CN108512759A - 一种基于软件定义网络的内容智能分发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于软件定义网络的内容智能分发系统与方法，对基础设施层异构资源进行虚拟化，实现多维资源的一体化管理；分析每个用户请求数据，提取与请求内容、QoS要求相关的信息；根据请求内容在网内存储情况，查找满足请求内容要求的响应节点；根据用户请求QoS要求以及请求响应节点信息，选择最优的响应节点与路由路径来构建虚网；虚网资源回收；智能分析请求内容流行度特征，调整该内容在网内的缓存状态。该系统充分借鉴ICN与大数据等未来网络思想，在SDN中引入网内缓存、内容识别与智能分发等技术，能够实现对计算、存储、网络这三维资源的一体化管控，双向感知上层业务需求与底层资源使用情况，通过深度分析，实现网络内容的智能分发。

Description

一种基于软件定义网络的内容智能分发方法
技术领域
本发明属于网络通信领域，尤其涉及一种基于软件定义网络的内容智能分发方法。
背景技术
对于互联网来说，网络的层次结构是其取得巨大成功的关键。然而随着网络规模的不断扩大，封闭的网络设备内置了过多的复杂协议，增加了运营商定制优化网络的难度，科研人员无法在真实环境中规模部署新协议，更无法满足当前云计算、大数据和服务器虚拟化等应用趋势。具体来说，在传统路由器或交换机设计中，快速的报文转发(数据面)和高层的路由决定(控制面)是集成在一起的。在近几十年的网络技术发展过程中，这种紧耦合大型主机式的发展严重制约了IP网络创新技术的出现，导致现有互联网更多的是通过不断增长的私有网络地址分配数量对当前网络进行修修补补，造成了交换机与路由器设备控制功能的高度复杂。这也使得网络研究人员想要在真实网络中基于真实生产流量进行大规模网络实验几乎是不可能的，因为网络设备是封闭的，没有提供开放的API，无法对网络设备进行自动化配置和对网络流量进行实时操控。因此，原有的网络架构已经难以满足未来发展需要，在这种背景下，软件定义网络(Software-Defined Networking，SDN)作为一种最新网络架构，对网络设备控制面、转发面和应用层功能进行重新定义抽象，使得网络设备软件可编程，有望改变上述局面。
SDN能够实现转发平面与控制平面的分离，使得传统的路由器或交换机设备可以通过通用硬件设备(如服务器)来实现，同时把设备控制功能抽取出来并运行在控制器中。这样既简化了设备的复杂度，也提高了网络控制的有效性，更为网络用户提供了开放的接口。但是，随着网络的异构性不断增强，、网络流量的爆炸式增长、以及网络业务需求的不断扩大，SDN难以支持网络内容的智能分发。这时因为SDN虽然通过流表机制，实现IP包的高效路由与转发，但是无法识别IP包传输的内容，进而无法实现内容的多播传输。此外，SDN也缺乏网内缓存能力，难以缩短用户请求响应的时间，进而降低了用户体验。因此，本发明在充分借鉴信息网络中心网络(Information-Centric Networking，ICN)与大数据等未来网络思想，在SDN中引入网内缓存、内容识别与智能分发等技术，提出一种基于软件定义网络的内容智能分发系统与方法。
相比现在SDN下的内容分发机制，本发明能够实现对计算、存储、网络等多维资源的一体化管控，双向感知上层业务需求与底层资源使用情况，通过深度分析，实现网络内容的智能分发，进而有效解决现有SDN内容分发机制存在的弊端。
发明内容
针对当前SDN内容分发系统存在的问题，本发明提出一种基于软件定义网络的内容智能分发方法。该发明充分借鉴ICN与大数据等未来网络思想，在SDN中引入网内缓存、内容识别与智能分发等技术，能够实现对计算、存储、网络这三维资源的一体化管控，双向感知上层业务需求与底层资源使用情况，通过深度分析，实现网络内容的智能分发。
本发明提出的一种基于软件定义网络的内容智能分发系统与方法(如图1所示)，主要包括以下各步骤：
(1)对基础设施层异构资源进行虚拟化，实现多维资源的一体化管理；
(2)分析每个用户的请求数据，提取与请求内容、QoS要求相关的信息；
(3)根据请求内容在网内存储情况，查找满足请求内容要求的响应节点；
(4)根据用户请求QoS要求以及请求响应节点信息，选择最优的响应节点与路由路径来构建虚网；
(5)虚网资源回收；
(6)智能分析请求内容流行度特征，调整该内容在网内的缓存状态。
与现有SDN内容分发系统相比，本发明提出了一种基于软件定义网络的内容智能分发方法。该系统充分借鉴ICN与大数据等未来网络思想，在SDN中引入网内缓存、内容识别与智能分发等技术，能够实现对计算、存储、网络这三维资源的一体化管控，双向感知上层业务需求与底层资源使用情况，通过深度分析，实现网络内容的智能分发。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于软件定义网络的内容智能分发方法组成示意图；
图2为本发明提出的一种基于软件定义网络的内容智能分发方法的一个实施案例的示意框图；
图3为本发明提出的一种基于软件定义网络的内容智能分发流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例(如图2所示)仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面将参考附图并结合实例来详细说明本发明创造，如图3所示，本发明提供一种基于软件定义网络的内容智能分发方法流程图，包括以下步骤：
(1)对基础设施层异构资源进行虚拟化，实现多维资源的一体化管理
基于软件定义网络的内容智能分发系统基于OpenStack云平台搭建而成，充分利用了OpenStack云平台的可扩展性，集成了SDN协议，实现对以计算资源、存储资源、网络资源等为代表的异构资源进行虚拟化处理，形成不同资源的资源池，同时也实现了系统对底层资源的高效管理。
(2)分析每个用户的请求数据，提取与请求内容、QoS要求相关的信息
基于步骤(1)中的基础设施层，控制器对路由到移动通信网络接入侧的每个用户请求，使用深度包检测(Deep Packet Inspection，DPI)技术分析请求数据包的相关字段，提取出与用户所请求的内容(如内容名称、请求次数、请求位置、请求时间等)、用户QoS(如时延、内容质量等)相关的信息，并将这些信息存储在设计的数据库中。
(3)根据请求内容在网内存储情况，查找满足请求内容要求的响应节点
基于步骤(2)中提取的内容名称信息，控制器查询网络节点内容存储状态，形成缓存该请求内容的服务节点列表信息，重点包括内容名称与属性、节点位置等信息。
(4)根据用户请求QoS要求以及请求响应节点信息，选择最优的响应节点与路由路径来构建虚网
基于步骤(1)中资源的使用情况、步骤(2)中用户QoS要求、步骤(3)中服务节点列表信息，通过大数据平台深度分析，选择最合适的响应节点与路由路径，构建该业务运行的虚拟网络，满足其QoS要求。
(5)虚网资源回收
完成步骤(4)中的内容请求后，及时回收该用户内容请求所分配的虚网资源，将节省的资源进行再次分配，提高云资源利用率。
(6)智能分析请求内容流行度特征，调整该内容在网内的缓存状态
基于步骤(2)中统计的网络用户请求内容名称、内容次数、请问位置、请求时间等信息，分析当前网络某种内容的流行度特征，调整内容在网内缓存状态。例如，当某种内容变为热门内容，网络应该适当增加该内容缓存的数量，同时在该内容尽可能地部署到该内容请求较多的位置附近。
综上，利用本发明可以有效提高网络资源利用率与网络内容分发效率，充分满足网络用户的服务需求。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (3)

1.一种基于软件定义网络的内容智能分发方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对基础设施层异构资源进行虚拟化，实现多维资源的一体化管理
步骤2、分析每个用户请求数据，提取与请求内容、QoS要求相关的信息，具体为：
基于步骤(1)中的基础设施层，控制器对路由到移动通信网络接入侧的每个用户请求，使用深度包检测(Deep Packet Inspection，DPI)技术分析请求数据包的相关字段，提取出与用户所请求的内容，并将这些信息存储在设计的数据库中；
步骤3、根据请求内容在网内存储情况，查找满足请求内容要求的响应节点；
步骤4、根据用户请求QoS要求以及请求响应节点信息，选择最优的响应节点与路由路径来构建虚网；
步骤5、虚网资源回收
完成步骤(4)中的内容请求后，及时回收该用户内容请求所分配的虚网资源，将节省的资源进行再次分配；
步骤6、分析请求内容流行度特征，调整该内容在网内的缓存状态
具体为：基于步骤(2)中统计的网络用户请求内容名称、内容次数、请问位置、请求时间等信息，分析当前网络某种内容的流行度特征，调整内容在网内缓存状态。例如，当某种内容变为热门内容，网络应该适当增加该内容缓存的数量，同时在该内容尽可能地部署到该内容请求较多的位置附近。
2.如权利要求1所述的基于软件定义网络的内容智能分发方法，其特征在于，步骤3具体为：基于步骤(2)中提取的内容名称信息，控制器查询网络节点内容存储状态，形成缓存该请求内容的服务节点列表信息，其包括内容名称与属性、节点位置信息。
3.如权利要求1所述的基于软件定义网络的内容智能分发方法，其特征在于，步骤4具体为：基于步骤(1)中资源的使用情况、步骤(2)中用户QoS要求、步骤(3)中服务节点列表信息，通过大数据平台深度分析，选择最合适的响应节点与路由路径，构建该业务运行的虚拟网络，满足其QoS要求。
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