监控模块，用于搜集各个服务器的资讯；
负载控制模块，监控模块通过该负载控制模块进行负载的监控与检测，并处理相应服务器发生的超载情况。
上述的基于ICN与SDN网络的资料管控中心，其中，所述资料库储存的服务器资讯包含：
档案名称、档案位置、储存时效、CPU速率以及负载量。
一种内容管理方法，采用基于ICN与SDN网络的资料管控中心来完成，其特征是，该方法包含：
工作端接收客户端的请求信息，并根据请求信息触发工作指派或向客户端进行信息回复；
监视端实时监控网络设备，并针对超载情况根据演算法的结果进行不同的工作指派；
内容分配端根据服务器与客户端的历史资讯，进行当前档案存放位置的调整。
上述的内容管理方法，其特征是，所述的工作端工作内容具体包含以下步骤：
S11、系统检测来自客户端的请求信息；
S12、解析模块判断请求信息的类型，若是解析请求，跳转执行步骤S13，若是要求资讯请求，跳转执行步骤S14；
S13、解析模块从资料库中索取档案列表的资讯，并将档案列表的资讯回传至客户端；
S14、触发工作指派模块进行事件处理，工作指派模块依据资讯请求信息内容获取资料库中该资讯的存放位置与各个服务器的状态资讯，筛选出目标服务器，并向客户端回传该目标服务器的资讯。
上述的内容管理方法，其中，所述的监视端工作内容具体包含以下步骤：
S21、监控模块获取各个服务器的状态数据并存入资料库；
S22、负载控制模块由资料库获取各个服务器的状态数据，分析判断各个服务器的负载程度和种类，根据结果对相应服务器进行超载标记，并存入资料库。
上述的内容管理方法，其中，所述的步骤S22还包含：
查看上一周期的超载服务器，若数值低于低门槛则清除超载标记，并存入资料库。
上述的内容管理方法，其中，所述的内容分配端工作内容具体包含以下步骤：
S31、负载控制模块触发内容分配模块；
S32、内容分配模块从资料库获取各个服务器资讯，并根据服务器资讯计算需要进行分配的服务器；
S33、指派内容服务器将内容分配至缓存服务器。
本发明与现有技术相比具有以下优点：结合信息中心网络与软件定义网络的北向接口进行网络环境构建，并通过资料管控中心来实现内容服务器与缓存服务器的运作控管，能有效降低内容服务器与缓存服务器的负载能、提升整体传输量与控管资料分配。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图；
图2为本发明的工作端的工作流程图；
图3为本发明的解析模块的工作流程图；
图4、5分别为本发明的工作指派模块的时序流程以及工作流程图；
图6、7分别为本发明的监控模块的时序流程以及工作流程图；
图8、9分别为本发明的负载控制模块由的时序流程以及工作流程图；
图10为本发明的内容分配模块的时序流程图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1、2所示，一种基于ICN与SDN网络的资料管控中心：所述的资料管控中心通过通讯接口与网络设备连接，其还通过应用程序接口与客户端通讯连接，该资料管控中心用于接收网络设备的资讯，管理者可根据传输信息做判断,而传输信息则包含来自用互端的资料列表请求信息或是资料请求讯息，用以决定是否启用其他机制于目前的网络传输，所述的网络设备包含内容服务器(Content Server)以及缓存服务器(Cache Server)；
其中，所述的资料管控中心包含：内容分配模块、工作指派模块、内容分配模块、负载控制模块、监控模块、解析模块、资料库；各模块分别负责不同的处理任务，借由模块化设计达到工作分配的责任划分，各模块平行登记，只在不同工作任务被执行时触发不同工作模块；
工作端(Initial State)，用于负责工作的指派以及对客户端的信息进行回复；
监视端(Surveillance)，用于监控网络设备与负载处理；
内容分配端，其为一内容分配(Content Allocation)模块，用于解决超载服务器(Server)上的内容(Content)分配问题，通过检测目前服务器的资源使用量和客户端状态，进行档案存放位置的调整，即透过演算法的运作，将提供管理者该笔档案的存放位置，并根据不同的情况(case)将档案进行配置，例如根据档案要求时效、档案要求频率与档案发生交换的范围等，档案是指文件、影音档案等；
资料库(Database)，用于储存监视端(Surveillance)所取得的各个服务器的资讯以及服务器内所存放的资讯，同时向工作端(Initial State)与内容分配(ContentAllocation)模块提供上述资讯，作为指派工作与调配的依据；其中，所述资料库储存的服务器资讯包含：档案名称、档案位置、档案的储存时效、服务器的CPU使用速率以及负载量。
所述的工作端(Initial State)包含：
解析(Resolving)模块，用于区分来自客户端的请求信息，并根据信息种类向客户端提供档案列表(Content List)或目标服务器资讯；
工作指派(Job Allocation)模块，用于进行工作排程管理，提供管理者处理分配资料到客户端时所使用到的网络设备与资料，并通过监视端(Surveillance)适时检测各个服务器(Server)的负载状况，通过超载的种类限制相应服务器(Server)的运作。
所述的监视端(Surveillance)包含：
监控(Monitor)模块，用于搜集各个服务器(Server)的资讯；
负载控制(Loading Control)模块，监控(Monitor)模块通过该负载控制(LoadingControl)模块进行负载的监控与检测，并处理相应服务器(Server)发生的超载情况。
本实施例中，所述资料管控中心的工作时基于SDN网络构架上的北向(Northbound)实现的，资料管控中心可借助北向应用程序接口(Northbound ApplicationProgramming Interface)与SDN控制器(SDN Controller)进行沟通，传送Flow的新增信息与内容；运作时，监控(Monitor)模块会监控网路中的服务器(Server)设备状态，当有来自客户端的请求信息时，可透过解析(Resolving)模块进行请求信息的区分，而工作指派(JobAllocation)模块则进行服务器(Server)的指派，并透过负载控制(Loading Control)模块适时的检视各个服务器(Server)是否有超载的状况发生，如果有发生超载时，将注记该服务器(Server)是何种超载，并根据超载的种类来限制该服务器(Server)的运作功能，直到该服务器(Server)脱离超载情况后才允许工作指派。除了监控设备之外，内容分配(Content Allocation)模块也会检测服务器的资源使用的多寡、使用者的位置进行内容(Content)与存放服务器(Server)位置的调整。借助资料管理中心的监控与服务器的档案调度，能达到更为优良的运作模式予管理者与客户端。
本发明还公开了一种内容管理方法，采用基于ICN与SDN网络的资料管控中心来完成，该方法包含：
如图2所示，工作端(Initial State)接收客户端的请求信息，并根据请求信息触发工作指派或向客户端进行信息回复；
监视端(Surveillance)实时监控网络设备，并针对超载情况根据资源规划(Resource Planning)演算法的结果进行不同的工作指派；
内容分配端根据服务器(Server)与客户端的历史资讯，历史资讯包含要求档案的名称与该档案的使用率等，进行当前服务器内档案存放位置的调整。
在工作端，监视端与内容分配端皆为同步进行，仅于取用资料库资讯时才会撷取最新的内容。
所述的工作端(Initial State)工作内容具体包含以下步骤，如图3、4所示：
S11、系统检测来自客户端的请求信息；
S12、解析(Resolving)模块判断请求信息的类型，若是解析请求，跳转执行步骤S13，若是要求资讯请求，跳转执行步骤S14；
S13、解析(Resolving)模块从资料库中索取档案列表的资讯，并将档案列表的资讯回传至客户端；
S14、触发工作指派(Job Allocation)模块进行事件处理，工作指派(JobAllocation)模块依据资讯请求信息内容获取资料库中该资讯的存放位置与各个服务器的状态资讯，筛选出目标服务器，并向客户端回传该目标服务器的资讯。本实施例中，触发工作指派(Job Allocation)模块用于处理客户端的档案请求信息，并使用资源规划(Resource Planning)演算法计算各个能提供档案的服务器花费(Server Cost)，再根据负载(Loading)的门槛值进行筛选，例如根据运算的结果与档案是否唯一等资讯做为工作指派的条件，求出目标服务器(Server)予客户端，此时客户端即可至服务器(Server)索取资讯，具体的，如图5所示，根据资料库中的内容(Content)的存放位置与服务器(Server)的负载情况(是否超载)进行筛选，接着进行花费的计算，并将结果进行排序，判断目标服务器(Server)是否具备接收工作指令的条件。若该服务器(Server)的负载程度为允许，则进行工作指派；否则寻找下一个服务器(Server)进行判断，直到环境内的缓存服务器(CacheServer)皆已搜寻完毕；若皆为无法提供服务时，系统则指派内容分配(ContentAllocation)模块提供服务。
在工作指派(Job Allocation)模块的运算过程中，使用了Resource Planning资源规划的计算机制，而Resource Planning方程式如equation(1)所示：
Min Ci＝w1Disi+w2Li+w3Di+w4Ti
于equation(1)中，代表第i个Cache Server的总成本花费。因用于计算最佳成本，故仅计算Ci最小值，其函数包含了距离(DiSi)、负载(Li)、延迟时间(Di)与吞吐量(Ti)等，而各个函数皆有各自的标准化公式，用于避免某一数值过大或过小时，对于Ci的影响随变动过大或不变。
所述的监视端(Surveillance)工作内容具体包含以下步骤：
S21、如图6所示，监控(Monitor)模块获取各个服务器(Server)的状态数据并存入资料库；所述状态数据包含了服务器(Server)名称、服务器(Server)负载、吞吐量(Throughput)、档案名称与档案时效等，如图7所示，监控(Monitor)模块通过每次的服务器(Server)状态请求信息，并将接收到的服务器(Server)资讯存入资料库(Database)中，直到该次监控结束；当机器接收到停止运作的命令时，系统将直接停止；监控后的资讯将用来提供其他模块使用，而监控后的服务器(Server)资讯可用来做为缓存服务器(CacheServer)或内容服务器(Content Server)提供服务的筛选依据；
S22、负载控制(Loading Control)模块由资料库获取各个服务器(Server)的状态数据，分析判断各个服务器(Server)的负载程度和种类，根据结果对相应服务器(Server)进行超载标记，并存入资料库，查看上一周期的超载服务器，若数值低于低门槛(LowLevel)则清除超载标记，并存入资料库，如图8、9所示，具体的，负载控制(LoadingControl)模块根据服务器(Server)的相关资讯(PU使用率、负责客户端数量等)进行Loading的监控，首先判断环境中的服务器(Server)是否有超载的状况，如有超载发生，则于表格中注记此服务器(Server)为超载；若无超载的情况发生，则去检测资料库(Database)的超载纪录表格内，前次为超载的服务器(Server)于本次是否亦为超载，若无，则清除标记；若有，则忽略并继续下一轮的负载控制。
所述的内容分配端工作内容具体包含以下步骤，如图10所示：
S31、负载控制(Loading Control)模块依据管理者的定义时程触发内容分配(Content Allocation)模块；
S32、内容分配(Content Allocation)模块从资料库获取各个服务器资讯，并根据服务器资讯计算需要进行内容分配的服务器；
S33、指派内容服务器(Content Server)将内容分配至缓存服务器(CacheServer)。
本实施例中，所述的资料库(Database)为一用于存放资讯的模块，包含来自监控模块的资讯与内容(Content)的存放资讯，如表1所示，档案依据其名称进行分类，并存入有关此笔档案的服务器(Server)与档案的存储时效(Timeout)；如部分1内容1(Part1.Content1)表示该档案储存于内容服务器(Content Server)与缓存服务器1(CacheServer1)中，各别的存活时间为无限制与86400秒，常用于提供内容分配(ContentAllocation)模块指派工作时的依据。
表1：服务器的储存资讯
表2表示环境中的服务器(Server)资讯，包含了负载值、使用状态与是否为高负载。而使用状态则是根据负载数值做为依据，本专利的上限(Upperbound)数值设置为70％，表示负载值介于0％至70％为正常使用状态，大于70％为高使用状态，常用于提供内容分配(Content Allocation)模块与负载控制(Loading Control)模块的使用依据。
表2：服务器资讯
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于ICN与SDN网络的资料管控中心，其特征在于：
所述的资料管控中心通过通讯接口与网络设备连接，其还通过应用程序接口与客户端通讯连接，该资料管控中心用于接收网络设备的资讯，管理者可根据来自用户 端的资料列表请求信息或是资料请求讯息做判断，以决定是否启用解析请求机制还是资讯请求机制于目前的网络传输，所述的网络设备包含内容服务器以及缓存服务器；
其中，所述的资料管控中心包含：
工作端，用于负责工作的指派以及对客户端的信息进行回复；
监视端，用于监控网络设备与负载处理；
内容分配端，其为一内容分配模块，用于解决超载服务器上的内容分配问题，通过检测目前服务器的资源使用量和客户端状态，进行档案存放位置的调整。
2.如权利要求1所述的基于ICN与SDN网络的资料管控中心，其特征在于，所述的资料管控中心还包含：
资料库，用于储存监视端所取得的各个服务器的资讯以及内容存放资讯，同时向工作端与内容分配模块提供上述资讯，作为指派工作与调配的依据。
3.如权利要求1所述的基于ICN与SDN网络的资料管控中心，其特征在于，所述的工作端包含：
解析模块，用于区分来自客户端的请求信息，并根据信息种类向客户端提供档案列表或目标服务器资讯；
工作指派模块，用于进行工作排程管理，提供管理者处理分配资料到客户端时所使用到的网络设备与资料，并通过监视端适时检测各个服务器的负载状况，通过超载的种类限制相应服务器的运作。
4.如权利要求3所述的基于ICN与SDN网络的资料管控中心，其特征在于，所述的监视端包含：
监控模块，用于搜集各个服务器的资讯；
负载控制模块，监控模块通过该负载控制模块进行负载的监控与检测，并处理相应服务器发生的超载情况。
5.如权利要求2所述的基于ICN与SDN网络的资料管控中心，其特征在于，所述资料库储存的服务器资讯包含：
档案名称、档案位置、储存时效、CPU速率以及负载量。
6.一种内容管理方法，采用基于ICN与SDN网络的资料管控中心来完成，其特征在于，该方法包含：
工作端接收客户端的请求信息，并根据请求信息触发工作指派或向客户端进行信息回复；具体包含以下步骤：
S11、系统检测来自客户端的请求信息；
S12、解析模块判断请求信息的类型，若是解析请求，跳转执行步骤S13，若是要求资讯请求，跳转执行步骤S14；
S13、解析模块从资料库中索取档案列表的资讯，并将档案列表的资讯回传至客户端；
S14、触发工作指派模块进行事件处理，工作指派模块依据资讯请求信息内容获取资料库中该资讯的存放位置与各个服务器的状态资讯，筛选出目标服务器，并向客户端回传该目标服务器的资讯；
监视端实时监控网络设备，并针对超载情况根据演算法的结果进行不同的工作指派；
内容分配端根据服务器与客户端的历史资讯，进行当前档案存放位置的调整。
7.如权利要求6所述的内容管理方法，其特征在于，所述的监视端工作内容具体包含以下步骤：
S21、监控模块获取各个服务器的状态数据并存入资料库；
S22、负载控制模块由资料库获取各个服务器的状态数据，分析判断各个服务器的负载程度和种类，根据结果对相应服务器进行超载标记，并存入资料库。
8.如权利要求7所述的内容管理方法，其特征在于，所述的步骤S22还包含：查看上一周期的超载服务器，若数值低于低门槛则清除超载标记，并存入资料库。
9.如权利要求6所述的内容管理方法，其特征在于，所述的内容分配端工作内容具体包含以下步骤：
S31、负载控制模块触发内容分配模块；
S32、内容分配模块从资料库获取各个服务器资讯，并根据服务器资讯计算需要进行分配的服务器；
S33、指派内容服务器将内容分配至缓存服务器。
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