CN114401199B - 一种层次化的网络能力模型管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层次化的网络能力模型管理方法，该模型包括：网络集成能力和网络原子能力，所述网络集成能力包括：尽力而为转发能力、服务路由能力、灵活寻址能力、确定性能力和内生安全能力；所述网络原子能力包括：通信主体、网络功能、网络资源和网络安全；所述网络集成能力分解为网络原子能力，网络原子能力按需组合封装，满足用户侧业务的多样化需求；所述网络能力模型依据不同的业务需求属性，查找并选择合适的网络能力，支持业务实现。本发明可以实现高效便利的网络管理和控制，动态地支撑业务发展需求。抽象和分解网络各层功能，形成网络集成能力和网络原子能力两层，分别对应大规模、专业化业务需求和单一化、精细化业务需求。

Description

一种层次化的网络能力模型管理方法

技术领域

本发明属于计算机网络通信领域，具体而言，本发明涉及一种计算机网络中层次化的网络能力建模方法。

背景技术

从上世纪 80 年代互联网络大规模兴起后，网络技术快速发展，邮件、社交网络、视频直播、在线购物等应用逐渐丰富，改变着社会形态与人们的生活方式。随着网络规模的不断扩张以及经济、政治、教育、医疗等专业领域的发展，新型的业务场景开始涌现。新业务场景可以分为消费类业务场景和生产类业务场景。消费类业务场景目标是为用户提供极致的服务体验，满足人类社会智慧化需求，包括AR/VR（augmented reality/virtualreality，增强现实／虚拟现实）、远程医疗、智慧家庭、全息通信等。生产类业务场景是传统产业与网络基础设施融合的产物，目标是促进生产力的大力发展，包括车联网、工业互联网、智能电网等。大量人、手机、传感器、医疗设备、家具家电，甚至数据、计算作为通信主体接入网络进行通信。业务超高通量传输需要超大带宽的支持。4K 视频的传输需要 12Gbps的带宽，大规模科学实验数据传输对带宽的需求已达到 100Gbps 级。抖动是与时延密切相关的业务需求，降低时延，保证有界抖动有助于提供高准确性及可靠性服务。远程医疗、车联网、工业互联网等业务有明确的端到端时延、抖动的需求，远程手术要求网络传输的基础时延控制在200ms 以内。车联网自动驾驶要求端到端时延需求小于 5ms。工业互联网的控制业务要求 us 级时延抖动。精细化控制类业务，比如工业控制、智能电网继电保护等，对丢包率敏感，关键指令的丢失将导致严重后果，要求将丢包率控制在10^-3以下。业务的多样化、专业化和智能化对网络提出了新的需求，未来网络发展面临巨大的挑战。

同时，随着网络技术的发展，网络能力也在不断的优化与创新。扩展网络标识类型，支持数目巨大且类型各异的通信主体连接；针对不同的业务对网络传输质量的不同需求，提供定制化、可预测的传输，保证服务质量的确定性和差异化。例如为提升远程医疗的安全可靠性，保证确定性的时延和传输抖动。网络为全息通信提供高通量传输，打造超感官的视觉体验。支持泛在移动性，满足业务超动态变化的需求。网络的发展融入了连接、存储和计算等资源，随着技术的成熟，类型逐渐丰富，容量扩大，体积轻便，部署灵活，能够完全覆盖不同场景下业务实现对于资源的调度需求。面对着业务类型复杂化导致的大量安全漏洞，网络实现了从IP网络“补丁式”的安全方案保障过渡到新型内生安全机制设计，使得网络具备内在自免疫可进化的安全能力，提供高可靠性和隐私性服务。

网络能力的丰富为支持未来复杂业务发展拓展了新思路，传统IP网络“重终端、尽力而为”，获取一个IP，接入网络，在端侧的传输层和应用层进行极致优化满足业务需求。伴随着业务要求专业化、网络能力多样化和终端能力两级化的发展趋势，单一的IP结合带宽的网络能力形式将为终端带来沉重的负担，无法胜任复杂的优化和管理等工作，网络应该秉承“网络为主体，能力内生”的理念，主动向终端提供内生能力，灵活适配复杂业务的需求。为了提升业务支持的效率，需要对多样化网络能力展开全方位、细粒度的详细定义，制定统一的分类与评价体系，明确网络能力满足业务需求的范畴，通过实时感知获取网络能力状态，从而实现高效全局化能力管理和控制，灵活编排网络能力，优化网络整体利用率的同时不断提升用户体验。

发明内容

本发明的目的在于，针对业务需求的特性，设计一种层次化网络能力模型，实现高效便利的网络管理和控制，动态地支撑业务发展需求。抽象和分解网络各层功能，形成网络集成能力和网络原子能力两层，分别对应大规模、专业化业务需求和单一化、精细化业务需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种层次化的网络能力模型管理方法，该模型包括：网络集成能力和网络原子能力，所述网络集成能力包括：尽力而为转发能力、服务路由能力、灵活寻址能力、确定性能力和内生安全能力；所述网络原子能力包括：通信主体、网络功能、网络资源和网络安全；所述网络集成能力分解为网络原子能力，网络原子能力按需组合封装，满足用户侧业务的多样化需求。

本发明可以实现高效便利的网络管理和控制，动态地支撑业务发展需求。抽象和分解网络各层功能，形成网络集成能力和网络原子能力两层，分别对应大规模、专业化业务需求和单一化、精细化业务需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种层次化的网络能力模型管理方法结构示意图；

图2为图1所示模型中网络原子能力的层次逻辑结构示意图。

具体实施方式

下面将参照以上说明更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然本实施例显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1为本发明实施例提供的一种层次化的网络能力模型管理方法结构示意图。如图1所示，网络能力模型，包括网络集成能力和网络原子能力两层。网络的基础设施承载所有网络能力。网络集成能力分解为网络原子能力，网络原子能力按需组合封装，满足用户侧业务的多样化需求，包括业务的功能性需求和性能性需求。

随着网络技术的发展，在传统IP网络的尽力而为转发能力的基础上，先后出现了源路由能力、灵活寻址能力、服务路由能力、确定性能力、内生安全能力等复合型网络能力，这些能力属于网络集成能力，每一项网络集成能力都可以拆解为若干网络原子能力。网络集成能力随业务需求的精细化、复杂化和智能化而产生，为大规模的、专业化的行业性业务需求提供支撑。新型的网络集成能力会分解为新的网络原子能力，网络原子能力通过技术发展和软硬件的升级得以不断优化和增强，从而进一步带来网络集成能力的发展，扩大支持业务需求的范畴，提升用户的服务体验。网络能力的丰富与增强整体上处于螺旋式上升的趋势。例如物联网的普及要求将差异化终端统一接入到网络中，激发网络的灵活寻址集合能力。灵活寻址能力导致网络原子能力的集合中增加了变长地址寻址能力，以及基于身份、IoT标签、经纬度等多维主体寻址能力。当天地一体化这样的新场景出现时，可以调用基于经纬度寻址的能力，满足卫星网络寻址需求。典型的网络集成能力包括:

（1）尽力而为转发能力。

传统的IP网络提供单一的网络集成能力，即尽力而为转发能力，此能力可以完成基本的数据转发。随着网络技术的发展，补丁式地在IP网络技术中增加了QoS队列控制、操作维护管理（OAM）、拥塞控制等方面的能力。

（2）服务路由能力。

服务路由能力打破传统IP网络基于拓扑寻址的方式，直接以服务标识或类型作为寻址依据，跳过域名解析的过程，极大地缩短了服务获取时延。网络增加了支持以应用/服务为主体的通信方式。

（3）灵活寻址能力。

灵活寻址能力及大地扩充了网络地址空间，实现长地址和短地址的互联，设备直接依据任意长度地址进行路由查找，省略了协议转换或者地址映射的过程，能够支撑网络万物互联、万网互联的发展需求。网络增加了变长地址寻址，以及支持多样化通信主体的能力。

（4）确定性能力

确定性能力在IP转发机制的基础上保证确定性时延及有界的抖动，保证智慧医疗、工业互联网等敏感型业务的准确性及可靠性。网络增加了大规模确定性网络的能力。

（5）内生安全能力

随着网络业务需求多样化，环境复杂化，IP网络补丁式的安全策略无法解决地址伪造、隐私泄露、非法攻击、拒绝服务供给等安全问题，内生安全能力在不同安全域中的网络元素及协议中内嵌关键安全技术，提供网络基础设施及端到端传输的可信、可靠及隐私性。

网络原子能力是完成网络任务的基本能力单位，是将网络各层功能细粒度化分解获得的，面向单一的、精细化需求。通过合理组合网络原子能力能够实现网络集成功能扩展，满足复杂的业务需求，灵活实现定制化服务。将网络原子能力归纳为通信主体、网络功能、网络资源、网络安全四种类型。每种类型中按照功能细分为能力元素，不同的能力元素具备多种能力形式。网络原子能力也能够采用层级的方式建模。所有的网络原子能力是网络功能的全集，任意两个网络原子能力间都存在接口，可以联结组合。随着技术的发展，网络原子能力不断演进，增加新的网络原子能力，淘汰旧的原子能力，具备可扩展性。网络原子能力的类型有四种，分别是：

（1）通信主体

网络原子能力的通信主体类型是指网络中信息传递的参与者，包括信息发送方、转发方和接收方。不同的通信主体采用不同的标识（ID）参与网络行为。随着万物互联业务需求的发展，通信主体囊括的能力元素逐渐增加。通信主体的具体能力元素包括：

人：不同场景下人以不同身份进行通信，使用身份标识。

位置：天地一体化地海融合网络或者车联网中基于静态位置或者动态移动轨迹实现通信，使用经纬度或移动速度/方向标识。

物：物联网(IoT)中将各类传感器、可穿戴设备、交通工具、工业控制设备等作为通信主体，使用IoT标签来标识。

内容：文件、图片、视频等作为通信主体，采用内容标识确定内容类型、名称。

（2）网络功能

网络原子能力的网络功能类型是指网络中信息在通信主体间完成传递转发设备需要实现的各项功能。网络功能的具体能力元素包括：

寻址：寻址实现通信实体的定位，是网络传输的基础。数据网络一直采用基于IP协议的定长地址寻址，未来异构网络、终端的连接需求促进了灵活多语义变长地址寻址的发展，支持各自地址空间的路由。

路由：数据从源地址到目的地址时，通过路由进行路径选择。距离矢量路由和链路状态路由是典型的路由方式。

转发：路由器收到数据包后，通过路由表来转发接收到的数据。尽力而为转发是传统标准的数据网络转发方式，简洁但不保证性能。约束路径转发根据标签实现受控的转发，有助于提供定制化网络服务。多路径转发同时使用多条路径，充分利用网络带宽，实现负载均衡。

QoS队列功能： QOS队列针对接收报文和发送报文，按一定优先级策略调度入队和发送，保障特定报文时延等性能要求。先进先出（FIFO）、优先级队列（PQ）、定制队列（CQ）、加权公平队列（WFQ）等均是典型实现QoS队列的能力方式。

拥塞控制：在网络过负载的情况下，拥塞控制通过调节发送速率能够减少网络丢包，避免拥塞传播，保障网络稳定运行。基于显示拥塞反馈（ECN）、量化拥塞通知（QCN）、高精度拥塞控制(HPCC)是拥塞控制能力的实现形式。

（3）网络资源

网络原子能力的网络资源类型是指信息传递依赖的资源。网络资源的具体能力元素包括：

链路：两个节点之间的物理线路，电缆、光纤、wifi等是链路资源具体元素，通过统一带宽形式提供；

计算：计算资源包括CPU、GPU、NP算力等，可通过云计算、边缘计算、本地计算等形式实现。

存储：实现数据缓存，具体形式包括内存、硬盘等；

地址：地址空间，当前ipv4、ipv6均采用定长地址设计，地址空间无法灵活扩展。未来大连接下的海量虚拟、物理通信实体的泛在互联性需要庞大的地址空间来支撑。

（4）网络安全

网络原子能力的网络安全类型是指保证信息传递过程中涉及的基础设施、信息本身及传输等安全的能力。网络安全的具体能力元素包括：

可信性：保证网络信息能够被授权实体访问并合法使用。通过身份验证的能力形式保证网络实体的可信；实施连接控制保证网络接入可信；采用各种数据加密、完整性保护和数字签名等能力形式保证网络数据可信。

隐私性：隐藏网络信息，防止泄露给未授权的实体被非法利用。网络链路信息需要隐私保护，包括发送者/接收者信息，路由信息等。在IPv6中采用临时地址、无状态地址自动配置（SLAAC）保护地址隐私。洋葱网络通过匿名的方式保护路径隐私。网络中的敏感数据可以采用各种加密方法实现隐私保护。

可靠性：在某些特定时间和条件下，网络保持高效连接，并完成规定的功能。DDoS攻击是破坏网络可靠性的顽疾，利用监控系统侦测网络流量的异常，采用防火墙等方式清洗过滤异常流量，有助于提升网络可靠性。

可溯源：网络追踪溯源主要是追踪拒绝服务攻击( DoS) 的源头。可以采用日志记录（Logging）形式，通过构建监测点实现数据信息查询确定攻击路径。也可以采用路径重构的方式，在数据包中写入路径信息或者单独方发送保护路径信息的数据包，接收端基于标记的数据包根据重构算法实现攻击路径重构，典型方式如概率包标记法（PPM），Itrace。

层次能力模型的管理

层级网络能力模型依据不同的业务需求属性，查找并选择合适的网络能力，支持业务实现。随着业务需求的丰富及网络技术的发展，网络能力模型需要随时更新新型的网络能力并及时淘汰陈旧网络能力，保持网络能力模型的动态演进。

网络集成能力面向行业性业务需求，可通过匹配行业需求实现简单的网络能力查找。随着行业型的业务需求的兴起及消失增加及删除网络集成能力，当组成网络集成能力的网络原子能力优化增强时，对应的集成能力随之进行更新。

为了实施便利的操作，将网络原子能力的逻辑结构用一棵倒置的树自然、直观地表示，也具备内部层次特性。树的深度是树中结点的最大层次数，反映了能力划分的粗细程度。模型中的每个节点唯一确定地表示一个原子能力类型，有且只有一个结点没有双亲结点，称为原子能力根节点。除根节点以外的其他结点有且只有一个双亲结点。具有同一双亲的子女结点互为兄弟结点，没有子女结点的结点称为叶结点。不同原子能力类型之间的联系用节点之间的有向边连线表示，展示了能力层次类型间一对多的联系。图2表示了网络原子能力的层次逻辑结构，由网络原子能力、能力类型、能力元素和能力方式四个层次组成，树的深度为4。网络原子能力是根节点，包括了网络支持的所有能力。身份、定长寻址、CPU、身份验证等是叶节点，表示网络原子能力的具体实现方式。能力节点间的有向箭头表示能力类型间的一对多包含关系。例如网络功能包括寻址、路由、转发等网络原子能力元素，且三者互为兄弟节点，属于同一网络原子能力类型。

当用户向网络提出业务需求，通过查询，判断网络是否具备支持业务需求的网络能力。网络能力查询从全维网络能力层次模型的根节点开始，按照有向数层次向下查询。例如变长地址寻址能力的查询遵循层次路径：网络原子能力—网络功能（原子能力类型）—寻址（原子能力元素）—变长地址寻址（原子能力方式）。新型网络原子能力出现时，将原子能力类型插入模型中。如果网络原子能力没有相应的双亲节点则不能插入它的子女节点值。陈旧网络原子能力淘汰时删除能力类型。删除双亲结点，则相应的子女结点也同时被删除。

网络能力在网络边缘得到开放。网络中的能力情况，由网络边缘感知并收集网络能力情况，构建层次化网络能力模型，向业务提供网络能力视图；业务的需求到达边缘设备，通过合理映射，可以选择满足大规模、全局性业务需求的网络集成能力，或者组合网络原子能力，支持定制化业务实现。边缘设备转换为携带相应网络能力的指令以及元数据的报文。网络根据报文指令，执行相应的处理动作，满足业务需求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要去及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种层次化的网络能力模型管理方法，其特征在于，包括：网络集成能力和网络原子能力，所述网络集成能力包括：尽力而为转发能力、服务路由能力、灵活寻址能力、确定性能力和内生安全能力；所述网络原子能力包括：通信主体、网络功能、网络资源和网络安全；所述网络集成能力分解为网络原子能力，网络原子能力按需组合封装，满足用户侧业务的多样化需求；所述网络能力模型依据不同的业务需求属性，查找并选择合适的网络能力，支持业务实现；

所述网络原子能力的逻辑结构通过一棵倒置的树表示，树的深度是树中结点的最大层次数，反映了能力划分的粗细程度；网络原子能力的层次逻辑结构，由网络原子能力、能力类型、能力元素和能力方式四个层次组成，树的深度为4，网络原子能力是根节点，包括了网络支持的所有能力；身份、定长寻址、CPU、身份验证是叶节点，表示网络原子能力的具体实现方式；能力节点间的有向箭头表示能力类型间的一对多包含关系；当用户向网络提出业务需求，通过查询，判断网络是否具备支持业务需求的网络能力；网络能力查询从全维网络能力层次模型的根节点开始，按照有向数层次向下查询；新型网络原子能力出现时，将原子能力类型插入模型中；如果网络原子能力没有相应的双亲节点则不能插入它的子女节点值；陈旧网络原子能力淘汰时删除能力类型；删除双亲结点，则相应的子女结点也同时被删除；

所述服务路由能力以服务标识或类型作为寻址依据，跳过域名解析的过程，以及支持以应用或服务为主体的通信方式；

所述灵活寻址能力用于实现长地址和短地址的互联，设备直接依据任意长度地址进行路由查找，省略了协议转换或者地址映射的过程，以及增加了变长地址寻址，以及支持多样化通信主体的能力；

所述内生安全能力在不同安全域中的网络元素及协议中内嵌关键安全技术，提供网络基础设施及端到端传输的可信、可靠及隐私性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定性能力增加了大规模确定性网络的能力。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信主体的具体能力元素包括：

人：不同场景下人以不同身份进行通信，使用身份标识；

位置：天地一体化地海融合网络或者车联网中基于静态位置或者动态移动轨迹实现通信，使用经纬度或移动速度或方向标识；

物：物联网中将各类传感器、可穿戴设备、交通工具、工业控制设备作为通信主体，使用IoT标签来标识；

内容：文件、图片、视频作为通信主体，采用内容标识确定内容类型、名称。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络功能的具体能力元素包括：

寻址：寻址实现通信实体的定位，是网络传输的基础；

路由：数据从源地址到目的地址时，通过路由进行路径选择；

转发：路由器收到数据包后，通过路由表来转发接收到的数据；

QoS队列功能： QOS队列针对接收报文和发送报文，按一定优先级策略调度入队和发送，保障特定报文时延等性能要求；

拥塞控制：在网络过负载的情况下，拥塞控制通过调节发送速率能够减少网络丢包，避免拥塞传播，保障网络稳定运行。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络资源的具体能力元素包括：

链路：两个节点之间的物理线路，电缆、光纤、wifi是链路资源具体元素，通过统一带宽形式提供；

计算：计算资源包括CPU、GPU、NP算力，通过云计算、边缘计算、本地计算形式实现；

存储：实现数据缓存，具体形式包括内存、硬盘；

地址：大连接下的海量虚拟、物理通信实体的泛在互联性需要庞大的地址空间来支撑。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络安全的具体能力元素包括：

可信性：保证网络信息能够被授权实体访问并合法使用；

隐私性：隐藏网络信息，防止泄露给未授权的实体被非法利用；

可靠性：在某些特定时间和条件下，网络保持高效连接，并完成规定的功能；

可溯源：网络追踪溯源主要是追踪拒绝服务攻击的源头。