CN106537839A - 用于具有多个实例的联机服务链的服务安置 - Google Patents

用于具有多个实例的联机服务链的服务安置 Download PDF

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Abstract

一种用于在服务供应商网络中安置具有多个实例的联机服务的系统和方法。在一个实施方式中，其中限定了服务供应商网络以及将要安置在该网络中的服务的拓扑结构。服务及其多个实例是通过使用服务链策略需求、服务实例数量等等作为输入而被置于网络内部的，由此优化针对所有数据流的总体网络度量。该实施方式使用了软件定义网络(SDN)以及OpenFlow。

Description

用于具有多个实例的联机服务链的服务安置
相关申请的交叉引用
本申请公开的主题涉及以下美国专利申请的主题：(i)2013年1月28日以YingZhang和Neda Beheshti-Zavareh的名义提交的名为“METHOD AND APPARATUS FOR PLACINGSERVICES IN A NETWORK”的申请13/751,826(爱立信案卷号：P38903-US1)；以及(ii)2012年7月24日以Geoffrey Lefebvre、Erik Rubow和Ravi Manghirmalani的名义提交的名为“CHAINING OF INLINES SERVICES USING SOFTWARE DEFINED NETWORKING”的申请13/556,456(爱立信案卷号：P37236-US2)，其中所该申请在这里全部引入以作为参考。
技术领域
本公开主要涉及网络领域。特别地，本公开涉及在网络中具有多个实例的服务安置，但是并不局限于此。
背景技术
运营商使用了名为联机服务的不同中间盒服务或应用来管理订户业务，作为示例，此类服务可以是深度分组监测(DPI)、日志/计量/收费/预收费、防火墙、入侵监测防御(IDP)、网络地址转换(NAT)等等。这些服务对于吞吐量和分组检测能力具有很高的需求。对终端用户来说，它们既可以是透明的，也可以是不透明的。联机服务可以在专用的物理硬件或虚拟机上托管。
如果业务需要经过一个以上的联机服务，那么其有可能需要服务链。此外，如果可能存在一个以上的服务链，那么运营商需要配置网络基础架构，以便通过恰当的联机服务路径来引导恰当的业务。
发明内容
本专利公开广义地涉及一种用于在服务供应商网络中安置具有多个实例(也被称为“服务副本”)的联机服务的方案。
在一个方面中，所公开的是一种用于在服务供应商网络中安置服务实例的方法的一个实施例。该请求保护的实施例包括限定服务供应商网络的拓扑结构；限定一组将被安置在服务供应商网络内部的服务，其中至少一个服务配备了多个实例；确定关于多个订户数据流的需求集合，其中每个需求都是每个订户数据流所要经过的服务序列；以及以与服务供应商网络的一个或多个节点相关联地来安置或指配这些服务以及在所述服务具有多个实例的情况下布置或指配这些实例，由此优化与所有订户数据流相对且与服务供应商网络相关联的总体网络度量。在一个例示实施方式中，对于所有的订户流来说，所要优化的网络度量包括以下的至少一项：诸如带宽度量(例如带宽使用率)之类的基于性能的度量，总延迟和/或距离，跳数等等。在更进一步的实施方式中，前述服务安置方法还可以包括限定每个服务的服务依赖性以及对服务依赖性进行排序；基于服务依赖性的排序、每个服务实例的数量或者同时基于这二者来确定每个服务的加权；以及以用于局部优化选择网络/性能量度的局部优化机制(例如使用贪婪算法)为基础，迭代地安置或指配与网络节点相关联的每个服务及其实例，从而以具有最大加权值的服务为开始。
在另一个方面中，所公开的是网络控制器节点的一个实施例，其中该网络控制器节点包括一个或多个处理器以及具有指令的永久性存储器模块，所述指令被配置成在由处理器运行的时候执行上述方法的一个实施例。在更进一步的方面，所公开的是一种非暂时性计算机可读介质，其上包含了用于执行上文阐述的方法的一个或多个实施例的指令。在一个变体中，网络控制器节点的一个实施例可作为部署在软件定义网络之中的逻辑上的集中控制器来实施。在另一个变体中，该逻辑上的集中控制器节点可以包括配置成控制多个网络节点的数据转发操作的OpenFlow控制器。应该认识到的是，虽然某些实施例涉及的是SDN架构，但是本发明不必局限于此，并且这里的教导可以在任何具有业务导引需求的网络中实施。
本发明的优点包括但不局限于：对在具有一个或多个服务链策略的服务供应商网络内部实施的多实例服务的安置和/或指配进行优化。由于可以动态改变默认的指配方式，因此，服务网络供应商可以在不影响可扩展性的情况下将更多的服务带到线上。在从属权利要求中阐述了不同的实施例的其他特征。通过考虑后续的描述和附图，这些实施例的附加益处和优点将会是显而易见的。
附图说明
在附图中举例例证了本公开的实施例，但其并未构成限制，其中相同的标引指示相似的部件。应该指出的是，对于本公开的“一个”或“某个”实施例所做的引用未必指示相同实施例，并且此类引用可以是指至少一个。更进一步，在结合一个实施例来描述特定的特征、结构或特性时，其所主张的是，无论是否显性描述了其他实施例，结合这些其他实施例来实施此类特征、结构或特性的处理都处于本领域技术人员的知识范围以内。
在这里引入附图并构成了说明书的一部分，由此例证本公开的一个或多个实施例。从以下结合附加权利要求以及参考附图的具体实施方式中可以理解本公开的不同优点和特征，其中：
图1A描述的是可以实施本专利公开的一个或多个实施例的例示网络；
图1B描述的是可以实施本专利公开的一个多多个实施例的附加例示网络；
图2和3描述的是与依照本专利公开的服务安置和/或指配机制有可能发生的事件序列相关的流程图；以及
图4描述的是可被配置成实施根据本专利公开的一个实施例的服务安置和/或指配机制的网络控制器节点的框图。
具体实施方式
在以下描述中，众多的具体细节是对照本专利公开的一个或多个实施例阐述的。然而应该理解，在没有此类具体细节的情况下，一个或多个实施例同样是可以实施的。在其他实例中，为了避免与例示实施例的理解相混淆，众所周知的电路、子系统、组件、结构和技术未被详细显示。相应地，本领域技术人员将会了解，本公开的一个或多个实施例是可以在没有这些基于特定组件的细节的情况下实施的。此外还应该认识到，借助于这里阐述的具体实施方式以及参考附图，本领域普通技术人员在不进行过度试验的情况下即可制造和使用一个或多个实施例。
此外，在后续的描述、权利要求或是所有这二者中可以使用诸如“耦合”和“连接”及其派生词之类的术语。应该理解的是，这些术语未必作为对方的同义词。“耦合”可用于指示两个或更多的部件彼此协作或交互，并且这些部件彼此之间既可以是也可以不是直接物理或电接触的。“连接”可以用于指示在相互耦合的两个或多个部件之间建立通信，也就是通信联系。更进一步，在这里阐述的一个或多个例示实施例中，一般来说，如果一个部件、组件或模块能够执行或者原本在结构上被配置成执行一个功能，那么该部件可以被配置成执行该功能。
这里使用的网络部件或节点(例如路由器、交换机、桥接器等等)是一个以可通信的方式与网络上的其他设备(例如其他网络部件、终端站等等)相连并且包含了硬件和软件的联网设备。此类网络部件可以包括为多个联网功能(例如路由、桥接、交换、第二层聚合、会话边界控制、服务质量、和/或订户管理等等)提供支持以及为多个应用服务(例如数据、语音和视频)提供支持的“多服务网络部件”。订户终端站(例如服务器、工作站、膝上型计算机、上网本、掌上电脑、移动电话、智能电话、多媒体电话、借助网际协议的语音传输(VoIP)电话、用户设备、终端、便携式媒体播放器、GPS单元、游戏系统、机顶盒)可以借助适当的服务供应商接入网络来访问或消费在因特网之类的分组交换广域公共网络提供的内容/服务。订户终端站还可以访问或消费在叠加于因特网(例如通过因特网以隧道方式传输)的虚拟专用网(VPN)上提供的内容/服务。应该了解的是，无论具体实施方式如何，本专利公开的一个或多个实施例都可以包括具有多个网络节点(例如互连在拓扑结构安置中的交换机)的服务供应商网络，在该网络中可以安置可供多个订户数据流(有任何类型的上述订户终端站产生或者包含所述终端站)依照已知或以其他方式预先配置的服务需求经过且具有多个实例(即服务副本)的一个或多个服务。
本专利公开的一个或多个实施例可以使用软件、固件和/或硬件的不同组合来实施。由此，图中(例如流程图)显示的一个或多个技术可以使用在一个或多个电子设备(例如用户终端站、网络部件等等)上存储和运行的代码和数据来实施。此类电子设备可以使用计算机可读媒体(在内部和/或通过网络与其他电子设备)来存储和传递代码及数据，作为示例，该媒体可以是非暂时性计算机可读存储媒体(例如磁盘、光盘、随机存取存储器、只读存储器、闪存设备、相位变化存储器等等)，暂时性计算机可读传输媒体(例如电子、光学、声学或其他形式的传播信号——例如载波、红外信号、数字信号)等等。此外，此类电子设备通常可以包括与一个或多个其他组件相耦合的一个或多个处理器的集合，作为示例，该组件可以是一个或多个存储设备(例如非暂时性机器可读存储媒体)、用户输入/输出设备(例如键盘、触摸屏、指示设备和/或显示器)以及网络连接。该处理器组与其他组件通常是通过以任何已知或者迄今为止为止的架构安置的一个或多个总线和桥接器(也被称为总线控制器)耦合的。由此，指定电子设备的存储设备或组件可以被配置成存储代码和/或数据，以便在该电子设备的一个或多个处理器上运行，从而实施本公开的一个或多个技术。
特别地，参考图1A，在该图中描述的是例示的服务供应商网络100，该网络具有一个或多个入口节点106-1到106-M以及一个或多个出口节点108-1到108-K，其中本专利公开的一个或多个实施例可被实施，以便在该网络内部安置多实例服务。参考数字110-1到110-L指的是以某种拓扑结构配置耦合在一起的多个数据转发节点，用于实施将在入口节点106-1到106-M上接收的来自源域的输入数据分组流路由至将输出数据分组流发射至外部域的出口节点108-1到108-K的处理。应该了解的是，在网络100内部路由数据分组的处理可以在网络中的任意的两个节点之间使用任何已知类别的路由协议来实施，例如链路状态路由协议或距离矢量路由协议。参考数字112-1到112-I指的是将要在网络100内部安置的一个或多个联机服务，其中基于订户和/或运营商策略、服务链需求等等，输入订户数据流102-1到102-N可能需要按顺序经过这些服务。作为示例，此类服务可以包括深度分组监测(DPI)、病毒扫描(VS)、入侵检测防御(IDP)、防火墙(FW)过滤、网络地址转换(NAT)等等。更进一步，一个或多个这样的联机服务可以是在多个实例或副本中提供的，作为示例，这些实例或副本有可能是网络运营商为了负载均衡而部署的。
作为例证，例示的服务供应商网络100可被构造成是基于已知协议(例如OpenFlow(OF)协议、转发件与控制件分离(ForCES)协议等等)的软件定义网络，然而应该了解，这里描述的实施例也可以结合其他的网络架构来实施。例示的SDN结构通常包括网络部件的控制和数据平面的分离和去耦，由此可以在逻辑上集中网络智能和状态控制，并且可以从应用中抽象出底层网络基础结构。由此，基于SDN的服务网络的一个实施方式可以包括一个在网络中的一个或多个服务器上运行的网络级控制平台，并且该平台被配置成监督和控制多个数据转发节点或交换机。相应地，在网络级控制平台(就本专利申请的一些实施例来说，其可被称为“中心控制器”)与数据交换/转发节点之间可以提供标准化对接，由此促使实现高可扩展性、基于流的服务链、多租户和安全基础架构共享、虚拟重叠网络、有效的负载平衡等等。相比之下，传统的网络架构遵循的是一种整合设计，其中控制平面和数据转发平面紧密耦合在同一个网络部件中，而这通常会导致控制平面过度复杂以及网络管理复杂，并且还具有伴随的缺点和缺陷。
典型的SDN交换节点包括执行分组查找和转发的流表和安全信道，其中该信道将交换机连接到中心控制器，从而允许在其间使用开放和标准的协议来发送命令和分组。转发部件或交换机的主要任务是依照控制器编制的流表中的规则而将来自入口端口的分组转发到出口端口。该流表可以包括流条目集合、活动计数器、以及应用于匹配分组的一个或多个活动的集合。例如，流条目可以被配置成具有如下的一组活动：将分组转发到指定端口，修改分组报头中的某些比特，将分组封装至控制器，或者简单地丢弃分组。对于新的流中的第一个分组来说，交换机通常会将该分组转发到控制器，以便触发编制新的流条目的处理。该交换机还可用于将网际控制报文协议(ICMP)分组之类的所有慢路径分组转发到控制器，以便进行处理。应该了解的是，数据分组流的概念是可以以广义的方式定义的，例如被定义成传输控制协议(TCP)连接，来自特定介质访问控制(MAC)地址或网际协议(IP)地址的所有业务，具有相同虚拟LAN(VLAN)标签的所有分组，来自相同交换机端口的所有分组，或是具有一个或多个用户定义的标记以及包含了前述条件的所有组合的所有业务。
对于图1A所示的例示网络实施方式来说，参考数字115指的是通过使用由接口116、118例示的与剩余网络组件相关联的标准化接口结构来实施网络控制平面操作的网络级控制器。举例来说，作为限定数据平面交换机集合之间的互连和路由的处理的一部分，网络控制器115可通过操作而在流表中添加或移除流条目。该网络控制器115还会处理网络状态分布，例如收集来自交换机的信息以及向交换机分发路由指令。网络控制器115还可以被编程成支持任何新的寻址、路由和复杂的分组处理应用。相应地，该网络控制器115可被视为例示的服务供应商网络100的“大脑”，其中交换机可能需要连接到至少一个控制器功能，以便正常工作。
应该了解的是，图1A的例示网络100的入口和出口节点被置于网络100的周边，其中入口节点106-1到106-N可被配置成对输入业务流进行分组，以及基于服务链策略和其他服务需求(在这里被一起图示成服务需求数据库114)并通过使用控制器节点115运行的业务导引机制来将其导引至下一个服务。转到图1B，该图显示的是关于服务供应商网络安置150的有所简化且更加具体的演示，其中服务安置/指配机制可以依照一个实施例来实施。如所示，诸如VS 168。防火墙170、DPI 182、内容缓存190之类的服务会借助网络并通过使用一个或多个周边节点或交换机162、164、166、180以及一个或多个内部节点或交换机172。174、176、178而被提供给订户。依照上文中的描述，依照OpenFlow(OF)协议提供的逻辑上的集中控制器165可用于管理交换机和中间盒，例如服务。在服务导引架构中，服务路径可以是基于订户、特定应用和所需服务的顺序配置的，并且可以作为特定方向或单向服务来提供。也就是说，为上游和下游业务所指定的可以是不同的服务路径。在图1B中显示了两个不同的服务路径。用于一个订户的服务路径156(例如包含了来自无线基础结构154的移动网络业务)显示的是在通过周边交换机180离开之前经过了VS 168、DPI 182和内容缓存190并且经由边界网关192进入因特网194的上游业务。另一方面，用于另一个(或相同)订户的服务路径158(例如包含了来自订户家庭房屋152的固定网络业务)会绕过所有这些服务。
作为在网络周边上提供的OpenFlow节点，交换机162、164、166、180可被配置成对输入业务进行分类，以及响应于与相应的流156、158相关的适当服务链策略而在控制器165的控制器对其进行导引，其中除了需要经过一个或多个服务的策略之外，在这里还可以提供服务绕过策略。应该了解的是，此类服务绕过策略有益于节约网络中的资源。更进一步，本领域技术人员将会认识到，在图1B的实施例中，周边交换机162、164、166、180是与服务和/或其他网关节点相连的网络节点。另一方面，内部交换机172、174、176、178可被配置成仅仅使用第二层(L2)交换来转发业务，由此可以仅仅与其他交换机相连。相应地，在一个实施方式中，内部交换机172、174、176、178既可以是也可以不是受控制器165控制的OF交换机。无论内部交换机是不是符合OF的交换机，中心控制器165运行的导引机制都可以包括一个两步处理。第一步是对输入分组进行分类，并且基于预先定义的订户、应用和排序策略来将其指配到一个服务路径。第二步包括基于分组在为其指配的路径上的当前位置将其转发到下一个服务。这种两步业务导引处理在任何的两个边界路由器之间都只需要执行一次，而不用考虑与边界路由器相连的交换机的数量。与例示的业务导引实施方式以及单实例服务在SDN架构中的安置相关的附加细节可以在以下的一个或多个共同拥有的共同未决美国专利申请中找到：(i)2012年7月24日以Geoffrey Lefebvre、Erik Rubow和RaviManghirmalani的名义提交的名为“CHAINING OF INLINES SERVICES USING SOFTWAREDEFINED NETWORKING”的申请13/556,456(爱立信案卷号P37236-US2)；以及(ii)2913年1月28日以Ying Zhang和Neda Beheshti-Zavareh的名义提交的名为“METHOD AND APPARATUSFOR PLACING SERVICES IN A NETWORK”的申请13/751,826(爱立信案卷号P38903-US1)；其中该申请在上文中已被交叉引用，并且由此在这里引入以作为参考。
依照本专利申请的多实例服务安置方案的实施例，在关于上文描述的例示网络架构的一个实施方式中可以考虑以下的一个或多个方面或因素。首先，每个订户都需要指定该订户的业务流需要经过的服务的确切顺序或序列(也就是特定订户的服务需求)。举例来说，订户可以规定该订户的业务首先应该通过防火墙服务，然后则应该通过DPI服务。其次，服务供应商/运营商可以出于不同的业务管理原因而部署服务的多个实例，作为示例，该原因可以是负载平衡，带宽优化，延迟最小化等等。作为例证，联机服务网络可以具有三个防火墙服务实例以及两个DPI实例，并且在一些实施方式中，这些实例可以作为虚拟化的服务应用来提供。此外，一个订户的流可被指配到服务的不同实例或副本，以便进行负载平衡。另一方面，服务实例分配的设置可以动态地从默认指配方式改变。在一个配置中，默认的指配策略可以是将业务流路由到地理上最为接近的服务实例/副本，以便将延迟降至最低。
由此，本领域技术人员将会认识到，在依照这里陈述的教导的服务安置方案的实施例中，可用于每个服务的实例的数量尤其是一个重要的因素或输入。更进一步，如下文中详细描述的那样，在网络中首先会安置被估计或以其他方式确定为最短缺的资源(例如具有数量最少的实例，但是具有数量庞大的服务路径和/或会被大量的数据业务所经过)的服务，此后则迭代地安置附加的服务。
对于本专利申请来说，多实例服务安置机制可以作为一种与网络内部的服务安置相关联的优化机制来制订，其中在该机制中，适当的总体网络度量将被最小化、最大化或以其他方式来优化。例如，在所实施的多实例服务安置方案的实施例中，所有订户业务(即数据流)的总延迟或是所要经过的距离将被最小化。所述多实例服务安置方案的另一个实施例可以依照网络的配置方式来实施，其中订户数据流在网络中的总的跳变数量(即跳数)将被减至最少。在更进一步的实施例中，诸如总网络带宽消耗/分配之类的其他性能量度可被优化，以便安置多个服务实例。
为了形式化用于实施服务安置方案的不同处理、步骤、行为和部件，通过使用来自图论的某些构造，可以将例示的服务供应商网络抽象化，其中诸如网络业务/性能量度之类的预定目标功能将被最小化或以其他方式优化。为此目的，在这里使用了以下注释。对于例示网络、例如具有以上描述的业务导引机制的OF网络来说，该网络被表示为图形G＝(V，E)，其中节点集合V表示网络中的交换机，并且边缘集合E表示依赖于网络的指定连接或配置的交换机之间的成对链路或边缘。在一个事实方式中，图形G可以是具有加权边缘的无方向的对称图形，也就是说，如果(u，v)0E，那么(v，u)0E。每个边缘可以与一个延迟值du：v相关联。该延迟值可以仅仅是du：v＝dv：u＝1，这意味着该延迟可被近似为跳数。
联机服务集合被表示为S＝{s1，s2，…sh}，其中每个元素都是所要安置的一种类型的服务。每个订户的数据流自身都具有关于所要经过的联机服务序列的需求。例如，订户i的需求ri＝ingO，s1，s3，s5，s2，egrO，其中ingO和ergO是特定订户的业务的入口和出口位置。该需求集合是R＝{r1，r2，…rk}，其中总共有k个订户。此外，另一个{1xh}矢量或副本阵列存储了用于每个服务的多个副本或实例，N＝{n1，n2，…nh}，由此表明特定的服务si具有ni个实例。
对于服务安置来说，其目标是在所有的候选VN＝|V|中开放一个位置子集M(\M\＝\S\＝h)，以及安置这些服务，从而将所有用户的总延迟最小化。在给出了服务安置L的情况下，对于每个服务序列ri来说，经过ri中的所有服务的总延迟可被计算。该计算被表示成：
在这里，d(ri)L指的是依照解决方案L的服务链ri的延迟。元素a和b可以是任何入口点、出口点以及任何服务实例。它是所有连续入口/出口节点以及ri中的服务(a，b)之间的延迟的总和。每个联系服务对(sa，sb)的延迟是作为依照以下解的a与b之间的路径中的所有边缘(u，v)的总和计算的。
所述解可以归结为发现L是：
根据本专利公开的教导，通过检查每个单个服务与其他服务之间的依赖性以及所有的入口和出口节点，可以创建一个虚拟图形。此后，每次都可以使用一个局部优化启发法(例如贪婪算法)来迭代地安置这些服务，以便选择有助于将与所有被安置的服务相对的总体性能损失(在本范例中是延迟)最小化的位置。应该认识到的是，用于局部优化启发法的目标函数还可以包括其他网络度量，这些网络度量既可以被单独采用，也可以以与延迟量度任意组合的方式采用，以便实施服务安置。
对本传申请来说，服务依赖性可被确定成是关于被考虑的当前服务的位置如何依赖或者应该如何依赖于其他实体的位置的参量。在这里可以定义一个服务依赖性图形Go＝(Vo，Eo)，其中Vo包含了S中的所有服务，外加G中的所有边缘节点(即入口和出口节点)。Eo中的边缘(uo，vo)指的是存在从uo到v3/4的业务。此外，在这里可以为边缘定义或以其他方式指配一个加权因子或参数w(uo，vo)，由此指示具有需要从uo前进至vo(即边缘加权)的业务的订户或数据流的总数。应该认识到的是，由于存在着与数据业务流相关联的方向性，因此，图形go可以是一个定向图形。此外还可以为图形go中的每个节点定义或以其他方式关联另一个加权因子或参数，即w(v0)，其中该加权因子或参数可被确定成是节点出站边缘到未安置的服务的加权的总和(即节点加权)，或者可以作为所述总和来计算。
相应地，应该认识到的是，服务安置机制可被视为一种从虚拟服务图形Go映射到物理网络图形G的转换机制或图形嵌入机制。如上所述，为了大型图形中的计算效率着想，可以使用基于连续局部优化的贪婪算法来实施这种机制，并且所预期的是找到一种全局优化。然而，本领域技术人员将会认识到，虽然线性编程或动态编程之类的其他正规优化技术的计算量有可能极大，并且有可能耗费过多时间来进行收敛，并且在网络具有数以百计的节点以及包含了数量庞大的订户流的时候尤其如此，但是此类技术仍旧是可以使用的。
在一个实施例中，服务安置机制可以将虚拟服务图形Go中的所有入口和出口节点视为已安置的节点。每个服务都可被计算一个新的加权，其中该加权是作为一个基于服务依赖性的排序以及服务实例数量的排序的函数来计算的。首先，由于所有的服务都会相对于网络中的节点而被安置和指配，因此可以将所有服务全都视为UnPlaced集合的成员。在每一次迭代中，具有最大的新加权的未安置服务都会被选择，并且该服务的所有副本将被逐一安置。每一次，在图形G中的所有位置都会选择一个特定的安置解决方案，并且该安置解决方案具有介于已安置服务与考虑安置的特定服务的特定实例之间的最小总延迟。在安置了该服务之后，这时将会使用每个副本的剩余负载来更新服务副本阵列。在安置了特定服务的所有实例/副本之后，所有其他未安置服务的节点加权都会被更新，直至UnPlaced集合递减至零(也就是不再有需要安置的服务)。
对于前述的服务安置机制的实施例来说，其实施方式可以借助能被符合OF的中心处理器运行的计算机可读指令集合实例化和/或实施，其中作为示例，该中心控制器可以是如上所述的控制器165或是依照适当的网络架构提供的其他某种管理节点。在下表1中提供了与此类实施例相关的一个例示处理流程。
表1
通过参考本文，本领域技术人员将会认识到，前述的服务安置处理流程使用了四个多元/多维组件作为依照一个实施例的输入，即G、S、R和N，其中该实施例可以采用多种方式来实施，这其中包括但不局限于使用专用的硬件组件、基于采用了任何已知或迄今为止未知的编程语言的编程指令的软件/固件引擎等等。如上所述，服务依赖性图形Go是作为S与物理图形G的入口/出口节点的并集创建的。并且，作为初始化的一部分，所有的服务以及在存在实例的情况下包括其实例都被置于UnPlaced集合之中。一旦为每个连续服务配对创建了定向边缘，那么将会基于经过特定边缘的流的数量以及经过特定服务的流的数量来计算恰当的加权参数。前述的操作可以统称为初始化处理以及加权计算方框或环路。此后，每个服务都可被计算一个新的加权，其中所述加权是作为先前计算的加权参数的函数来计算的。在上文显示的例示处理流程中，新的加权是作为两个加权(即边缘加权和节点加权)排序的均值或平均值计算的。这些操作可被称为新加权计算方框或环路。第三组操作统称为安置操作方框或环路，并且涉及的是用于在每个阶段执行迭代的局部优化处理的UnPlaced集合，由此以选择具有最大的新加权值的服务为开始。
在一个实施例中，前述服务安置处理流程的输出可以作为图形G(表示服务网络的物理节点)与中间盒S(表示所要安置的多实例服务)之间的映射指配集合来实现。响应于该映射关系，服务网络的控制器/管理逻辑可被配置成安置、部署、连接到和/或以其他方式指配与网络节点相关的服务。此外，该映射关系输出还可以被提供给与服务网络关联的其他执行/管理节点。应该认识到的是，多个服务实例和多种类型的服务是可以相对于相同的网络节点而被安置和指配的。举例来说，在一些实施方式中，基于服务网络配置、服务链需求、每个服务可以具有的实例的数量等等，可以将DPI服务的至少一个实例和NAT服务的至少一个实例指配给入口/出口节点和/或内部节点。
参考图2和3，该图显示的是与依照参考数字200、300处概括性显示的服务安置和/或指配机制的一个实施例有可能发生的事件序列有关的流程图。在图2所示的方框202，定义或以其他方式获取服务供应商网络及其网络节点的拓扑结构安置。在方框204，定义、确定、初始化和/或以其他方式获取一个或多个服务以及在该服务存在多个实例的情况下的相应的多个实例。如方框206所述，与不同的订户数据流相关的一个或多个服务需求、服务链策略、运营商/应用策略等等将被确定、定义和/或其他方式获取。如前所述，每个订户数据流由此可以与将要在服务供应商网络的入口节点和出口节点之间经过的服务序列相关联。此外，如果订户数据流不需要经过任何服务(即“无服务”策略)，那么可以实施一组不严格的需求。应该了解的是，这些服务、链策略等等可以是从管理节点、例如认证、授权和计费(AAA)节点检索到的。在方框208，服务以及在其存在多个实例的情况下的多个实例将会以与一个或多个网络节点相关联地安置和/或指配在网络中，由此将总体网络量度最小化、最大化，或者采用其他方式来为所有订户流优化该量度。
转到图3，该图显示的是与方框208阐述的功能有关的附加步骤、功能、操作和/或方框的流程图。在方框302，创建或以其他方式限定一个服务依赖性图形，这其中包括基于服务以及服务供应商网络的入口/出口节点来限定节点或顶点。此外，在这里可以基于与流的数量、每个流的服务需求度等等相关联的参量来为服务依赖性图形的节点和边缘分别限定节点加权和边缘加权。对于每个服务来说，基于相关排序、业务总量、服务副本/实例数量等等的新的加权可被确定或以其他方式获取(方框304)。应该认识到的是，在某些例示实施方式中是没有必要包含节点加权和边缘加权的。同样，在其他某些实施方式中还可以定义或提供附加的参量加权，以便依照这里的教导来实施服务安置机制。在方框306，通过使用贪婪算法(例如在每个连续迭代阶段遵从用于做出局部优化选择的启发式问题求解处理的算法)，可以将服务指配给网络节点。虽然在每一次完成处理流程的时候未必会找到全局优化安置解决方案，但是这种启发式安置机制可以在合理的时间和有限的计算资源以内逼近一个“足够良好的”解决方案。为了实施这种机制，至少可以采用某种组合来提供以下组件。首先，定义可以从中创建安置解决方案的候选集合。在这里提供或以其他方式定义选择函数，其中该选择函数将会选择添加至该安置解决方案中的最佳候选者。此外还可以定义可行性函数，该函数可以用于确定候选者是否有助于该安置解决方案。另外，在这里还可以提供用于指示是否实现了完整的安置解决方案的求解函数。应该认识到的是，本公开的贪婪算法安置机制可以使用不同的“贪婪度”特性来实施，例如使用“纯贪婪度”，“正交贪婪度”或“不严格贪婪度”，以及用于引导贪婪度步骤的不同量度。更进一步，如先前所指，在某些网络实施方式中，例如在所包含的网络节点和/或订户流数量相对较少的情况下，用于执行服务安置的可以是更加正式的优化技术。一旦获取和/或以其他方式确定了安置解决方案，则可以将中间盒服务以及相应实例指配至网络节点，并且此类指配数据可被提供给与网络关联的一个或多个管理节点(方框308)。
图4描述的是作为一个例示的计算机系统实施的网络控制器节点400的框图，其中该节点可被配置成实施根据本专利公开的一个实施例的服务安置和/或指配机制。本领域技术人员将会认识到，该网络控制器节点400是对上文中描述的控制器115或165的例证。一个或多个处理器404可通过操作来控制多个子系统(用硬件、软件、固件和/或其他任何组合来实施)，其中所述子系统可以使用适当的总线结构来连接。发射/接收接口模块402可通过操作来与控制器节点400进行各种类型的网络连接，这其中包括但不局限于服务供应商网络内部的连接以及外部连接。一个或多个协议引擎406可以基于构造服务供应商网络的方式并通过操作来实施恰当的通信协议。易失存储装置418可以包括用于提供临时的数据或信息存储的随机存取存储器(RAM)。非易失存储装置409例证的是永久性存储装置，例如只读存储器(ROM)电路、可擦写可编程只读存储器(EPROM)电路、闪存电路以及外部存储卡等等，其中运营商、第三方厂商和/或订户可以借助无线装置(例如空中下载)或者通过因特网来存储、下载、上传、更新和/或重新配置恰当的订户信息以及相关联的服务链策略数据408。此外，永久性存储器408可被配置成包含程序指令，这些程序指令被合并成可以由一个或多个处理器404运行的一个或多个模块410，以便在服务供应商网络实施多实例服务的安置和/或指配处理。相对于在基于SDN的服务供应商网络中的符合OF的转发部件中实施符合OF的流表控制的处理来说，在这里可以提供一个流控制器414。作为网络控制器节点400的一部分，在这里还可以提供一个或多个应用416，以便实施特定于服务供应商的网络级功能。其他硬件412可以包括一个或多个用户输入/输出设备(例如显示屏、指示设备等等)、命令接口，总线控制器，存储器控制器，电源电路等等。
基于以上的详细描述，可以了解的是，本公开的实施例提供了一种用于在服务供应商网络内部安置或以其他方式指配多实例服务的新颖且非显而易见的方法。随着服务安置在虚拟化环境和/或基于云的平台中的日益普及，将服务实例移动到网络内部的更加优化或者在其他方面更加适当的位置的灵活性具有非常特别的意义。由于可以动态改变默认指配，因此，服务网络供应商可以在不影响可扩展性的情况下将更多的服务带到线上。这里阐述的一个或多个实施例可以在与各种业务导引机制相结合的任何类型的服务网络架构中实施，以便最小化、最大化或以其他方式优化众多的网络性能量度，例如总延迟、距离、跳数和/或带宽消耗或分配(例如通过减少无效的带宽使用量)。通过有选择地导引业务经过或远离(即绕过)特定服务，可以很有利地节约资本支出。更进一步，通过使用根据本公开的教导的迭代的局部优化方案，即使在具有大量节点、用户数据流或是同时具有这二者的高度复杂的网络环境中也可以可靠地获得收敛解。
在关于本公开的不同实施例的以上描述中，应该理解的是，这里使用的术语的用途仅仅是描述特定的实施例，而不是对本发明进行限制。除非另有限定，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有本发明所述领域的普通技术人员通常理解的含义。此外还应该理解，除非在这里明确定义，否则应该将术语、例如在常用字典中定义的术语解释成具有与其在相关领域上下文中的含义相一致的含义，并且不应该用理想化或过度正式的含义来对其进行解释。
在这里，至少一些实施例是参考计算机实施的方法、装置(系统和/或设备)和/或计算机程序产品的框图和/或流程图描述的。应该理解的是，框图和/或流程图中的方框以及框图和/或流程图中的方框的组合是可以由一个或多个计算机电路执行的计算机程序指令实施的。此类计算机程序指令可被提供给通用计算机电路的处理器电路、专用计算机电路和/或其他可编程处理电路，以便产生一种机器，由此，借助计算机和/或其他可编程数据处理装置的运行的指令会变换和控制晶体管、保存在存储位置上的值以及此类电路内部的其他硬件组件，以便实施在框图和/或流程图的一个或多个方框中指定的功能/操作，由此创建用于实施框图和/或一个或多个流程图中指定的功能/操作的装置(功能体)和/或结构。此外，计算机程序指令还可以保存在有形的计算机可读介质中，其中该介质可以指引计算机或其他可编程数据处理装置以特定的方式运作，由此，保存在计算机可读介质中的指令将会产生一种包含了用于实施在框图和/或流程图的一个或多个方框中指定的功能/操作的指令的制品。
如前所述，有形的非暂时性计算机可读介质可以包括电子、磁性、光学、电磁或办法欧体数据存储系统、装置或设备。关于计算机可读介质的更具体的示例将会包括以下各项：便携式计算机磁盘，随机存取存储器(RAM)电路，只读存储器(ROM)电路，可擦写可编程只读存储器(EPROM或闪存)电路，便携式紧凑型碟片只读存储器(CD-ROM)，以及便携式数字视频碟片只读存储器(DVD/蓝光)。计算机程序指令还可以被加载或以其他方式下载到计算机和/或其他可编程数据处理装置中，从而导致在该计算机和/或其他可编程装置上执行一系列的操作步骤而产生计算机实施的过程，由此，在计算机或其他可编程装置上运行的指令会提供用于实施在框图和/或流程图的一个或多个方框中执行的功能/操作的步骤。相应地，本发明的实施例可以在硬件和/或在诸如数字信号处理器之类的处理器上运行的软件(包括固件，驻留软件，微代码等等)中实现，其中所述硬件和/或软件可以统称为“电路”、“模块”或是其变体。
更进一步，在至少一些附加或替换实施方式中，在方框中描述的功能/操作可以不按照流程图显示的顺序执行。例如，连续显示的两个方框实际上是可以几乎同时运行的，或者这些方框有时可以按照相反的顺序运行，这一点取决于所涉及的功能/操作。此外，流程图和/或框图中的指定方框的功能可被分成多个方框，和/或流程图和/或框图中的两个或更多方框的功能可以至少部分整合。最后，在所示出的方框之间可以添加/插入其他方框，并且来自不同流程图的方框可被组合、重新排列和/或重新配置成采用了组合或子组合的形式的附加流程图。此外，虽然一些图示包含了位于通信路径上的箭头，以便显示基本的通信路径，然而应该理解，该通信也可以在与所描述的箭头相关的相反的方向上进行。
虽然在这里详细显示和描述了不同的实施例，但是权利要求并不局限于任何特定的实施例或示例。以上的详细描述不应被理解成暗指任何特定的组件、模块、部件、步骤、操作或功能是至关重要的，并且由此必须包含在权利要求的范围以内。除非明确说明，否则关于单数形式的部件的引用并不意味着“一个且仅有一个”。相反，其含义是“一个或多个”或者“至少一个”。作为参考，在这里显性地引入了与上述实施例中的部件相关且为本领域普通技术人员所知的所有结构和功能等价物，并且这些等价物全都应该为本权利要求所包含。相应地，本领域技术人员将会认识到，这里描述的例示实施例是可以在实施了处于后续附加权利要求的实质和范围以内的各种和修改的情况下实施的。

Claims (21)

1.一种用于在服务供应商网络(100)中安置服务的方法(200，300)，所述方法(200，300)包括：
限定(202)所述服务供应商网络(100)的拓扑结构；
限定(204)将要置于所述服务供应商网络(100)内部的一组服务(112)，其中至少一个服务在多个实例中提供；
确定(206)多个订户数据流的需求集合，每个需求是对于每个订户数据流所要经过的服务序列；以及
以与所述服务供应商网络(100)的一个或多个网络节点相关地来安置(208)包括至少一个具有多个实例的服务的服务(112)，从而对于所有的订户数据流优化与所述服务供应商网络(100)相关联的网络度量。
2.根据权利要求1所述的方法(200，300)，其中所要优化的网络度量包括带宽度量、总延迟、总距离以及所有订户数据流的总跳数中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的方法(200，300)，其中安置(208)服务还包括：
限定(302)每个服务的服务依赖性以及对服务依赖性进行排序；
基于服务依赖性排序和所要安置的服务实例数量中的至少一个来确定(304)每个服务的加权；以及
基于对网络度量的优化，在服务供应商网络(100)的一个或多个网络节点迭代地安置(306)包括其实例在内的每个服务，所述迭代安置是以在服务(112)的所有加权中具有最大加权值的服务为开始的。
4.根据权利要求3所述的方法(200，300)，其中网络度量是基于在服务(112)的每个迭代安置时确定的局部优化机制优化的。
5.根据权利要求1所述的方法(200，300)，还包括：
向与服务供应商网络相关联的管理节点提供(308)服务安置信息。
6.根据权利要求1所述的方法(200，300)，其中服务供应商网络(100)是作为软件定义网络配置的，所述网络由逻辑上的集中控制器节点(116)控制，并且服务安置信息被提供给所述逻辑上的集中控制器节点(116)。
7.根据权利要求6所述的方法(200，300)，其中逻辑上的集中控制器节点(116)包括OpenFlow控制器，所述控制器配置成使用OpenFlow协议来控制多个数据交换节点(110)的数据转发操作。
8.一种配置成与服务供应商网络(110，200)工作的网络控制器节点(400)，所述网络控制器节点(800)包括：
一个或多个处理器(404)；以及
与一个或多个处理器(404)耦合的永久性存储器(409)，其中所述永久性存储器(409)包括可供一个或多个处理器(404)执行的指令，并且所述指令被配置成：
限定(202)服务供应商网络(100)的拓扑结构；
限定(204)将要置于服务供应商网络(100)内部的一组服务(112)，其中至少一个服务是在多个实例中提供的；
确定(206)多个订户数据流的需求集合，每个需求是每个订户数据流所要经过的服务序列；以及
以与服务供应商网络(100)的一个或多个网络节点相关地来指配(208)包括至少一个具有多个实例的服务的服务(112)，从而对于所有的订户数据流优化与服务供应商网络(100)相关联的网络度量。
9.根据权利要求8所述的网络控制器节点(400)，其中所要优化的网络度量包括带宽度量、总延迟、总距离以及所有订户数据流的总跳数中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的网络控制器节点(400)，其中用于指配(208)服务的指令还包括：
用于限定(302)每个服务的服务依赖性以及对服务依赖性进行排序的指令；
用于基于服务依赖性排序和所要安置的服务实例数量中的至少一个来确定(304)每个服务的加权的指令；以及
基于对网络度量的优化，与服务供应商网络(100)中的一个或多个网络节点相关地迭代地指配(306)包括其实例在内的每个服务的指令，所述迭代指配是以在服务(112)的所有加权中具有最大加权值的服务为开始的。
11.根据权利要求10所述的网络控制器节点(400)，其中网络度量是基于在服务(112)的每个迭代指配确定的局部优化机制优化的。
12.根据权利要求8所述的网络控制器节点(400)，其中永久性存储器(409)还包括用于向与服务供应商网络(100)相关联的管理节点提供(308)服务指配信息的指令。
13.根据权利要求8所述的网络控制器节点(400)，其中服务供应商网络(100)是作为软件定义网络配置的，并且所述网络控制节点(400)可与OpenFlow协议一起操作用于控制多个数据交换节点(110)的数据转发操作。
14.一种非暂时性计算机可读介质，所述介质包含了保存在其上的指令，在由配置成作为服务供应商网络(100，200)中的网络控制器节点(400)工作的计算机系统运行的时候，所述指令执行以下操作：
限定(202)服务供应商网络(100)的拓扑结构；
限定(204)将要置于服务供应商网络(100)内部的一组服务，其中至少一个服务是在多个实例中提供的；
确定(206)多个订户数据流的需求集合，每个需求是每个订户数据流所要经过的服务序列；以及
以与服务供应商网络(100)的一个或多个网络节点相关地来指配(208)包括至少一个具有多个实例的服务的服务(112)，从而对于所有的订户数据流优化与服务供应商网络(100)相关联的网络度量。
15.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读介质，其中所要优化的网络度量包括带宽度量、总延迟、总距离以及所有订户数据流的总跳数中的至少一个。
16.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，其中用于指配(208)服务的指令还包括：
用于限定(302)每个服务的服务依赖性以及对服务依赖性进行排序的指令；
用于基于服务依赖性排序和所要安置的服务实例数量中的至少一个来确定(304)每个服务的加权的指令；以及
基于对网络度量的优化，在服务供应商网络(100)中的一个或多个网络节点迭代地指配(306)包括其实例在内的每个服务的指令，所述迭代指配是以在服务(112)的所有加权中具有最大加权值的服务为开始的。
17.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其中网络度量是基于在服务(112)的每个迭代指配时确定的局部优化机制优化的。
18.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读介质，还包括用于向与服务供应商网络(100)相关联的管理节点提供(308)服务指配信息的指令。
19.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读介质，其中服务供应商网络(100)是作为软件定义网络配置的，所述网络由集中控制器节点(400)控制，并且服务安置信息被提供给所述逻辑上的集中控制器节点(400)。
20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中网络控制器节点(400)是作为逻辑上的集中控制器(116)配置的。
21.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读介质，其中逻辑上的集中控制器节点(116)包括OpenFlow控制器，所述控制器被配置成使用OpenFlow协议来控制多个数据交换节点(110)的数据转发操作。
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