CN114189458B - 一种基于SDN的云网融合QoS服务保障系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于SDN的云网融合QoS服务保障系统及方法,涉及业务支撑技术领域,包括:数据传输层监控物理队列中指定服务质量的业务流量;判断业务流量是否达到阈值,若达到阈值,则触发控制转发层机制;控制转发层利用SDN控制器对指定服务质量的业务流量设置带宽和指定传输路径;判断业务流量是否达到指定服务质量,若未达到,则继续触发业务部署层机制;业务部署层对控制转发层中的虚拟云资源进行编排,SDN控制器进行路由规划,实现服务质量保障。本发明通过SDN控制器至下而上打通传输层,控制层,业务层之间的服务质量保障,利用这种跨层的QoS机制可以充分的发挥云网融合环境下的云资源和网资源协同合作的优势。
Description
技术领域
本发明涉及数据存储及查询技术领域,尤其是涉及一种基于SDN的云网融合QoS服务保障系统及方法。
背景技术
云网融合作为数字经济转型发展的重要基础,新一代信息基础设施构建已经成为我国社会可持续高质量发展的核心要素,传统意义上的网络架构存在着以下的问题:对资源调度和配置的灵活性不足,对新应用的开通部署慢,对网络运营维护要求高等。随着云网融合、面向服务的思想和实现架构的快速演进,传统的服务保障机制已经不能满足现在的需求,一种依赖于云网融合和SDN(软件定义网络)技术的QoS(服务质量)服务保障机制可以为传统的QoS服务保障机制提供一个新的解决方案。
当今的分布式多媒体应用不仅包含文本数据信息,还包含语音,图像,视频,等这些类型的多媒体信息,分布式多媒体应用不仅对网络有很高的带宽要求,而且要求信息传输低时延和低抖动等,同时这些应用大都可以容忍一定程度的信息丢失和错误。由此可见,高速网络中的新兴媒体应用对新一代网络提出了不同于数据应用的服务质量要求,需要提供更为有效的QoS控制和保证。当前用户对网络QoS的要求,包括网络传输数据流时要求的带宽,延迟,延迟抖动,丢失率,吞吐量等性能标准。
当前网络中的服务质量有以下的三类从下至上的机制。
1)利用网络转发设备上的队列优先级来实现服务质量。根据用户的QoS优先级需求可以分成n个优先级队列,当业务分组到达输入端口时,系统根据优先级划分原则将其送入相应的优先级队列进行缓存,利用调度算法实现在n个优先级队列中选择符合算法要求的业务分组进行输出。
2)利用流量工程和SDN控制器来进行网络资源调度和管理来实现服务质量。利用基于SDN开展流量工程的优势在于:在流量的测量方面,可以灵活地部署可扩展的全局测量任务,实时地收集网络状态信息,对流量进行准确的集中式监控和统计分析;在流量的管理方面,可以综合考虑网络状态和网络应用需求,以流为单位进行动态、灵活、细粒度的流量调度,实现网络中流量的负载均衡;在网络的资源利用和维护方面,支持对包括带宽、存储等资源的动态分配,实现有效而合理的资源利用基于集中的网络状态反馈,可以透明地进行故障的应对和处理。
3)在业务层通过云资源的动态部署以及节点的扩展来实现服务质量。在云网融合的环境中云资源一般有容器和虚拟机两种计算资源,云资源的动态部署可以基于不同的云平台环境对不同的云资源进行编排,在需要业务部署的环节进行云资源的编排和动态拓展。
但是,这种业务的服务质量在各层之间分而治之,当任意一层不能满足业务服务质量要求时,网络传输数据流时要求的带宽、延迟、延迟抖动、丢失率、吞吐量等性能标准便不能被满足,也即不能满足用户对网络的QoS要求。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种基于SDN的云网融合QoS服务保障系统及方法,利用云网融合的技术优势,打破不同层级之间服务质量的壁垒,通过SDN控制器自下而上打通传输层、控制层和业务层之间的服务质量保障,使三层机制整合,进而满足用户对网络的QoS要求。
为实现上述目的,本发明公开了一种基于SDN的云网融合QoS服务保障系统,包括:业务部署层、控制转发层和数据传输层,所述控制转发层设置有SDN控制器,所述业务部署层设有资源编排器;
所述业务部署层,用于:
向所述SDN控制器下发QoS需求;
通过所述资源编排器向所述控制转发层的虚拟云资源编排业务;
所述控制转发层,用于:
所述SDN控制器根据所述QoS需求进行路由规划;
通过SDN控制器为业务流量设置带宽和指定传输路径;
所述数据传输层,用于:
通过队列机制进行流量的传输和控制。
作为本发明的进一步改进,所述业务部署层和控制转发层通过所述SDN控制器的北向接口连接;
所述SDN控制器通过所述北向接口驱动所述业务部署层的SDN应用调用,所述业务部署层通过北向接口向所述控制转发层的虚拟云资源编排业务。
作为本发明的进一步改进,所述控制转发层和所述数据传输层通过所述SDN控制器的南向接口连接,通过所述南向接口为数据传输层中的业务流量设置带宽和指定传输路径。
作为本发明的进一步改进,所述控制转发层为业务流量设置带宽和指定传输路径;过程包括:
采用QoS映射机制将控制转发层的逻辑队列与数据传输层的虚拟队列相映射;
所述控制转发层根据所述虚拟队列配置所需的调度和优先级;
所述数据传输层根据所述优先级为所述逻辑队列配置带宽和传输路径。
作为本发明的进一步改进,所述QoS映射机制包括:
将所述数据传输层的源端流量通过分类器进行分类,得到多个转发类;
将多个所述转发类映射到队列,包括所述SDN控制器中的逻辑队列和所述数据传输层的物理队列,所述逻辑队列和所述物理队列相关联。
本发明还提供了一种基于SDN的云网融合QoS服务保障方法,包括:
数据传输层监控物理队列中指定服务质量的业务流量;
判断业务流量是否达到阈值,若达到阈值,则触发控制转发层机制;
控制转发层利用SDN控制器对指定服务质量的业务流量设置带宽和指定传输路径;
判断业务流量是否达到指定服务质量,若未达到,则继续触发业务部署层机制;
所述业务部署层对所述控制转发层中的虚拟云资源进行编排,SDN控制器进行路由规划,实现服务质量保障。
作为本发明的进一步改进,若所述业务流量未达到阈值,则继续按照数据传输层的物理队列进行传输。
作为本发明的进一步改进,所述利用SDN控制器对指定服务质量的业务流量设置带宽和指定传输路径,包括:
所述控制转发层通过QoS队列映射机制将逻辑队列映射到数据传输层的物理队列;
所述SDN控制器根据控制转发层的所述逻辑队列对指定服务质量的业务流量配置带宽和指定传输路径。
作为本发明的进一步改进,所述业务部署层对所述控制转发层中的虚拟云资源进行编排,包括:
在所述业务部署层引入资源编排器;
所述业务部署层向所述控制转发层中的所述SDN控制器下发业务部署层的QoS需求;
所述SDN控制器根据所述QoS需求进行路由规划;
所述业务部署层向虚拟云资源编排业务。
作为本发明的进一步改进,所述虚拟云资源包括虚拟机和容器。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供了跨层的QoS机制在底层无法保障业务的QoS需求的时候触发上层机制,这种触发机制可以保障层与层之间的隔离性,同时可以统一协调云资源和网资源,来保障用户的QoS需求。
本发明利用虚拟队列和物理队列之间的映射机制,可以在数据传输层仅依靠物理队列无法达到用户的QoS需求的时候,借助SDN控制器为业务指定带宽和转发路径。同时利用虚拟队列来拓展控制转发层的业务,为控制转发层的资源调度提供新的方式。
本发明利用SDN控制器和资源编排器协同编排云虚拟资源,能够实现在网络控制器无法满足业务部署层的QoS需求的时候,通过在流量瓶颈处利用资源编排器部署云虚拟资源来补偿用户的QoS需求,充分的发挥云网融合环境下的云虚拟资源和网资源协同合作的优势。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的基于SDN的云网融合QoS服务保障系统示意图;
图2为本发明一种实施例公开的基于SDN的云网融合QoS服务保障方法流程图;
图3为本发明一种实施例公开的基于SDN的云网融合QoS机制展示图;
图4为本发明一种实施例公开的业务部署层和控制转发层之间的QoS资源编排示意图;
图5为本发明一种实施例公开的采用QoS队列映射机制得到的虚拟队列和物理队列示意图;
图6为本发明一种实施例公开的基于SDN的云网融合QoS服务保障方法详细流程图。
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,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述:
如图1所示,本发明提供的一种基于SDN的云网融合QoS服务保障方法,包括:业务部署层、控制转发层和数据传输层,控制转发层设置有SDN控制器,业务部署层设有资源编排器,业务部署层和控制转发层通过SDN控制器的北向接口连接;控制转发层和数据传输层通过SDN控制器的南向接口连接;
业务部署层,用于:
向SDN控制器下发QoS需求,如图4所示;
SDN控制器通过北向接口驱动业务部署层的SDN应用调用;
业务部署层的资源编排器通过北向接口向控制转发层的虚拟云资源编排业务。
其中,
SDN北向接口可进行网络抽象和网络虚拟化。网络抽象可提供物理网络视图,虚拟网络叠加视图,指定域抽象视图,基本连接视图和QoS相关连接视图,网络虚拟化可提供隧道流量处理和叠加网络启/停,此外北向接口还可以实现基础的网络功能,同时向编排系统提供网络管理功能;
SDN的南向接口可以使得控制转发层和数据传输层之间解耦合,南向接口在逻辑上要保证控制层和数据层之间的正常通信,在物理上要支持不同的南向接口标准。
进一步的,
SDN控制器内部分成三大部分:配置节点,控制节点和分析节点。
配置节点使用数据库保存网络的期望状态,能够将代表期望状态的上层模型转化成适合进行网元配置下发的下层模型。控制节点实现了一种逻辑上集中的控制平面,保存了网络的临时状态,通过控制节点之间虚拟/物理网元的交互来保证网络状态最终的一致性。
控制节点通过IF-MAP协议从配置节点接收配置,通过XMPP协议与下层的vRouteragent之间交换路由,使用BGP协议与网关设备交换路由,使用IBGP协议与其他的控制节点保持路由同步。
分析节点能够采集,存储,协调,分析来自各个网元的数据,提供北向的API供其他的系统获取分析数据。SDN控制器的三种节点之间的互相配合可以很好的为QoS资源编排服务。
SDN控制器使用Neutron组件来和控制编排器openStack进行交互,使用kube-network-manager组件和kubernetes进行交互。vRouter属于转发层面,运行在hypervisor层,包含两部分:位与用户空间的agent,负责与控制平面进行交互,以及一个作为Linux内核模块的转发引擎。在系统中,vRouter负责编织overlay网络,各个vRouter之间通过动态隧道建立连接,它为每个运行于其上的虚拟网络维护一个转发表,包括IP地址,Mac地址等信息。
控制转发层,用于:
SDN控制器根据QoS需求进行路由规划;
利用SDN控制器经南向接口为数据传输层中的业务流量设置带宽和指定传输路径;
其中,
采用QoS映射机制将控制转发层的逻辑队列与数据传输层的虚拟队列相映射;
控制转发层根据虚拟队列配置所需的调度和优先级;
数据传输层根据优先级为逻辑队列配置带宽和传输路径。
进一步的,
数据传输层,用于:
通过队列机制进行流量的传输和控制。
如图3所示,QoS映射机制包括:
将数据传输层的源端流量通过分类器进行分类,通常有两种分类器:多字段分类器(multifield classifier)和行为聚合分类器(behavior aggregate classifier),流量会经过分类器进行过滤,并且在匹配时会被分配一个转发类,最后得到多个转发类;
将多个转发类映射到队列,包括SDN控制器中的逻辑队列和数据传输层的物理队列,逻辑队列是抽象对象,物理队列是网络接口中实际的硬件对象(有些物理网卡支持8个物理队列,而有些网卡可以支持16个物理队列),逻辑队列和物理队列相关联。
如图2和6所示,本发明还提供了一种基于SDN的云网融合QoS服务保障方法,包括:
S1、数据传输层监控物理队列中指定服务质量的业务流量;
S2、判断业务流量是否达到阈值,若达到阈值,则触发控制转发层机制(即触发上层机制);
其中,
若业务流量未达到阈值,则继续按照数据传输层的物理队列进行传输。
S3、控制转发层利用SDN控制器对指定服务质量的业务流量设置带宽和指定传输路径;
其中,
如图5所示,控制转发层通过QoS队列映射机制将逻辑队列映射到数据传输层的物理队列;
SDN控制器根据控制转发层的逻辑队列对指定服务质量的业务流量配置带宽和指定传输路径。
S4、判断业务流量是否达到指定服务质量(即是否保证服务),若未达到,则继续触发业务部署层机制(即触发上层机制);
S5、业务部署层对控制转发层中的虚拟云资源进行编排(即动态部署),SDN控制器进行路由规划,实现服务质量保障。
其中,
在业务部署层引入资源编排器;
业务部署层向控制转发层中的SDN控制器下发业务部署层的QoS需求;
SDN控制器根据QoS需求进行路由规划;
业务部署层向虚拟云资源编排业务;
虚拟云资源包括虚拟机和容器。
实施例:
步骤1、用户首先监控物理转发队列,
步骤1、指定服务质量级别的业务流量总和导致物理转发资源到达指定的物理资源的阈值,触发上层机制;
步骤3、控制转发层-数据传输层进行QoS映射,利用控制层到转发层之间的虚拟队列和物理队列的映射,充分发挥SDN控制器的路由规划和控制转发功能,为特定业务提供指定带宽和转发路径。
步骤4、控制转发层利用SDN控制器和流量工程实现QoS;
步骤5、流量入口和出口瓶颈,服务质量无法依靠控制转发层实现,触发更上层机制。
步骤6、业务层引入资源编排器,针对用户的QoS业务,用户向SDN控制器下发QoS需求,并通过资源编排器编排业务来实现。资源编排器通过对两种虚拟资源:虚拟机和容器的编排,在业务瓶颈处动态部署服务节点和网络资源,完美的解决单靠SDN控制器无法满足的用户QoS要求。在通过SDN控制器和资源编排器的协同合作,并利用SDN控制器打通业务层到转发层之间的QoS,实现在云网融合环境下的QoS。
本发明的优点:
(1)提供了跨层的QoS机制在底层无法保障业务的QoS需求的时候触发上层机制,这种触发机制可以保障层与层之间的隔离性,同时可以统一协调云资源和网资源,来保障用户的QoS需求。
(2)利用虚拟队列和物理队列之间的映射机制,可以在数据传输层仅依靠物理队列无法达到用户的QoS需求的时候,借助SDN控制器为业务指定带宽和转发路径。同时利用虚拟队列来拓展控制转发层的业务,为控制转发层的资源调度提供新的方式。
(3)利用SDN控制器和资源编排器协同编排云虚拟资源,能够实现在网络控制器无法满足业务部署层的QoS需求的时候,通过在流量瓶颈处利用资源编排器部署云虚拟资源来补偿用户的QoS需求,充分的发挥云网融合环境下的云虚拟资源和网资源协同合作的优势。。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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 (8)
1.一种基于SDN的云网融合QoS服务保障系统,其特征在于,包括:业务部署层、控制转发层和数据传输层,所述控制转发层设置有SDN控制器,所述业务部署层设有资源编排器;
所述业务部署层,用于:
向所述SDN控制器下发QoS需求;
通过所述资源编排器向所述控制转发层的虚拟云资源编排业务;
所述控制转发层,用于:
所述SDN控制器根据所述QoS需求进行路由规划;
通过SDN控制器为业务流量设置带宽和指定传输路径,过程包括:
采用QoS映射机制将控制转发层的逻辑队列与数据传输层的虚拟队列相映射;所述控制转发层根据所述虚拟队列配置所需的调度和优先级;所述数据传输层根据所述优先级为所述逻辑队列配置带宽和传输路径;所述QoS映射机制包括:将所述数据传输层的源端流量通过分类器进行分类,得到多个转发类;将多个所述转发类映射到队列,包括所述SDN控制器中的逻辑队列和所述数据传输层的物理队列,所述逻辑队列和所述物理队列相关联;
所述数据传输层,用于:
通过队列机制进行流量的传输和控制。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述业务部署层和控制转发层通过所述SDN控制器的北向接口连接;
所述SDN控制器通过所述北向接口驱动所述业务部署层的SDN应用调用,所述业务部署层通过北向接口向所述控制转发层的虚拟云资源编排业务。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述控制转发层和所述数据传输层通过所述SDN控制器的南向接口连接,通过所述南向接口为数据传输层中的业务流量设置带宽和指定传输路径。
4.一种基于权利要求1~3任一项所述的QoS服务保障系统的方法,其特征在于,包括:
数据传输层监控物理队列中指定服务质量的业务流量;
判断业务流量是否达到阈值,若达到阈值,则触发控制转发层机制;
控制转发层利用SDN控制器对指定服务质量的业务流量设置带宽和指定传输路径;
判断业务流量是否达到指定服务质量,若未达到,则继续触发业务部署层机制;
所述业务部署层对所述控制转发层中的虚拟云资源进行编排,SDN控制器进行路由规划,实现服务质量保障。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:若所述业务流量未达到阈值,则继续按照数据传输层的物理队列进行传输。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述利用SDN控制器对指定服务质量的业务流量设置带宽和指定传输路径,包括:
所述控制转发层通过QoS队列映射机制将逻辑队列映射到数据传输层的物理队列;
所述SDN控制器根据控制转发层的所述逻辑队列对指定服务质量的业务流量配置带宽和指定传输路径。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述业务部署层对所述控制转发层中的虚拟云资源进行编排,包括:
在所述业务部署层引入资源编排器;
所述业务部署层向所述控制转发层中的所述SDN控制器下发业务部署层的QoS需求;
所述SDN控制器根据所述QoS需求进行路由规划;
所述业务部署层向虚拟云资源编排业务。
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述虚拟云资源包括虚拟机和容器。
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CN114189458A (zh) | 2022-03-15 |
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