CN114884899A - 一种多模态核心网转发和调度方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模态核心网转发和调度方法及装置，所述方法包括多模态流量转发、多模态流量调度和多模态流量监控；所述多模态流量转发，包括多模态端设备的发现和多模态转发路径的规划；所述多模态流量调度，根据多模态的转发时延和转发队列信息，静态调整或动态调整模态报文的转发队列和转发路径；所述多模态流量监控，在多模态流量出节点获取多模态流量在网络中的延时时间和实际转发队列，并定期更新每种模态的预定时延。本发明的多模态核心网转发和调度方法及装置，通过在不同模态报文头中添加转发路径信息，保证模态转发路径的确定性；测量每个节点的转发时延和设定的预定时延做比较来动态调整分给该模态的转发队列。

Description

一种多模态核心网转发和调度方法及装置

技术领域

本发明属于网络通讯领域，尤其涉及一种多模态核心网转发和调度方法及装置。

背景技术

传统IP网络存在结构僵化、网元封闭、路由单一、功能薄弱、运维困难等诸多弊端，网络架构与内在能力难以适应复杂多变的业务需求，其服务效率和服务理念无法为“互联网+”的数字化浪潮提供有力支撑。为突破传统网络的性能、功能和效能瓶颈，推动网络技术演进式发展，包括美国、欧盟、日本等在内的各国政府和组织机构均已开展新型网络领域相关的基础架构及关键技术研究工作，启动了诸如GENI、FIND、FIA、FIA-NP、FIRE、FIRE+、H2020、H2020-SEC、H2020-FI、JGN2+等一系列针对未来网络方向的专项研究计划。多模态网络以网络技术体制与支撑环境分离为发展范式，以全维可定义的数据平面为基底，通过软硬件一体化实现协议无关的包处理机制，可灵活支持标准、私有和自定义网络协议。但在多模态网络中存在各种网络资源竞争的问题，如果静态平均分配网络资源给各个模态会导致网络资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明提供了一种多模态核心网转发和调度方法及装置。其具体技术方案如下：

一种多模态核心网转发和调度方法，包括多模态流量转发、多模态流量调度和多模态流量监控；所述多模态流量转发，包括多模态端设备的发现和多模态转发路径的规划；所述多模态流量调度，根据多模态的转发时延和转发队列信息，静态调整或动态调整模态报文的转发队列和转发路径；所述多模态流量监控，在多模态流量出节点获取多模态流量在网络中的延时时间和实际转发队列，并定期更新每种模态的预定时延。

进一步的，所述多模态端设备的发现采用与模态无关的交互方式发现多模态端设备；根据控制器的全局视图，以最小跳数和设备编号最小为原则选取默认转发路径。

进一步的，所述多模态流量调度根据模态类型和目的地址信息，确定转发路径、转发队列和平均时延信息；在入节点将转发路径、转发队列和平均时延信息添加到转发头中，每经过一个节点，将该节点的转发时延和转发队列信息添加到转发头中。

进一步的，动态调整转发队列方式如下：当模态流量在上一个节点传输时延大于平均时延时，比较延时阈值，若传输时延减去平均时延大于延时阈值，则增加若干转发队列，若转发队列已达到最大值，则保持该值；若模态流量在上一个节点传输时延小于平均时延时，比较超前阈值，若传输时延减去平均时延大于超前阈值，则减少若干转发队列，若转队列减去后小于最小转发队列个数，则保持该转发队列个数不变。

进一步的，静态调整转发队列的队列着色方式如下：当转发队列从预留队列中分配后，默认着绿色；当队列中出现某种模态流量超时但差值小于延时阈值时，该队列赋值黄色；当大于延时阈值时则会赋值红色；转发队列中运行的各种模态流量定时更新该队列的颜色，转发队列的颜色以最差情况作为该转发队列的最终颜色，如果在一定时间内该队列未收到某种模态流量，则将该模态流量从该转发队列中去除。

进一步的，静态调整转发队列赋值队列优先级方式如下：根据转发队列的实际转发流量情况，将当前在该转发队列中多种模态流量的最高优先级赋值给该转发队列；当模态申请队列资源时，根据申请模态的优先级、队列优先级和队列的实际使用情况，确定队列能否申请成功；当申请的队列未着色或者是绿色时，则申请成功；当申请队列是黄色时，只要模态优先级不小于该转发队列则可以申请成功；当申请队列时红色时，则只有高于该队列优先级的模态才能申请成功。

一种多模态核心网转发和调度装置，包括源节点、多模态核心网、出节点、目的节点和控制器，所述源节点发送多模态流量进入多模态核心网，多模态核心网会根据模态类型以及模态内部头信息给报文添加转发头，多模态核心网根据转发头信息对该报文进行转发和调度；出节点将转发头删除，并将多模态流量转发状态信息发送给控制器，将多模态流量转发给目的节点。

进一步的，新模态流量注入多模态核心网的方式如下；新模态向控制器发送请求，控制器根据多模态报文信息，给该新模态规划转发路径和调度资源，当资源分配成功后，控制器下发转发流表给网元设备并发送请求成功消息给多模态端设备，新模态流量注入多模态核心网后，多模态业务流量按照控制器下发的转发流表进行转发。

进一步的，还包括转发流表，转发流表根据模态端设备，当前多模态核心网的网络拓扑，结合当前多模态核心网中剩余的带宽资源，设定该模态的转发队列、调度策略、预定转发时延，以及转发路径。提供一种多模态核心网网络转发和调度实现方法。

本发明的有益效果：本发明的多模态核心网转发和调度方法及装置，通过在不同模态报文头中添加转发路径信息，保证模态转发路径的确定性；测量每个节点的转发时延和设定的预定时延做比较来动态调整分给该模态的转发队列。控制器定期汇总转发时延和路径信息，来动态调整不同模态转发的时延预设值，并动态更新最优转发路径。本发明将主要应用于多模态核心网上，来实现多模态核心网高效工作。

附图说明

图1为本发明的多模态核心网转发头结构图；

图2为本发明的多模态核心网静态调度原理图；

图3为本发明的多模态核心网动态调度原理图；

图4为本发明的总体系统示意图；

图5为本发明的模态加入流程示意图；

图6为本发明的队列转发状态示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明的多模态核心网转发和调度方法，包括多模态流量转发、多模态流量调度和多模态流量监控；多模态流量转发包括多模态端设备的发现，多模态转发路径的规划；多模态流量调度根据多模态的转发时延和转发队列信息，静态调整或动态调整模态报文的转发队列和转发路径；多模态流量监控，在多模态流量出节点获取多模态流量在网络中的延时时间和实际转发队列，并定期更新每种模态的预定时延。

在多模态流量转发中，多模态端设备发现协议采用与模态无关的交互方式来发现多模态端设备，网络采用集中的方式管理转发网元，根据控制器的全局视图，以最小跳数和设备编号最小为原则选取默认转发路径，在入节点添加需要经过的转发网元信息，在转发节点会根据目的转发节点和转发队列转发报文，并将目的转发节点和目的转发队列更新为下一跳的最新节点和队列，在出节点删除转发节点后转发报文。

在多模态流量调度中，根据模态类型和目的地址信息，确定转发路径、转发队列和平均时延信息。在入节点则会将这些信息添加到转发头中，每经过一个节点，都会将该节点的转发时延信息和转发队列信息添加到转发头中，如果是动态调度，会并动态调整转发队列；如果是静态调度则会对队列着色和赋值优先级。在出节点将这些信息上传给控制器，控制器根据这些信息动态调整报文的转发路径和转发队列等信息，控制器会定时更新每种模态的预定传输时延。转发队列分布在转发网元的每个端口上，多个模态流量可以在同一个端口和同一个队列中转发。

动态调整转发队列方式如下：当该模态流量在上一个节点传输时延大于平均时延时，其会比较延时阈值，如果传输时延减去平均时延大于延时阈值，则会将转发队列增加若干转发队列，如果转发队列已达到最大值，则保持该值。如果该模态流量在上一个节点传输时延小于平均时延时，其会比较超前阈值，如果比阈值大，则会减少若干转发队列，如果转队列减去后小于最小转发队列个数，则保持该转发队列个数不变。所述若干转发队列个数一般为1，其值由控制器设定；所述最小队列个数一般为1，其值由控制器设定。

静态调整转发队列的队列着色方式如下：根据转发队列的实际转发流量的情况，会赋值绿色、黄色和红色三种颜色。当队列从预留队列中分配出来后，默认会着绿色，当队列中出现某种模态流量超时但差值小于阈值时，该队列会赋值黄色。当大于阈值时则会赋值红色。队列中运行的各种模态流量会定时更新该队列的颜色，队列的颜色以最差情况作为该队列的最终颜色，如果在一定时间内该队列未收到某种模态的流量，则会将该模态流量从该队列中去除。

静态调整转发队列赋值队列优先级方式如下：根据转发队列的实际转发流量的情况，会将当前在该队列中多种模态流量的最高优先级赋值给该队列。当模态申请队列资源时，会根据申请模态的优先级、队列优先级和队列的实际使用情况，确定队列能否申请成功。当申请的队列未着色或者是绿色时，则其一定能申请成功；当申请队列是黄色时，只要模态优先级不小于该队列则可以申请成功；当申请队列时红色时，则只有高于该队列优先级的模态才能申请成功。

如图4所示，源节点发送多模态流量进入多模态核心网，多模态核心网会根据模态类型以及模态内部头信息给报文添加转发头，转发头结构如图1所示。在多模态核心网中会根据转发头信息对该报文进行转发和调度。在多模态核心网的出节点将转发头删除，并将多模态流量转发状态信息发送给控制器，将多模态流量转发给目的节点。

如图5所示，新模态流量注入多模态核心网的工作流程；首先，新模态向控制器发送请求，控制器根据多模态报文信息，给该新模态规划转发路径和调度资源，当资源分配成功后，控制器会下发转发流表给网元设备并发送请求成功消息给多模态端设备，新模态流量注入多模态核心网后，多模态业务流量会按照控制器下发的转发流表进行转发。

如图2所示，多模态核心网静态调度工作流程；多模态流量进入多模态核心网后，首先给它添加转发头，该转发头信息主要包含下一跳转发网元信息，以及所要经过的节点网元信息和转发队列信息。其中转发队列是按位设定，如3代表转发队列是0和1，9代表转发队列是0和3。这样合理分配转发队列可以充分利用多模态核心网节点网元的多队列转发机制，为每种模态分配合理的转发资源，保证网络高效工作，同时保证每种模态都能正常工作。每经过一跳会根据转发指针递增1并将新的转发节点信息更新到目的转发信息中。如果在节点网元的转发表中找不到目的转发信息则将该包丢掉，代表该节点和目的转发节点链路异常，并上传异常信息给控制器。在正常转发的每个节点会将该节点的转发时延添加到对应的节点信息中。在多模态核心网边缘设备上会将每个节点的转发信息上传给多模态核心网控制器，多模态核心网控制器会根据每个节点的实际转发时延和该节点的预设时延，调整该模态的转发队列个数。如时延时间大于预设时延，且差值大于设定阈值，控制器会将转发节点的该转发队列标红，然后选一个新的转发队列添加到该模态转发队列列表中，如果从标黄的转发队列中选取，则不能选取优先级比该模态优先级高的转发队列，如果模态优先级比选取的新转发队列的优先级高，则将该模态的优先级标记为该转发队列的优先级，之后更新该模态的转发流表。

如图3所示，多模态核心网动态调度工作流程；其基本转发流程和静态调度工作流程一样，其在每个转发节点都会比较当前转发时延和设定时延，当其超时时延大于阈值时，其会增加转发队列，在每个转发节点都会更新当前节点的转发队列的个数，动态调度工作流程控制器不会对转发队列运行着色机制。该场景主要运行在不区分优先级的多模态转发场景下。

如图6所示，多模态核心网队列着色工作流程；当队列分配给特定模态转发时，其默认会着为绿色，并将模态优先级赋值给该队列；如果其它模态申请该队列，则比较申请模态的优先级，将最高优先级赋值给该队列，拥有该队列的所有队列及优先级都会保存，当最高优先级模态释放该队列时，会从当前拥有该队列的模态中选取最高优先级作为该队列的新的优先级。当拥有该优先级的多模态中存在超时，并且超时大于阈值，则会将该队类标记为红色，标记为红色的队列只有优先级高于该队列的模态才能申请该队列。如果超时小于阈值则会将该队列标记为黄色，黄色队列只有模态优先级大于或等于该队列才能申请该队列。当红、黄队列中所有模态转发时间都小于设定值时，则会将队列标记为绿色。

多模态流量转发流程如下：

步骤1.控制器首先接受到多模态端设备发送的请求信息，请求信息中包含源端信息、目的端信息、优先级、目的自治域等。控制器将请求信息中的源端信息和该请求信息入设备端口建立映射关系，并将其保存的端设备数据库中。同时查询端设备数据库中是否有目的端设备，如果存在则进入步骤2。否则发送未找到目的设备信息，并终止。

步骤2.控制器根据源多模态端设备和目的多模态端设备，以及当前多模态核心网的网络拓扑，结合当前多模态核心网中剩余的带宽资源，给该模态设定转发队列（转发队列优先从未分配队列，绿色队列中分配）、调度策略和预定的转发时延，以及转发路径，控制器会将转发流表下发的网元设备上。资源分配完成后控制器给多模态端设备发送请求成功信息，并进入步骤3。如果资源不足无法分配相关资源，则给端设备发送资源不足信息，并终止。

步骤3. 源多模态端设备和目的多模态端设备收到控制器的请求成功报文后，开始发送多模态报文，多模态报文进入多模态网元后获得命中网元的转发流表，并按转发流表信息进行转发。在入节点根据模态类型和自治域信息，给报文添加转发调度报文头，头部信息如图1所示。然后查询转发表项，若转发流表根据转发表查询出端口，在出端口会将报文在该节点的转发时延记录在转发信息列表中，若动态调节，根据转发时延、预设值和阈值动态调整转发队列。后续转发节点类似。动态调度转发流程如图3所示，静调度转发流程如图2所示。在出节点将转发头信息上传给控制器，控制器根据不同节点时延信息，在这一轮调度结束后，新一轮调度中调整该模态的预设时延、转发队列、阈值等信息。

以上所述，仅为本发明的优选实施案例，并非对本发明做任何形式上的限制。虽然前文对本发明的实施过程进行了详细说明，对于熟悉本领域的人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。凡在本发明精神和原则之内所做修改、同等替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多模态核心网转发和调度方法，包括多模态流量转发、多模态流量调度和多模态流量监控；其特征在于：所述多模态流量转发，包括多模态端设备的发现和多模态转发路径的规划；所述多模态流量调度，根据多模态的转发时延和转发队列信息，静态调整或动态调整模态报文的转发队列和转发路径；所述多模态流量监控，在多模态流量出节点获取多模态流量在网络中的延时时间和实际转发队列，并定期更新每种模态的预定时延。

2.根据权利要求1所述的多模态核心网转发和调度方法，其特征在于：所述多模态端设备的发现采用与模态无关的交互方式发现多模态端设备；根据控制器的全局视图，以最小跳数和设备编号最小为原则选取默认转发路径。

3.根据权利要求1所述的多模态核心网转发和调度方法，其特征在于：所述多模态流量调度根据模态类型和目的地址信息，确定转发路径、转发队列和平均时延信息；在入节点将转发路径、转发队列和平均时延信息添加到转发头中，每经过一个节点，将该节点的转发时延和转发队列信息添加到转发头中。

4.根据权利要求1所述的多模态核心网转发和调度方法，其特征在于：动态调整转发队列方式如下：当模态流量在上一个节点传输时延大于平均时延时，比较延时阈值，若传输时延减去平均时延大于延时阈值，则增加若干转发队列，若转发队列已达到最大值，则保持该值；若模态流量在上一个节点传输时延小于平均时延时，比较超前阈值，若传输时延减去平均时延大于超前阈值，则减少若干转发队列，若转队列减去后小于最小转发队列个数，则保持该转发队列个数不变。

5.根据权利要求1所述的多模态核心网转发和调度方法，其特征在于：静态调整转发队列的队列着色方式如下：当转发队列从预留队列中分配后，默认着绿色；当队列中出现某种模态流量超时但差值小于延时阈值时，该队列赋值黄色；当大于延时阈值时则会赋值红色；转发队列中运行的各种模态流量定时更新该队列的颜色，转发队列的颜色以最差情况作为该转发队列的最终颜色，如果在一定时间内该队列未收到某种模态流量，则将该模态流量从该转发队列中去除。

6.根据权利要求5所述的多模态核心网转发和调度方法，其特征在于：静态调整转发队列赋值队列优先级方式如下：根据转发队列的实际转发流量情况，将当前在该转发队列中多种模态流量的最高优先级赋值给该转发队列；当模态申请队列资源时，根据申请模态的优先级、队列优先级和队列的实际使用情况，确定队列能否申请成功；当申请的队列未着色或者是绿色时，则申请成功；当申请队列是黄色时，只要模态优先级不小于该转发队列则可以申请成功；当申请队列时红色时，则只有高于该队列优先级的模态才能申请成功。

7.一种多模态核心网转发和调度装置，包括源节点、多模态核心网、出节点、目的节点和控制器，其特征在于：所述源节点发送多模态流量进入多模态核心网，多模态核心网会根据模态类型以及模态内部头信息给报文添加转发头，多模态核心网根据转发头信息对该报文进行转发和调度；出节点将转发头删除，并将多模态流量转发状态信息发送给控制器，将多模态流量转发给目的节点。

8.根据权利要求7所述的多模态核心网转发和调度装置，其特征在于：新模态流量注入多模态核心网的方式如下；新模态向控制器发送请求，控制器根据多模态报文信息，给该新模态规划转发路径和调度资源，当资源分配成功后，控制器下发转发流表给网元设备并发送请求成功消息给多模态端设备，新模态流量注入多模态核心网后，多模态业务流量按照控制器下发的转发流表进行转发。

9.根据权利要求7所述的多模态核心网转发和调度装置，其特征在于：还包括转发流表，转发流表根据模态端设备，当前多模态核心网的网络拓扑，结合当前多模态核心网中剩余的带宽资源，设定该模态的转发队列、调度策略、预定转发时延，以及转发路径。

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