CN106533939B - 一种软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法及装置。将同源同宿的多条路径组成路径组，相应流量分布在多条路径上。通过汇聚网流量监控，动态调整流量分配的路径数量以及每条路径上的流量，不仅可以提高请求的成功率和用户带宽满足度，提升用户体验，而且能够通过动态调整流量路径达到负载均衡的目的，提高资源利用率。

Description

一种软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及软件定义光接入汇聚网带宽调整方法及装置。
背景技术
作为有线宽带的主力，光接入技术也得到了快速发展，高速率、大容量、长距离、多复用、低成本一直是学术界和工业界追求的目标。然而，光接入网发展面临的诸多问题。光接入网靠近用户，面对多样且个性化的应用需求，而传统光接入网支持的业务种类单一，且只具备有限的QoS保证能力，使大部分宽带接入服务趋同(如包月的尽力而为服务)，逐渐沦为哑管道，一方面用户的差异化需求得不到满足，另一方面业务不能获得匹配的网络服务，限制了业务创新和业务体验。例如分组传送网(Packet Transport Network，PTN)采用MPLS技术，在OLT和BRAS之间配置隧道，各种以太网业务承载在隧道之上，但是PTN中的隧道配置相对静态，不能很好的应对动态变化的用户流量请求。另一方面，尽管接入技术不断演进，但总会有杀手级应用占用掉增长的带宽，使得接入网资源不足够和处于竞争状态，接入管道的精细控制和智能化才能保证关键业务的优先服务，在有限资源条件下最大化用户网络体验。因为只有业务/用户本身才真正了解自身的QoS需求和使用倾向，因此网络能力开放和可编程具有深远意义。通过开放网络能力，根据用户的请求进行差异化服务，一方面可以对用户进行优先级分类，根据用户的优先级提供差异化的网络服务，优先保障高优先级用户的业务请求，因而提升用户的网络体验；另一方面业务提供商或者网络提供商可以根据用户的业务价值等信息进行用户优先级的确定，因而业务提供商或者网络提供商也能从差异化服务中提高收益。
软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是当前的研究热点，其核心观点是基于开放接口实现软件可编程的基础网络架构。相对于传统网络SDN具有以下优势：控制与转发相分离，逻辑集中式控制，开放的控制接口，以及网络虚拟化和可编程能力。SDN的出现正与IT产业网络开放的需求相契合，快速得到业界认可并逐步在数据通信网络中得以应用，被认为是面向下一代网络的革命性技术。
软件定义光接入汇聚网(Software Defined Network Optical Access andAggregation network，SDOAAN)是将SDN的理念引入光接入汇聚网中，利用SDN的优势来解决光接入汇聚网的瓶颈问题。针对当前宽带接入网面临的挑战，为了满足未来接入网全业务、高带宽、易运行维护的发展需求，实现接入网与骨干网等异构网络之间的融合互通，满足接入网日益迫切的智能化需求，软件定义光接入网将宽带接入网封闭孤立的架构转变为可编程化、智能可控化、支持第三方应用的开放式架构，即在接入网中提供开放式的控制接口，实现可编程的智能管控平台。
但目前现有的软件定义光接入汇聚网，缺乏对带宽需求动态调整分配的能力，不能满足移动互联网时代网络带宽实时响应需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在软件定义光接入汇聚网下动态进行网络带宽管理，进而实现负载均衡，提高资源利用率并改善用户体验。
本发明的一个方面，提供一种软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法，所述方法包括：
将同源同宿的多条路径组成路径组，设定路径组的最大路径数、路径组的最小路径数、每条路径的最大带宽、每条路径的最小带宽；
当监控的流量值超过某一上限阈值时，增加路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将一部分流量重定向到负载较小的路径上；
当监控的流量值低于某一下限阈值时，减少路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将流量较少的路径上的流量合并集中到某些路径上，拆除多余的路径，释放相应的带宽资源；或者
路径组中路径的数量维持不变，调整每条路径的带宽。
进一步地，在带宽动态调整前，还包括：
对带宽请求按优先级排序，按照优先级确定初始时刻源节点和目的节点之间的带宽需求，计算源节点和目的节点之间的最短路径，将计算出的最短路径作为初始路径组中的初始路径，为该初始路径预留带宽资源。
进一步地，所述当监控的流量值超过某一上限阈值时，增加路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将一部分流量重定向到负载较小的路径上，具体包括：
当监控的流量值超过某一上限阈值时，计算源节点和目的节点之间的路径；
若没有新的路径满足流量需求，则维持上一时刻的路径组，等待下一个调整周期再做调整；或者
若存在一组新的路径满足流量需求，将这些新路径作为路径组中的路径，计算这些路径预留带宽资源，在流量工程数据中更新数据。
进一步地，所述当监控的流量值低于某一下限阈值时，减少路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将流量较少的路径上的流量合并集中到某些路径上，拆除多余的路径，释放相应的带宽资源，具体包括：
当监控的流量值低于某一下限阈值时，计算源节点和目的节点之间的路径；
若没有新的路径满足带宽需求，则维持上一时刻的路径组设置，等待下一个调整周期再做调整；或者
若存在一组新的路径满足流量需求，将这些新路径作为路径组中的路径，计算新路径预留带宽资源，在流量工程数据中更新数据。
另一方面，本发明提供一种软件定义光接入汇聚网带宽动态调整装置，所述装置包括：
请求预处理子模块，用于对带宽请求按优先级排序，处理带宽请求信息；
路由计算子模块，在带宽初始化时，用于计算源节点和目的节点之间的最短路径，将计算出的最短路径作为初始路径组中的初始路径，为该初始路径预留带宽资源；在动态调整带宽时，计算源节点和目的节点之间的多条路径；
带宽管理子模块，用于：
当监控的流量值超过某一上限阈值时，增加路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将一部分流量重定向到负载较小的路径上；
当监控的流量值低于某一下限阈值时，减少路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将流量较少的路径上的流量合并集中到某些路径上，拆除多余的路径，释放相应的带宽资源；或者
路径组中路径的数量维持不变，调整每条路径的带宽；
资源预留信息子模块，用于根据带宽管理子模块计算的路径组信息预留带宽资源，并更新流量工程数据库。
进一步地，所述带宽管理子模块包括：
流量数据更新单元，用于与流量工程数据库交互信息，获取路径带宽信息。
本发明与现有技术相比，将同源同宿的多条路径组成路径组，相应流量分布在多条路径上。通过汇聚网流量监控，动态调整流量分配的路径数量以及每条路径上的流量，不仅可以提高请求的成功率和用户带宽满足度，提升用户体验，而且能够通过动态调整流量路径达到负载均衡的目的，提高资源利用率。
附图说明
图1为软件定义光接入汇聚网带宽动态调整网络架构图；
图2为软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法示意图；
图3为一个软件定义光接入汇聚网带宽动态调整示例图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的一个方面，提供一种软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法，所述方法包括：
将同源同宿的多条路径组成路径组，设定路径组的最大路径数、路径组的最小路径数、每条路径的最大带宽、每条路径的最小带宽；
当监控的流量值超过某一上限阈值时，增加路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将一部分流量重定向到负载较小的路径上；
当监控的流量值低于某一下限阈值时，减少路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将流量较少的路径上的流量合并集中到某些路径上，拆除多余的路径，释放相应的带宽资源；或者
路径组中路径的数量维持不变，调整每条路径的带宽。
进一步地，在带宽动态调整前，还包括：
对带宽请求按优先级排序，按照优先级确定初始时刻源节点和目的节点之间的带宽需求，计算源节点和目的节点之间的最短路径，将计算出的最短路径作为初始路径组中的初始路径，为该初始路径预留带宽资源。
进一步地，所述当监控的流量值超过某一上限阈值时，增加路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将一部分流量重定向到负载较小的路径上，具体包括：
当监控的流量值超过某一上限阈值时，计算源节点和目的节点之间的路径；
若没有新的路径满足流量需求，则维持上一时刻的路径组，等待下一个调整周期再做调整；或者
若存在一组新的路径满足流量需求，将这些新路径作为路径组中的路径，计算这些路径预留带宽资源，在流量工程数据中更新数据。
进一步地，所述当监控的流量值低于某一下限阈值时，减少路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将流量较少的路径上的流量合并集中到某些路径上，拆除多余的路径，释放相应的带宽资源，具体包括：
当监控的流量值低于某一下限阈值时，计算源节点和目的节点之间的路径；
若没有新的路径满足带宽需求，则维持上一时刻的路径组设置，等待下一个调整周期再做调整；或者
若存在一组新的路径满足流量需求，将这些新路径作为路径组中的路径，计算新路径预留带宽资源，在流量工程数据中更新数据。
另一方面，本发明提供一种软件定义光接入汇聚网带宽动态调整装置，所述装置包括：
请求预处理子模块，用于对带宽请求按优先级排序，处理带宽请求信息；
路由计算子模块，在带宽初始化时，用于计算源节点和目的节点之间的最短路径，将计算出的最短路径作为初始路径组中的初始路径，为该初始路径预留带宽资源；在动态调整带宽时，计算源节点和目的节点之间的多条路径；
带宽管理子模块，用于：
当监控的流量值超过某一上限阈值时，增加路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将一部分流量重定向到负载较小的路径上；
当监控的流量值低于某一下限阈值时，减少路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将流量较少的路径上的流量合并集中到某些路径上，拆除多余的路径，释放相应的带宽资源；或者
路径组中路径的数量维持不变，调整每条路径的带宽；
资源预留信息子模块，用于根据带宽管理子模块计算的路径组信息预留带宽资源，并更新流量工程数据库。
进一步地，所述带宽管理子模块包括：
流量数据更新单元，用于与流量工程数据库交互信息，获取路径带宽信息。
图1为软件定义光接入汇聚网带宽动态调整网络架构图。该网络架构图由三层组成：数据转发平面、控制平面和应用平面。数据转发平面，用于提供用户信息传送，也用于控制和网络管理信息的传送；控制平面，用于网络资源的控制、协调和管理；应用平面，用于对网络进行操作。
图中，带宽动态调整方法包括：
步骤1：设备侧定期以OpenFlow消息格式上报统计量信息；
步骤2：统计量上报消息在南向协议模块进行消息适配，转换为自定义消息格式并到达服务抽象层模块；
步骤3：统计量管理模块通过调用服务抽象层模块获取并解析统计量消息；
步骤4：统计量管理模块将统计量写入统计数据存储模块，并且可以从统计数据存储模块获取历史统计信息；
步骤5：动态带宽管理模块定期通过统计量管理模块获取历史统计量信息；
步骤6：动态带宽管理模块通过查询网络资源信息存储模块获取已被占用和可用网络资源信息；
步骤7：动态带宽管理模块根据历史统计信息和网络资源状态进行带宽管理，并调用流表管理模块根据动态带宽分配的结果生成相应的流表；
步骤8：流表管理模块将流表进行存储，保存在流表存储模块；
步骤9：服务抽象层通过监听流表的变化(增加、修改、删除)，并将流表信息发送给OpenFlow协议插件层；
步骤10：OpenFlow协议插件层将流表信息封装如OpenFlow消息并下发至数据平面中相应的光接入汇聚设备对设备进行配置。
图2为软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法。所述方法包括带宽初始化分配阶段处理和动态带宽管理阶段处理。
首先进行带宽初始化阶段(步骤1-3)处理：
步骤1，请求预处理子模块对流量进行优先级排序，然后带宽管理子模块按照优先级从高到低获取初始时刻源节点和目的节点之间的初次带宽请求，每个请求进行步骤2、3处理；
步骤2，路由计算子模块计算源节点和目的节点之间的最短路径，将此最短路径作为该源节点和目的节点的路径组“LSP Group”中的唯一的“Member LSP”，并在该最短路径上为请求预留带宽资源，在资源预留信息子模块保存预留信息，并更新TED(TrafficEngineering DateBase，流程工程数据库)；
步骤3，初始时刻的所有请求进行上述步骤1、2，若所有流量处理均进行完则称为带宽初始化分配阶段完成，进入步骤4进行动态带宽管理阶段，否则对未进行带宽初始化分配的流量继续进行带宽初始化分配；
其次，各请求初始化带宽分配结果维持到下一个动态带宽调整时刻，对上述所有已知源节点和目的节点之间的带宽处理进入动态带宽管理阶段(步骤4-12)：
步骤4，请求预处理子模块对当前时刻的各请求进行优先级排序；
步骤5，带宽管理子模块依次取优先级最高的请求，将当前请求带宽记为New_R、上一时刻“LSP Group”总带宽记为Old_R、上一时刻“Member LSP”数量记为Old_Num作为输入参数进行是否“合并化”、“分片化”、“一般化”的逻辑判断；若进行“分片化”、“合并化”则进入步骤6，若进行“一般化”则进入步骤10；
分片化，是指当监控的流量值超过某一上限阈值时，增加路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将一部分流量重定向到负载较小的路径上；
合并化，是指当监控的流量值低于某一下限阈值时，减少路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将流量较少的路径上的流量合并集中到某些路径上；
一般化，是指路径中路径的数量维持不变，调整每条路径的带宽；
步骤6，计算新的“Member LSP”数量New_Num；
步骤7，路由计算子模块计算源目的节点之间的K(由控制器定义其数值)条路径；
步骤8，若K条路径中没有New_Num条路径满足New_R带宽需求，该请求调整失败进入步骤11，若成功继续；
步骤9，重新将新的New_Num条路径作为“LSP Group”的“Member LSP”；
步骤10，计算每个新“Member LSP”上应该预留新的带宽资源，若每条路径均能满足相应的带宽资源，则在每条“Member LSP”路径上预留资源，在资源预留信息子模块更新新的“LSP Group”，释放不再被使用的路径上的资源，并更新TED，调整成功，进入步骤12；否则调整失败继续；
步骤11，维持该请求的上一时刻带宽分配方案，即“LSP Group”不做调整，资源预留信息子模块和TED模块均不做处理；
步骤12，该调整时刻所有需要调整的请求均未完成，则结束本周期处理等待下一个调整周期；否则对未处理的请求继续进行带宽调整。
图3为一个软件定义光接入汇聚网带宽动态调整示例图。
设一个“LSP Group”中“Member LSP”数量最大为MaxNum＝3，最小为MinNum＝1，“Member LSP”的最大带宽为MaxBw＝8和MinBw＝3则，以图3说明动态带宽管理方法。
初始时刻t0，设(A，C)之间带宽请求为7，则首先以最短路径A-B-C进行“LSPGroup”和“Member LSP”初始化，“LSP Group”只包含一个“Member LSP”，并且“Member LSP”的带宽分配为7，如图(a)；
下一时刻t1,如果监控(A,C)之间流量增大为10，因为每个“Member LSP”的MaxBw＝8，所以一个“Member LSP”不能满足要求，则进行“分片化”，增加“LSP Group”中“MemberLSP”的数量，根据网络资源状态进行调整，结果为两个“Member LSP”(A-B-C，A-E-D-C)即可满足要求，每个“Member LSP”的带宽分配为5，如图(b)；
下一时刻t2，如果(A,C)之间带宽请求减小为4，因为每个“Member LSP”的MinBw＝3，因此需要将两个“Member LSP”进行合并，减少“Member LSP”数量，即进行“合并化”，根据网络资源状态进行调整，结果为一个“Member LSP”(A-B-C)即可满足要求，“Member LSP”带宽分配为4,如图(c)；
下一时刻t3，如果监控的(A,C)之间的流量增大为6，因为每个“Member LSP”的MinBw＝3，MaxBw＝8，并且A-B-C能够满足带宽要求，因此继续保持上一时刻“Member LSP”(A-B-C)即可，无需修改“Member LSP”数量，只修改“Member LSP”带宽即可，即进行“一般化”，该时刻修改“Member LSP”带宽为6，如图(d)。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法，其特征在于，所述方法包括：
将同源同宿的多条路径组成路径组，设定路径组的最大路径数、路径组的最小路径数、每条路径的最大带宽、每条路径的最小带宽；
当监控的流量值超过某一上限阈值时，增加路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将一部分流量重定向到负载较小的路径上；
当监控的流量值低于某一下限阈值时，减少路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将流量较少的路径上的流量合并集中到某些路径上，拆除多余的路径，释放相应的带宽资源；或者
路径组中路径的数量维持不变，调整每条路径的带宽，进一步包括：根据动态带宽分配的结果生成对应的流表；根据所述流表的变化，得到流表变化信息；根据所述流表变化信息，通过OpenFlow协议对光接入汇聚设备进行配置；
其中，所述上限阈值和所述下限阈值根据当前请求带宽、上一时刻路径组总带宽和上一时刻路径组最短路径数量获取得到。
2.如权利要求1所述软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法，其特征在于，在带宽动态调整前，还包括：
对带宽请求按优先级排序，按照优先级确定初始时刻源节点和目的节点之间的带宽需求，计算源节点和目的节点之间的最短路径，将计算出的最短路径作为初始路径组中的初始路径，为该初始路径预留带宽资源。
3.如权利要求1所述软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法，其特征在于，所述当监控的流量值超过某一上限阈值时，增加路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将一部分流量重定向到负载较小的路径上，具体包括：
当监控的流量值超过某一上限阈值时，计算源节点和目的节点之间的路径；
若没有新的路径满足流量需求，则维持上一时刻的路径组，等待下一个调整周期再做调整；或者
若存在一组新的路径满足流量需求，将这些新路径作为路径组中的路径，计算这些路径预留带宽资源，在流量工程数据中更新数据。
4.如权利要求1所述软件定义光接入汇聚网带宽动态调整方法，其特征在于，所述当监控的流量值低于某一下限阈值时，减少路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将流量较少的路径上的流量合并集中到某些路径上，拆除多余的路径，释放相应的带宽资源，具体包括：
当监控的流量值低于某一下限阈值时，计算源节点和目的节点之间的路径；
若没有新的路径满足带宽需求，则维持上一时刻的路径组设置，等待下一个调整周期再做调整；或者
若存在一组新的路径满足流量需求，将这些新路径作为路径组中的路径，计算新路径预留带宽资源，在流量工程数据中更新数据。
5.一种软件定义光接入汇聚网带宽动态调整装置，其特征在于，所述装置包括：
请求预处理子模块，用于对带宽请求按优先级排序，处理带宽请求信息；
路由计算子模块，在带宽初始化时，用于计算源节点和目的节点之间的最短路径，将计算出的最短路径作为初始路径组中的初始路径，为该初始路径预留带宽资源；在动态调整带宽时，计算源节点和目的节点之间的多条路径；
带宽管理子模块，用于：
当监控的流量值超过某一上限阈值时，增加路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将一部分流量重定向到负载较小的路径上；
当监控的流量值低于某一下限阈值时，减少路径组中路径的数量，调整每条路径的带宽，将流量较少的路径上的流量合并集中到某些路径上，拆除多余的路径，释放相应的带宽资源；或者
路径组中路径的数量维持不变，调整每条路径的带宽，进一步包括：根据动态带宽分配的结果生成对应的流表；根据所述流表的变化，得到流表变化信息；根据所述流表变化信息，通过OpenFlow协议对光接入汇聚设备进行配置；
其中，所述上限阈值和所述下限阈值根据当前请求带宽、上一时刻路径组总带宽和上一时刻路径组最短路径数量获取得到；
资源预留信息子模块，用于根据带宽管理子模块计算的路径组信息预留带宽资源，并更新流量工程数据库。
6.如权利要求5所述软件定义光接入汇聚网带宽动态调整装置，其特征在于，所述带宽管理子模块包括：
流量数据更新单元，用于与流量工程数据库交互信息，获取路径带宽信息。
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