CN110011828B - 一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理系统及方法 - Google Patents

一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理系统，包括基础设施层以及应用层，还包括虚拟化资源管理层、通信与计算协同模型；虚拟化资源管理层分别与应用层、基础设施层相连接；通信与计算协同模型分别与基础设施层以及虚拟化资源管理层相连接；虚拟化资源管理层用于对计算资源和通信资源的虚拟化管理，虚拟化资源管理层还用于对虚拟化资源的流量控制、宽带分配、路由转发、负载均衡，虚拟化资源管理层还为应用层的各个业务划分虚拟通信网络并进行网络管控。本发明采用通信与计算协同方法同虚拟化资源管理相结合的方式提高通信系统网络通信效能，改善业务质量，引入反馈机制自主调整虚拟化资源动态改善业务质量。

Description

一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理系统及方法
技术领域
本发明涉及配电网通信技术领域，更具体地，涉及一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理系统及方法。
背景技术
随着智能配电网建设规模不断扩大，终端接入的数量越来越多，对配网通信系统要求也越来越高，目前配网通信系统的建设往往是针对单项配电业务的需求而开展，呈现“条块分割”、“烟囱林立”的现象，造成网络业务开通过程复杂，新业务接纳能力不足，同时，配电业务对于通信的可靠性、实时性、数据吞吐量和安全性等服务质量(QoS)存在差异化需求，现有网络缺乏资源弹性调度与分配等QoS保障手段，导致网络资源共享不足、综合效益不高等问题。难以保障配网通信网的高业务质量的需求。
业务质量QoS(Quality of Service)是一个抽象的概念，体现为最终用户对业务使用满意程度的服务性能的综合效果。对配电通信网而言，通常是指网络的传输性能，可量化分解为网络传输的延时、抖动、丢包、带宽等数据指标。随着配电通信网的复杂度不断提高，海量传感数据的接入，多种异构网络的并存，评估和考量配电网通信系统的效能和稳定性不能只停留在原来传统的单一通信能力上，原因在于此时系统中各节点(包括配电自动化主站、子站、前置机、终端、各业务系统的服务器、工作站)的计算能力同样也会影响整体的效率和性能，所以，兼顾考虑通信与计算能力协同工作的方法和模型显得至关重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理系统，包括基础设施层以及应用层，还包括虚拟化资源管理层、通信与计算协同模型；所述虚拟化资源管理层分别与所述应用层、基础设施层相连接；所述通信与计算协同模型分别与所述基础设施层以及虚拟化资源管理层相连接；所述基础设施层包括所有的物理设备资源，所述虚拟化资源管理层用于对计算资源和通信资源的虚拟化管理，所述虚拟化资源管理层还用于对虚拟化资源的流量控制、宽带分配、路由转发、负载均衡，所述虚拟化资源管理层还为所述应用层的各个业务划分虚拟通信网络并进行网络管控。
在本技术方案中，通信与计算协同模型可以测算出当系统出现瓶颈时，通信节点和计算节点之间的互影响度，根据互影响度调整通信资源和计算资源的分配以达到提高网络效能的目的。
优选地，所述虚拟化资源管理层包括虚拟化资源管理模块、虚拟化资源分配模块、虚拟化资源配置模块以及数据分析模块；所述数据分析模块用于接收通信节点与计算节点的互影响度并进行分析；所述数据分析模块与所述虚拟化资源管理模块电连接。
优选地，所述虚拟化资源配置模块用于解析虚拟资源配置文件和发送虚拟化资源配置请求，所述虚拟化资源配置模块用于将解析后的数据发送至虚拟化资源分配模块进行虚拟资源的创建申请和虚拟化资源分配的申请。
优选地，所述虚拟化资源管理模块内保存了所有虚拟化资源信息、所有已经构建了的虚拟通信网络信息、虚拟计算池信息和已经分配了的用于构建虚拟通信网络以及虚拟计算池的资源信息。
优选地，所述虚拟化资源分配模块用于接收虚拟化资源配置模块发送过来的解析后的配置内容。
优选地，所述配置内容包括网络拓扑结构、交换机端口信息、带宽需求以及计算任务。
本发明还提供一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理方法，包括以下步骤：
S1：构建通信与计算协同模型；
S2：通信与计算协同模型对计算节点和通信节点的互影响度进行测算；
S3：将测算结果输入系统数据分析模块中；
S4：依据测算结果虚拟化资源管理层进行虚拟化动态调整合理分配计算资源和通信资源，并形成反馈机制，逐步达到系统最优状态。
优选地，在所述步骤S2中，所述通信与计算协同模型可以预算出当系统出现瓶颈时，通信节点和计算节点之间的互影响度，根据互影响度调整通信资源和计算资源的分配以达到提高网络效能的目的。
优选地，通信节点和计算节点互影响是一个具有动态条件的过程，节点能力、繁忙程度都是决定条件，还有系统中出现的任务依赖度、任务频率是一个随机变量，从概率的角度可以认为其是一个符合正态分布的变量。所述互影响度的计算方法可表示为：I＝f(o,p,a)*g(r)；
其中，互影响度I＝(icp,icm)，icp为计算系统的性能瓶颈，测量计算结果为出现瓶颈的计算节点的平均CPU负载率，icm为通信系统的性能瓶颈，测量计算方式为带宽占用率与超限数据包比率的乘积；
o为瓶颈原因点的瓶颈度，如果是计算节点，等于节点CPU占用率，如果是通信节点，等于通信节点的带宽占用率和超限数据包比率的乘积；
p＝(pcp,pcm)为出现互影响现象的计算节点和通信节点的繁忙程度初始状态，等于瓶颈原因出现时计算节点CPU占用率的均值和通信节点带宽占用率与超限数据包比率的乘积；
a＝(acp1,acp2,…,acpm,acm1,acm2,…,acmn)为互影响现象涉及范围内的各节点的能力，计算节点为CPU频率与核数乘积的自然对数，通信节点为可处理无超限数据的最大数量比节点带宽；
r＝(ri,rh)为随机出现的后续有依赖的计算任务的特点，ri为计算任务的数据依赖度，rh为计算任务的频度；
f，g分别为静态互影响度和随机任务影响度的两个函数；静态互影响度由瓶颈原因点的瓶颈度、瓶颈相关点的繁忙程度和瓶颈影响中的各节点的能力决定，随机任务影响度由随机计算任务的特点决定。
优选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
A：虚拟化资源配置模块解析虚拟资源配置文件；
B：虚拟化资源配置模块将解析后的数据发送给虚拟化资源分配模块进行虚拟资源的创建申请和虚拟资源分配的申请；
C：虚拟化资源分配模块接收由虚拟化资源配置模块发送过来的解析后的配置内容，包括网络拓扑结构、交换机端口信息、带宽需求、计算任务；
D：虚拟化资源配置模块根据虚拟化资源管理模块中保存的虚拟化资源的信息来判断配置文件中申请的拓扑结构、宽带请求和计算任务条件是否能满足；
E：如果条件满足，则根据申请条件创建网络拓扑分配链路带宽；否则返回不满足条件的资源类型；
F：将分配的虚拟化资源信息反馈给虚拟化资源管理模块，虚拟化资源管理模块更新数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用通信与计算协同方法同虚拟化资源管理相结合的方式提高通信系统网络通信效能，改善业务质量，引入反馈机制自主调整虚拟化资源动态改善业务质量；充分共享了网络资源以及提高了综合效益，保障配网通信网的高业务质量的需求。
附图说明
图1为本发明中配电通信网资源虚拟化体系架构；
图2为本发明虚拟化资源调度模型；
图3为基于虚拟化的配电通信网业务质量管理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
如图1、图3所示，一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理系统，包括基础设施层以及应用层，还包括虚拟化资源管理层、通信与计算协同模型；虚拟化资源管理层分别与所述应用层、基础设施层相连接；通信与计算协同模型分别与基础设施层以及虚拟化资源管理层相连接；基础设施层包括所有的物理设备资源，虚拟化资源管理层用于对计算资源和通信资源的虚拟化管理，虚拟化资源管理层还用于对虚拟化资源的流量控制、宽带分配、路由转发、负载均衡，虚拟化资源管理层还为所述应用层的各个业务划分虚拟通信网络并进行网络管控。
其中，虚拟化资源管理层包括虚拟化资源管理模块、虚拟化资源分配模块、虚拟化资源配置模块以及数据分析模块；数据分析模块用于接收通信节点与计算节点的互影响度并进行分析；所述数据分析模块与所述虚拟化资源管理模块电连接。
另外，虚拟化资源配置模块用于解析虚拟资源配置文件和发送虚拟化资源配置请求，虚拟化资源配置模块用于将解析后的数据发送至虚拟化资源分配模块进行虚拟资源的创建申请和虚拟化资源分配的申请。
其中，虚拟化资源管理模块内保存了所有虚拟化资源信息、所有已经构建了的虚拟通信网络信息、虚拟计算池信息和已经分配了的用于构建虚拟通信网络以及虚拟计算池的资源信息。
另外，虚拟化资源分配模块用于接收虚拟化资源配置模块发送过来的解析后的配置内容。
其中，配置内容包括网络拓扑结构、交换机端口信息、带宽需求以及计算任务。
本发明还提供一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理方法，包括以下步骤：
S1：构建通信与计算协同模型；
S2：通信与计算协同模型对计算节点和通信节点的互影响度进行测算；
S3：将测算结果输入系统数据分析模块中；
S4：依据测算结果虚拟化资源管理层进行虚拟化动态调整合理分配计算资源和通信资源，并形成反馈机制，逐步达到系统最优状态。
其中，在步骤S1中，通信与计算协同模型可以预算出当系统出现瓶颈时，通信节点和计算节点之间的互影响度，根据互影响度调整通信资源和计算资源的分配以达到提高网络效能的目的。
另外，通信节点和计算节点互影响是一个具有动态条件的过程，节点能力、繁忙程度都是决定条件，还有系统中出现的任务依赖度、任务频率是一个随机变量，从概率的角度可以认为其是一个符合正态分布的变量。互影响度的计算方法可表示为：I＝f(o,p,a)*g(r)；
其中，互影响度I＝(icp,icm)，icp为计算系统的性能瓶颈，测量计算结果为出现瓶颈的计算节点的平均CPU负载率，icm为通信系统的性能瓶颈，测量计算方式为带宽占用率与超限数据包比率的乘积；
o为瓶颈原因点的瓶颈度，如果是计算节点，等于节点CPU占用率，如果是通信节点，等于通信节点的带宽占用率和超限数据包比率的乘积；
p＝(pcp,pcm)为出现互影响现象的计算节点和通信节点的繁忙程度初始状态，等于瓶颈原因出现时计算节点CPU占用率的均值和通信节点带宽占用率与超限数据包比率的乘积；
a＝(acp1,acp2,…,acpm,acm1,acm2,…,acmn)为互影响现象涉及范围内的各节点的能力，计算节点为CPU频率与核数乘积的自然对数，通信节点为可处理无超限数据的最大数量比节点带宽；
r＝(ri,rh)为随机出现的后续有依赖的计算任务的特点，ri为计算任务的数据依赖度，rh为计算任务的频度；
f，g分别为静态互影响度和随机任务影响度的两个函数；静态互影响度由瓶颈原因点的瓶颈度、瓶颈相关点的繁忙程度和瓶颈影响中的各节点的能力决定，随机任务影响度由随机计算任务的特点决定。
如图2所示，步骤S4具体包括以下步骤：
A：虚拟化资源配置模块解析虚拟资源配置文件；
B：虚拟化资源配置模块将解析后的数据发送给虚拟化资源分配模块进行虚拟资源的创建申请和虚拟资源分配的申请；
C：虚拟化资源分配模块接收由虚拟化资源配置模块发送过来的解析后的配置内容，包括网络拓扑结构、交换机端口信息、带宽需求、计算任务；
D：虚拟化资源配置模块根据虚拟化资源管理模块中保存的虚拟化资源的信息来判断配置文件中申请的拓扑结构、宽带请求和计算任务条件是否能满足；
E：如果条件满足，则根据申请条件创建网络拓扑分配链路带宽；否则返回不满足条件的资源类型；
F：将分配的虚拟化资源信息反馈给虚拟化资源管理模块，虚拟化资源管理模块更新数据。
在本实施例中，互影响度测算结果以百分比表示，根据百分比可将系统业务质量分为5级，代表不同的业务质量分值，每个20％区段表示一级，0％～20％表示业务质量最优，80％～100％表示业务质量最差。
测试示例：以下两个表为测试示例，表1为互影响度测试结果示例，根据计算节点和通信节点的瓶颈度、繁忙度等输入参数，得到相应节点互影响度的数据。表2为协同规划测试结果示例，在得到互影响度结果之后，进行虚拟资源合理分配，得到规划后的互影响度，业务质量从最差转为最优。
表1互影响度测试结果示例
瓶颈度 繁忙度 互影响度
计算节点o<sub>cp</sub>90％ 15％18％ i<sub>cp</sub>＝93.3％i<sub>cm</sub>＝99.1％
通信节点o<sub>cm</sub>83.5％ 18％14％ i<sub>cp</sub>＝87.7％i<sub>cm</sub>＝99％
表2协同规划测试结果示例
Figure GDA0002988698380000071
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建通信与计算协同模型；
S2：通信与计算协同模型对计算节点和通信节点的互影响度进行测算；
S3：将测算结果输入系统数据分析模块中；
S4：依据测算结果虚拟化资源管理层进行虚拟化动态调整合理分配计算资源和通信资源，并形成反馈机制，逐步达到系统最优状态；
在所述步骤S2中，所述通信与计算协同模型可以预算出当系统出现瓶颈时，通信节点和计算节点之间的互影响度，根据互影响度调整通信资源和计算资源的分配以达到提高网络效能的目的；
所述互影响度的计算方法可表示为：I＝f(o，p，a)*g(r)；
其中，互影响度I＝(icp，icm)，icp为计算系统的性能瓶颈，测量计算结果为出现瓶颈的计算节点的平均CPU负载率，icm为通信系统的性能瓶颈，测量计算方式为带宽占用率与超限数据包比率的乘积；
o为瓶颈原因点的瓶颈度，如果是计算节点，等于节点CPU占用率，如果是通信节点，等于通信节点的带宽占用率和超限数据包比率的乘积；
p＝(pcp，pcm)为出现互影响现象的计算节点和通信节点的繁忙程度初始状态，等于瓶颈原因出现时计算节点CPU占用率的均值和通信节点带宽占用率与超限数据包比率的乘积；
a＝(acp1，acp2，…，acpm，acm1，acm2，…，acmn)为互影响现象涉及范围内的各节点的能力，计算节点为CPU频率与核数乘积的自然对数，通信节点为可处理无超限数据的最大数量比节点带宽；
r＝(ri，rh)为随机出现的后续有依赖的计算任务的特点，ri为计算任务的数据依赖度，rh为计算任务的频度；
f，g分别为静态互影响度和随机任务影响度的两个函数；静态互影响度由瓶颈原因点的瓶颈度、瓶颈相关点的繁忙程度和瓶颈影响中的各节点的能力决定，随机任务影响度由随机计算任务的特点决定。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟化的配网通信网业务质量管理方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
A：虚拟化资源配置模块解析虚拟资源配置文件；
B：虚拟化资源配置模块将解析后的数据发送给虚拟化资源分配模块进行虚拟资源的创建申请和虚拟资源分配的申请；
C：虚拟化资源分配模块接收由虚拟化资源配置模块发送过来的解析后的配置内容，包括网络拓扑结构、交换机端口信息、带宽需求、计算任务；
D：虚拟化资源配置模块根据虚拟化资源管理模块中保存的虚拟化资源的信息来判断配置文件中申请的拓扑结构、宽带请求和计算任务条件是否能满足；
E：如果条件满足，则根据申请条件创建网络拓扑分配链路带宽；否则返回不满足条件的资源类型；
F：将分配的虚拟化资源信息反馈给虚拟化资源管理模块，虚拟化资源管理模块更新数据；
其中，所述虚拟化资源管理层包括虚拟化资源配置模块、虚拟化资源分配模块以及虚拟化资源管理模块。
3.一种应用权利要求1或2所述的基于虚拟化的配网通信网业务质量管理方法的管理系统，包括基础设施层以及应用层，其特征在于：还包括虚拟化资源管理层、通信与计算协同模型；所述虚拟化资源管理层分别与所述应用层、基础设施层相连接；所述通信与计算协同模型分别与所述基础设施层以及虚拟化资源管理层相连接；所述基础设施层包括所有的物理设备资源，所述虚拟化资源管理层用于对计算资源和通信资源的虚拟化管理，所述虚拟化资源管理层还用于对虚拟化资源的流量控制、宽带分配、路由转发、负载均衡，所述虚拟化资源管理层还为所述应用层的各个业务划分虚拟通信网络并进行网络管控。
4.根据权利要求3所述的管理系统，其特征在于：所述虚拟化资源管理层包括虚拟化资源管理模块、虚拟化资源分配模块、虚拟化资源配置模块以及数据分析模块；所述数据分析模块用于接收通信节点与计算节点的互影响度并进行分析；所述数据分析模块与所述虚拟化资源管理模块电连接。
5.根据权利要求4所述的管理系统，其特征在于：所述虚拟化资源配置模块用于解析虚拟资源配置文件和发送虚拟化资源配置请求，所述虚拟化资源配置模块用于将解析后的数据发送至虚拟化资源分配模块进行虚拟资源的创建申请和虚拟化资源分配的申请。
6.根据权利要求4所述的管理系统，其特征在于：所述虚拟化资源管理模块内保存了所有虚拟化资源信息、所有已经构建了的虚拟通信网络信息、虚拟计算池信息和已经分配了的用于构建虚拟通信网络以及虚拟计算池的资源信息。
7.根据权利要求4所述的管理系统，其特征在于：所述虚拟化资源分配模块用于接收虚拟化资源配置模块发送过来的解析后的配置内容。
8.根据权利要求7所述的管理系统，其特征在于：所述配置内容包括网络拓扑结构、交换机端口信息、带宽需求以及计算任务。
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