CN112583636B - 一种政务网络切片的构造方法、电子设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及网络通信技术领域，特别涉及一种政务网络切片的构造方法、电子设备及存储介质，从安全敏感性与QoS服务需求两个维度进行网络切片的构造。首先，划分出多个安全敏感网络切片，用于承载所有对应政务部门的安全敏感数据，并且采用FlexE接口技术来保证物理信道上的隔离。其次，针对具有特殊QoS需求的各类政务业务流量，将它们归类成若干不同QoS类型，分别为其构造满足该类QoS要求的网络切片。对于无特殊QoS需求的流量，直接采用最短路径转发，无需专门构建切片。

Description

一种政务网络切片的构造方法、电子设备和存储介质

技术领域

本申请实施例涉及网络通信技术领域，特别涉及一种政务网络切片的构造方法、电子设备和存储介质。

背景技术

随着数字政府集约化建设的推进，政务网络多网合一的趋势越来越明确。同一张物理网络需要为不同的厅局承载不同的业务数据，这对网络QoS保障提出了更高的要求。一方面，厅局的部分业务数据(例如，财税、审计等数据)对安全性要求很高，以往靠专用网络的物理隔离来保证其安全性。但是，在政务网络融合的背景下，如何保证此类安全敏感数据的安全传输成为一个难点。另一方面，政府部门业务类别繁多，不同业务对网络服务质量需求不同，在统一承载网络上保证各类业务的端到端传输性能成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种政务网络切片的构造方法、电子设备和存储介质，解决了政府部门业务类别繁多，不同业务对网络服务质量需求不同，亟需在统一承载网络上保证各类业务的端到端传输性能的问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明的实施方式提供了一种政务网络切片的构造方法，包括：

步骤S1、确定政务外网的业务流量的QoS类别；

步骤S2、确定链路的可用带宽资源矩阵和可用带宽资源对应的多个QoS性能状态矩阵；

步骤S3、收集融合政务网络上各政务部门的安全敏感流量矩阵和各QoS类别的业务流量矩阵；

步骤S4、基于多链路映射算法，优先为安全敏感流量构造网络切片信息，并依次为各QoS类别的业务流量构造网络切片信息；

步骤S5、SDN控制器将各网络切片信息通过下发流表的方式配置到SDN转发设备上；SDN转发设备根据业务流量的安全敏感属性及服务质量类型将网络切片信息转发到对应的网络切片上。

作为优选的，所述QoS类别包括QoS种类、QoS性能指标边界和所承载业务的服务质量类别映射表；

所述步骤S1具体包括：

确定安全不敏感但具有特殊服务质量要求的业务流量QoS类别集合记为TS＝{T₁,T₂,…,T_N}，为每个服务质量类别T_i，i∈[1,N]，指定一个QoS性能指标边界集，QoS性能指标边界集至少包括一个带宽属性BW_Ti以及时延DL_Ti、抖动JT_Ti、丢包率PD_Ti、链路利用率UR_Ti的零个或多个属性值。

作为优选的，所述政务外网的拓扑结构为G＝(V，E)，V为有所有接入节点和转发节点组成的节点集，E为节点之间的物理链路；所述步骤S2具体包括：SDN控制器收集物理链路状态信息，将所维护物理链路可用带宽资源矩阵记为B，B(c,d)表示物理链路<c,d>的可用剩余带宽资源大小；对应于网络的QoS性能指标，SDN控制器维护相应的多个QoS性能状态矩阵；所述QoS性能状态矩阵包括时延性能状态矩阵P_delay、丢包率性能状态矩阵P_drop和抖动性能状态矩阵P_jitter，其中，P_delay(c,d)表示物理链路<c,d>的时延状态值，P_drop(c,d)表示物理链路<c,d>的丢包率状态值，P_jitter(c,d)表示物理链路<c,d>的抖动状态值。

作为优选的，所述步骤S3具体包括：

在切片管理周期内SDN控制器针对有安全敏感业务需求的政务部门D＝{D₁,D₂,…,D_M}；

分别统计其敏感数据流量矩阵

上式中，元素

代表政务部门D_i在切片管理周期内从源节点u传输到目的节点v的安全敏感流量带宽需求量；

在切片管理周期内SDN控制器针对各个业务流量服务质量类别T_i，分别统计其流量矩阵：

上式中，元素

代表在切片管理周期内从源节点u传输到目的节点v的要求提供T_i级别服务质量的流量带宽需求量。

作为优选的，步骤S4中，所述优先为安全敏感流量构造网络切片信息，具体包括：

按照各部门的安全敏感流量的传输总量降序排序，依次为D_i计算安全敏感网络切片，切片计算过程使用如下的优化模型：

目标函数为：

其中FN(D_i)代表D_i部门的安全敏感传输流的个数；

表示在链路<c,d>上为第k个安全敏感传输流分配的带宽数量，记第k个传输流的源节点为SC_k，目的节点为DN_k；

约束条件为：

每次为一个政务部门D_i计算得出一个网络切片：

需要更新物理链路的可用带宽资源矩阵：

作为优选的，所述步骤S4中，并依次为各QoS类别的业务流量构造网络切片信息，具体包括：

按照服务质量类别T_i的总传输流量降序排序，依次为T_i计算网络切片

切片计算过程使用如下的优化模型：

目标函数：

其中FN(T_i)代表流量矩阵Q_Ti中存在的传输流个数；

表示在链路<c,d>上为第k个传输流分配的带宽数量，记第k个传输流的源节点为SC_k，目的节点为DN_k；

约束条件为：

结合服务质量类别T_i所关联的服务质量指标属性，添加相应的约束条件，例如为带宽属性、时延属性、丢包率属性等添加约束条件如下：

每次为一个QoS类别T_i计算得出一个网络切片：

更新物理链路的可用带宽资源矩阵。

作为优选的，所述步骤S5具体包括：

SDN控制器将计算得到的网络切片信息以下发流表的形式下发到SDN转发设备；

在下发安全敏感网络切片时，SDN转发设备在支持FlexE的接口上为对应的切片划分独立的子信道，SDN转发设备在收到所属部门发送的安全敏感数据时将流量安排到划分出来的独立子信道中传输；

对于安全不敏感但有特殊QoS要求的数据，将各QoS类别的网络切片信息以下发流表的方式下发至SDN转发设备，在设备端口队列上完成相关的设置，多个QoS类别的网络切片在逻辑上独立。

作为优选的，所述步骤S5中，在首次收到安全不敏感且无特殊QoS要求的流量时，SDN转发设备将其传递给SDN控制器，由其采用最短路径路由算法，为其选择一条路径，再在SDN转发设备中为其配置流表，按照尽力而为方式进行转发。

第二方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如本发明第一方面实施例所述政务网络切片的构造方法的步骤。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面实施例所述政务网络切片的构造方法的步骤。

本发明实施方式相对于现有技术而言，从安全敏感性与QoS服务需求两个维度进行网络切片的构造。首先，划分出一个用于传输安全敏感数据的网络切片，该切片用于承载所有政务部门的安全敏感数据，并且采用FlexE接口技术来保证物理信道上的隔离。其次，针对具有特殊QoS需求的各类政务业务流量，将它们归类成若干不同QoS类型，分别为其构造满足该类QoS要求的网络切片。对于无特殊QoS需求的流量，直接采用最短路径转发，无需专门构建切片。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明实施例的一种政务网络切片的构造方法流程图；

图2是根据本发明第二实施例的一种电子设备结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明的第一实施方式涉及本发明的实施方式提供了一种政务网络切片的构造方法，包括：

步骤S1、确定政务外网的业务流量的QoS类别；

具体的，在构造切片之前，由网络管理员通过调查等方法，确定政务外网上的典型业务流量服务质量类别，包括其种类、与之对应的网络QoS性能指标边界，以及所承载业务的服务质量类别映射表。

在本步骤中，确定安全不敏感但具有特殊服务质量要求的业务流量QoS类别集合记为TS＝{T₁,T₂,…,T_N}，为每个服务质量类别T_i，i∈[1,N]，指定一个QoS性能指标边界集，QoS性能指标边界集至少包括一个带宽属性BW_Ti以及时延DL_Ti、抖动JT_Ti、丢包率PD_Ti、链路利用率UR_Ti的零个或多个属性值。

步骤S2、确定链路的可用带宽资源矩阵和可用带宽资源对应的多个QoS性能状态矩阵；

具体的，在SDN控制域中，SDN转发设备定期将链路的QoS性能状态向SDN控制器汇报，由其维护域内物理链路可用带宽资源矩阵B，以及对应可用资源的多个QoS性能状态矩阵。

所述政务外网的拓扑结构为G＝(V，E)，V为有所有接入节点和转发节点组成的节点集，E为节点之间的物理链路；所述步骤S2具体包括：

SDN控制器收集物理链路状态信息，将所维护物理链路可用带宽资源矩阵记为B，B(c,d)表示物理链路<c,d>的可用剩余带宽资源大小；对应于网络QoS性能指标，SDN控制器还维护相应的多个QoS性能状态矩阵：例如，维护的时延性能状态矩阵记为P_delay，P_delay(c,d)表示物理链路<c,d>的时延状态值；维护的丢包率性能状态矩阵记为P_drop，P_drop(c,d)表示物理链路<c,d>的丢包率状态值；维护的抖动性能状态矩阵记为P_jitter，P_jitter(c,d)表示物理链路<c,d>的抖动状态值，等等。

步骤S3、收集融合政务网络上各政务部门的安全敏感流量矩阵和各QoS类别的业务流量矩阵；

具体的，在切片管理周期内SDN控制器针对有安全敏感业务需求的政务部门D＝{D₁,D₂,…,D_M}；

分别统计其敏感数据流量矩阵

上式中，元素

代表政务部门D_i在切片管理周期内从源节点u传输到目的节点v的安全敏感流量带宽需求量；

在切片管理周期内SDN控制器针对各个业务流量服务质量类别T_i，分别统计其流量矩阵：

上式中，元素

代表在切片管理周期内从源节点u传输到目的节点v的要求提供T_i级别服务质量的流量带宽需求量。

步骤S4、基于多链路映射算法，优先为安全敏感流量构造网络切片信息，并依次为各QoS类别的业务流量构造网络切片信息；

具体的，所述优先为安全敏感流量构造网络切片信息前，还包括

按照各部门的安全敏感流量的传输总量降序排序，依次为D_i计算安全敏感网络切片，切片计算过程使用如下的优化模型：

目标函数为：

其中FN(D_i)代表D_i部门的安全敏感传输流的个数；

表示在链路<c,d>上为第k个安全敏感传输流分配的带宽数量，记第k个传输流的源节点为SC_k，目的节点为DN_k；

约束条件为：

每次为一个政务部门D_i计算得出一个网络切片：

需要更新物理链路的可用带宽资源矩阵：

按照服务质量类别T_i的总传输流量降序排序，依次为T_i计算网络切片

切片计算过程使用如下的优化模型：

目标函数：

其中FN(T_i)代表流量矩阵Q_Ti中存在的传输流个数；

表示在链路<c,d>上为第k个传输流分配的带宽数量，记第k个传输流的源节点为SC_k，目的节点为DN_k。

约束条件为：

另外，结合服务质量类别T_i所关联的服务质量指标属性，添加相应的约束条件，例如为带宽属性、时延属性、丢包率属性等添加约束条件如下：

每次为一个QoS类别T_i计算得出一个网络切片：

更新物理链路的可用带宽资源矩阵：

步骤S5、根据业务流量的安全敏感属性和QoS类别将所述网络切片信息发送到对应的网络切片上。

SDN控制器将计算得到的网络切片信息以下发流表的形式下发到SDN转发设备。在下发安全敏感网络切片时，要求SDN转发设备在支持FlexE的接口上为对应的切片划分独立的子信道。SDN转发设备在收到所属部门发送的安全敏感数据时将流量安排到划分出来的独立子信道中传输，从而确保安全敏感数据的传输安全。各个部门的网络切片以物理信道分割的形式部署，构成了一个独立的安全敏感数据网络切片。

对于安全不敏感但有特殊QoS要求的数据，将各QoS类别的网络切片信息以下发流表的方式下发至SDN转发设备，在设备端口队列上完成相关的设置，多个QoS类别的网络切片在逻辑上独立，但是物理上无需独立分割。SDN转发设备在接受到业务流量后，根据其标识的服务质量类别将其转发至对应的接口队列上。

在首次收到安全不敏感且无特殊QoS要求的流量时，SDN转发设备将其传递给SDN控制器，由其采用最短路径路由算法，为其选择一条路径，再在SDN转发设备中为其配置流表，按照尽力而为方式进行转发。

本发明实施例将政务网络的业务数据分为三类：一是安全敏感数据，二是安全不敏感但具有特定QoS需求的数据，三是安全不敏感且无特殊QoS需求的数据(即尽力而为传输数据)。对于安全敏感数据，网络管理员通过IP地址、应用端口或者两者兼用的信息方式，在所属SDN控制器上加以配置，使之能够感知和识别相应网络流量的安全敏感属性。对于第二类数据具有特定QoS需求，但对安全性不敏感，主要通过流量报文的服务类型字段来区分其不同的网络QoS类型，每种类型有与之对应的SLA，包括相应的带宽、时延、抖动率、丢包率等性能参数。对于第三类安全不敏感且无特殊QoS需求的流量，在报文服务类型字段用BE类型标记，采用传统的尽力而为方式进行传输。

本发明实施例中，从安全敏感性与QoS服务需求两个维度进行网络切片的构造。首先，划分出用于传输安全敏感数据的网络切片，各切片用于承载所有政务部门的安全敏感数据，并且采用FlexE接口技术来保证物理信道上的隔离。其次，针对具有特殊QoS需求的各类政务业务流量，将它们归类成若干不同QoS类型，分别为其构造满足该类QoS要求的网络切片。对于无特殊QoS需求的流量，直接采用最短路径转发，无需专门构建切片。

进入下一个切片管理周期，跳转至步骤S2。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第二实施方式涉及一种电子设备，如图2所示，该终端包括处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行如上述各实施例所述政务网络切片的构造方法的步骤。

其中，存储器和处理器采用通信总线方式连接，通信总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，通信总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在通信总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。

处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

本发明第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现如上述各实施例所述政务网络切片的构造方法的步骤。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(R AM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种政务网络切片的构造方法，其特征在于，包括：

步骤S1、确定政务外网的业务流量的QoS类别；

步骤S2、确定链路的可用带宽资源矩阵和可用带宽资源对应的多个QoS性能状态矩阵；

步骤S3、收集融合政务网络上各政务部门的安全敏感流量矩阵和各QoS类别的业务流量矩阵；

步骤S4、基于多链路映射算法，优先为安全敏感流量构造网络切片信息，并依次为各QoS类别的业务流量构造网络切片信息；

步骤S5、SDN控制器将各网络切片信息通过下发流表的方式配置到SDN转发设备上；SDN转发设备根据业务流量的安全敏感属性及服务质量类型将网络切片信息转发到对应的网络切片上。

2.根据权利要求1所述的政务网络切片的构造方法，其特征在于，所述QoS类别包括QoS种类、QoS性能指标边界和所承载业务的服务质量类别映射表；

所述步骤S1具体包括：

确定安全不敏感但具有特殊服务质量要求的业务流量QoS类别集合记为TS＝{T₁,T₂,…,T_N}，其中，N为安全不敏感但具有特殊服务质量要求的业务流量QoS类别数；为每个服务质量类别T_i，i∈[1,N]，指定一个QoS性能指标边界集，QoS性能指标边界集至少包括一个带宽属性BW_Ti以及时延DL_Ti、抖动JT_Ti、丢包率PD_Ti、链路利用率UR_Ti的零个或多个属性值。

3.根据权利要求2所述的政务网络切片的构造方法，其特征在于，所述政务外网的拓扑结构为G＝(V，E)，V为有所有接入节点和转发节点组成的节点集，E为节点之间的物理链路；所述步骤S2具体包括：

SDN控制器收集物理链路状态信息，将所维护物理链路可用带宽资源矩阵记为B，<c,d>为节点c和节点d之间的物理链路，B(c,d)表示物理链路<c,d>的可用剩余带宽资源大小；对应于网络的QoS性能指标，SDN控制器维护相应的多个QoS性能状态矩阵；所述QoS性能状态矩阵包括时延性能状态矩阵P_delay、丢包率性能状态矩阵P_drop和抖动性能状态矩阵P_jitter，其中，P_delay(c,d)表示物理链路<c,d>的时延状态值，P_drop(c,d)表示物理链路<c,d>的丢包率状态值，P_jitter(c,d)表示物理链路<c,d>的抖动状态值。

4.根据权利要求3所述的政务网络切片的构造方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

在切片管理周期内SDN控制器针对有安全敏感业务需求的政务部门D＝{D₁,D₂,…,D_M}，其中，M为有安全敏感业务需求的政务部门的数量；

分别统计其安全敏感数据流量矩阵

上式中，元素

代表政务部门D_i在切片管理周期内从源节点u传输到目的节点v的安全敏感流量带宽需求量；

在切片管理周期内SDN控制器针对各个业务流量服务质量类别T_i，分别统计其流量矩阵：

上式中，元素

代表在切片管理周期内从源节点u传输到目的节点v的要求提供T_i类别服务质量的流量带宽需求量。

5.根据权利要求4所述的政务网络切片的构造方法，其特征在于，步骤S4中，所述优先为安全敏感流量构造网络切片信息，具体包括：

按照各部门的安全敏感流量的传输总量降序排序，依次为D_i计算安全敏感网络切片，切片计算过程使用如下的优化模型：

目标函数为：

其中FN(D_i)代表D_i部门的安全敏感传输流的个数；

表示在链路<c,d>上为第k个安全敏感传输流分配的带宽数量，记第k个传输流的源节点为SC_k，目的节点为DN_k；

约束条件为：

<a,c>为节点a和节点c之间的物理链路；t为源节点SC_k与目的节点DN_k间的节点，且<SC_k，t>∈E，<t，DN_k>∈E；每次为一个政务部门D_i计算得出一个网络切片：

需要更新物理链路的可用带宽资源矩阵：

6.根据权利要求5所述的政务网络切片的构造方法，其特征在于，所述步骤S4中，并依次为各QoS类别的业务流量构造网络切片信息，具体包括：

按照服务质量类别T_i的总传输流量降序排序，依次为T_i计算网络切片SL_Ti；切片计算过程使用如下的优化模型：

目标函数：

其中FN(T_i)代表流量矩阵Q_Ti中存在的传输流个数；

表示在链路<c,d>上为第k个传输流分配的带宽数量，记第k个传输流的源节点为SC_k，目的节点为DN_k；

约束条件为：

结合服务质量类别T_i所关联的服务质量指标属性，添加相应的约束条件，服务质量指标属性包括带宽属性、时延属性、丢包率属性，对应约束条件如下：

BW_Ti为服务质量类别T_i的带宽属性，DL_Ti为服务质量类别T_i的时延，PD_Ti为服务质量类别T_i的抖动；每次为一个QoS类别T_i计算得出一个网络切片：

更新物理链路的可用带宽资源矩阵。

7.根据权利要求6所述的政务网络切片的构造方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：

SDN控制器将计算得到的网络切片信息以下发流表的形式下发到SDN转发设备；

在下发安全敏感网络切片时，SDN转发设备在支持FlexE的接口上为对应的切片划分独立的子信道，SDN转发设备在收到所属部门发送的安全敏感数据时将流量安排到划分出来的独立子信道中传输；

对于安全不敏感但有特殊QoS要求的数据，将各QoS类别的网络切片信息以下发流表的方式下发至SDN转发设备，在设备端口队列上完成相关的设置，多个QoS类别的网络切片在逻辑上独立。

8.根据权利要求7所述的政务网络切片的构造方法，其特征在于，所述步骤S5中，在首次收到安全不敏感且无特殊QoS要求的流量时，SDN转发设备将其传递给SDN控制器，由其采用最短路径路由算法，为其选择一条路径，再在SDN转发设备中为其配置流表，按照尽力而为方式进行转发。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至8任一项所述政务网络切片的构造方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述政务网络切片的构造方法的步骤。

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