CN116506365B - 一种多网络出口智能负载均衡方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信控制技术领域，一种多网络出口智能负载均衡方法、系统及存储介质，所述方法包括接入商中间系统IS1执行以下步骤：对用户流量进行流分类及重定向；符合流分类规则的报文将重定向到负载均衡控制器IS2；接收返回流量，转发至接入商中间系统IS3；负载均衡控制器IS2执行以下步骤：生成价值度函数；为每个报文关联价值度函数并指定DSCP优先级；在IP头部添加价值度函数标识及DSCP优先级标记；接入商中间系统IS3执行以下步骤：根据报文的IP头及多网络出口实时负载，将负载转发至互联网。本发明的有益技术效果包括：实现了动态的优先级标记，能够提高路由出口带宽的利用率，并同时兼顾QoS的提高。
Description
技术领域
本发明涉及通信控制技术领域，一种多网络出口智能负载均衡方法、系统及存储介质。
背景技术
开放式系统互联通信参考模型（Open System Interconnection ReferenceModel，缩写为 OSI），简称为OSI模型（OSI Model），是一种概念模型，由国际标准化组织提出。OSI模型是一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架，定义于ISO/IEC 7498-1。在OSI模型中具有报文转发的网络节点，叫做IS，即中间系统的意思。在OSI模型中没有路由能力或者报文转发能力的设备叫做ES，即端系统的意思。ISIS协议叫做中间系统到中间系统协议，用于建立路由到路由的通信。由于ISIS协议工作在数据链路层，不依赖网络层进行工作，所以无论网络层运行IP报文V4、IP报文V6或者CLNP都可以灵活的适应。具有扩展性好，收敛快等一系列特点，因而被运营商广泛使用。
QoS（Quality of Service，服务质量）指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。QoS由设置在路由上的DSCP优先级转发技术完成，路由器接收到的IP报文将按照DSCP优先级顺序进行转发。DSCP优先级写入在IP报文的报文头中。应用了DSCP优先级转发技术的路由器在网络流量大时，会出现较低DSCP优先级的IP报文总是因与较高DSCP优先级的IP报文竞争而无法被转发。当较高DSCP优先级的IP报文能够允许适当的网络延迟的情况下，存在路由带宽的浪费。
由于DSCP优先级在设定后是一个常数值，不会因出口路由端口的实时负载而变化，对流量的负载均衡调控灵活度不足。为此，有必要研究新的流量负载均衡技术。
中国专利CN107995126A，公开日2018年5月4日，公开了一种负载均衡路由分析方法及负载均衡路由分析器。该负载均衡路由分析方法包括：获取各负载均衡策略的负载均衡信息矩阵，负载均衡信息矩阵包括当前业务链路的拥塞度和当前最大链路利用率；根据各负载均衡信息矩阵中的当前业务链路的拥塞度和当前最大链路利用率确定出最优负载均衡信息矩阵；输出最优负载均衡信息矩阵。本技术方案中，负载均衡路由分析方法及负载均衡路由分析器，通过确定出最优负载均衡信息矩阵，从而确定出与最优负载均衡信息矩阵对应的最优负载均衡策略，实现了业务链的负载均衡，优化了业务链路的拥塞度和最大链路利用率。但其技术方案依据业务链路的拥塞度和利用率确定出负载均衡方案，虽然能够使路由资源被充分使用，但忽略了IP报文的类型和优先级等级，不能兼顾QoS的提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：目前DSCP优先级标记设定后，IP报文优先级不能动态变更的技术问题。提出了一种多网络出口智能负载均衡方法、系统及存储介质，能够借助价值度函数表征IP报文转发的价值，实现出口路由的价值最大化负载调控。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多网络出口智能负载均衡方法，接入商中间系统IS1执行以下步骤：
所述接入商中间系统IS1部署有MQC，根据所述MQC对用户流量进行流分类及重定向；
符合流分类规则的报文将重定向到负载均衡控制器IS2；
接收负载均衡控制器IS2返回的流量，将所述返回的流量根据DSCP优先级标记及MQC转发至接入商中间系统IS3；
负载均衡控制器IS2执行以下步骤：
生成至少一个价值度函数，所述价值度函数为价值度对报文等待时长的函数；
接收重定向后的所述报文，根据所述MQC及多网络出口的带宽使用率，为每个所述报文关联价值度函数并指定DSCP优先级；
在相应报文的IP报文头部添加价值度函数标识及DSCP优先级标记，指定VLAN ID，将所述报文发回所述接入商中间系统IS1；
接入商中间系统IS3执行以下步骤：
根据所述报文的IP报文头及多网络出口实时负载，将负载转发至互联网。
作为优选，接入商中间系统IS1对用户流量进行流分类的方法包括：
接入商中间系统IS1接收若干组流分类规则，每组流分类规则作为一个流分类，并关联流分类名称；
接入商中间系统IS1接收每组流分类的最大延迟时长设置，将最大延迟时长关联流分类名称；
接入商中间系统IS1将接收到的报文与所述流分类规则匹配，若匹配成功，则将所述报文转发至负载均衡控制器IS2，若匹配不成功，则将所述报文发送至接入商中间系统IS3。
作为优选，负载均衡控制器IS2为每个所述报文关联价值度函数的方法包括：
生成价值度函数表，所述价值度函数表包括至少一个价值度函数及对应的序号，将价值度函数表发送至接入商中间系统IS3，所述价值度函数的自变量为报文等待时长t，函数值为价值度v；
读取所述MQC，获得所述报文的流分类，获得所述报文的优先级、期待延迟t1和允许延迟t2，根据所述优先级生成所述报文的DSCP优先级；
读取接入商中间系统IS3的多个端口带宽使用率；
根据所述优先级、期待延迟、允许延迟及所述端口带宽使用率，为每个报文生成价值度函数；
将价值度函数标识及DSCP优先级写入IP报文头部，指定VLAN ID，将所述报文发回所述接入商中间系统IS1。
作为优选，所述价值度函数为分段函数，报文等待时长t∈(0,t1]为随机段，报文等待时长t∈(t1,t2]为竞争段，报文等待时长t∈(t2,tmax]为博弈段，处于随机段的所述价值度函数为常数函数，处于所述竞争段的所述价值度函数为增函数，处于博弈段的所述价值度函数为减函数；
所述价值度函数表包括若干个函数段，若干个所述函数段的类型包括常数函数、增函数及减函数，所述函数段具有序号及参数向量，所述价值度函数标识包括所述序号及参数向量。
作为优选，负载均衡控制器IS2为报文生成价值度函数的方法包括：
从所述价值度函数表中为随机段选择函数段，使所述优先级更高的报文关联的随机段的价值度v更高；
从所述价值度函数表中为竞争段选择函数段，使所述优先级更高的报文关联的竞争段的平均斜率更大，所述竞争段的起点与所述随机段相交；
从所述价值度函数表中为博弈段选择函数段，使所述优先级更高的报文关联的博弈段的平均斜率更大，所述博弈段的起点与所述竞争段相交；
读取所述期待延迟、允许延迟及所述端口带宽使用率，设置随机段的终点t1等于所述期待延迟，设置竞争段的终点t2等于所述允许延迟；
读取所述端口带宽使用率，选择当前端口带宽使用率最低的端口，计算选择的端口带宽使用率与预设的参照使用率的比值，将所述随机段的价值v乘以所述比值，作为随机段的常数值；
将所述随机段、竞争段、博弈段的函数段序号以及随机段的常数值，作为价值度函数标识写入IP报文头部。
作为优选，接入商中间系统IS3根据所述报文的IP报文头及多网络出口实时负载，将负载转发至互联网的方法包括：
接入商中间系统IS3将工作时段划分多个分片时段，计算每个分片时段能够发送的报文数量N；
分片时段开始前，接入商中间系统IS3读取当前排队的全部报文，以分片时段的起始时刻，计算每个报文的价值度函数的函数值，将所述函数值与调整系数相乘作为价值度v，所述调整系统由所述DSCP优先级标记确定；
为所述分片时段选择N个报文， 使所述分片时段发送的全部报文的总价值度最大。
作为优选，接入商中间系统IS3根据所述报文的IP报文头及多网络出口实时负载，将负载转发至互联网的方法包括：
接入商中间系统IS3将工作时段划分多个分片时段，计算每个分片时段能够发送的报文数量N；
接收配置值M，接入商中间系统IS3读取当前排队的全部报文；
接入商中间系统IS3为后续的M个分片时段分别选择并分配N个报文，生成负载转发方案；
以每个分片时段的起始时刻，计算每个报文的价值度函数的函数值，将所述函数值与调整系数相乘作为价值度v，所述调整系统由所述DSCP优先级标记确定；
接入商中间系统IS3调整后续的M个分片时段的负载转发方案，使M个分片时段转发的全部报文的总价值度最大。
作为优选，接入商中间系统IS3将工作时段划分多个分片时段的方法包括：
接入商中间系统IS3计算多网络出口实时负载率的平均负载率；
接入商中间系统IS3根据所述平均负载率动态调整所述分片时段的长度。
一种嵌入式系统，所述嵌入式系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的嵌入式程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如前述的方法。
一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有嵌入式程序，所述嵌入式程序被处理器执行时实现如前述的方法。
本发明的有益技术效果包括：通过负载均衡控制器IS2将价值度函数及DSCP优先级添加到IP报文头，转发至接入商中间系统IS3后，由接入商中间系统IS3根据实时的网络出口负载及每个出口处排队IP报文的报文头内容，动态生成转发方案，实现了动态的优先级标记，能够提高路由出口带宽的利用率，并同时实现差异化转发，能够兼顾QoS的提高；借助MQC实现对用户流量的分类，实现相应的IP报文的差异化转发服务，根据分类及网络出口实时负载，实现价值度函数的关联，使用户流量分组能够灵活的实现；分段式价值度函数能够避免恶性竞争，有助于实现路由出口更好的兼顾各个DSCP优先级的流量。
本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为OSI模型网络拓扑示意图。
图2为本发明实施例网络拓扑示意图。
图3为本发明实施例IP报文发送过程示意图。
图4为本发明实施例对用户流量进行流分类方法流程示意图。
图5为本发明实施例为每个报文关联价值度函数方法流程示意图。
图6为本发明实施例为每个报文生成价值度函数方法流程示意图。
图7为本发明实施例将负载转发至互联网方法流程示意图。
图8为接入商中间系统IS3出口IP报文到达示意图。
图9为本发明另一个实施例将负载转发至互联网方法流程示意图。
图10为本发明实施例嵌入式系统结构示意图。
其中：101、Level2路由器，102、Level1-2路由器，103、Level1路由器，104、用户端，201、接入商中间系统IS3，202、用户中间系统，203、接入商中间系统IS1，204、负载均衡控制器IS2，205、用户设备，300、嵌入式系统，301、存储器，302、嵌入式程序，303、处理器。
具体实施方式
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
介绍本实施例技术方案前，对本实施例应用中涉及的相关技术及场景做介绍。
本实施例涉及对采用OSI模型的计算机网络的多出口路由的负载均衡。OSI模型将计算机网络体系结构划分为以下七层：物理层：将数据转换为可通过物理介质传送的电子信号；数据链路层：决定访问网络介质的方式；在此层将数据分帧，并处理流控制，本层指定拓扑结构并提供硬件寻址；网络层：使用权数据路由经过大型网络；传输层：提供终端到终端的可靠连接；会话层：允许用户使用简单易记的名称建立连接；表示层：协商数据交换格式；应用层：用户的应用程序和网络之间的接口。
本实施例技术方案应用在数据链路层，数据链路层是由多个相互间建立连接的路由器构成的通信网络。OSI模型将网络划分为区域，区域类型包括骨干区域和普通区域。为了实现区域的划分，在网络中工作的路由器分为以下类型：Level 1路由器为普通区域中的路由器，且不连接到另一个区域；Level1-2路由器102为连接不同的普通区域或骨干区域的路由器；Level2路由器101为不连接到其他区域的骨干路由器。如图1所示，为采用OSI模型建立的计算机网络的拓扑结构示意图。Level 1路由器与用户端104连接，接收用户端104发送的流量，即IP报文。Level 1路由器连接多个用户端104，同一个普通区域内的Level 1路由器能够相互连接，但不连接其他区域的路由器。每个普通区域中至少设置有一个Level1-2路由器102，Level1-2路由器102连接多个Level1路由器103，Level1-2路由器102连接的Level1路由器103可以位于一个区域，也可以位于多个区域。Level1-2路由器102与Level2路由器101连接，Level2路由器101仅连接Level1-2路由器102或者其他Level2路由器101，用于建立骨干区域。值得注意的是，Level1路由器103、Level1-2路由器102及Level2路由器101仅指在网络拓扑结构中的逻辑划分，并非是路由器硬件结构上的区别。在硬件结构上，Level1路由器103、Level1-2路由器102及Level2路由器101可以是相同的，区别在于执行OSI模型中的不同功能。当然，为更好的执行OSI模型中的功能，Level1路由器103、Level1-2路由器102及Level2路由器101可以在硬件上进行针对性的优化。
请参阅附图2，为本实施例技术方案所应用的网络拓扑结构示意图。在本实施例中，计算机网络包括接入商中间系统IS3 201、负载均衡控制器IS2 204、接入商中间系统IS1 203和用户中间系统202。用户中间系统202连接用户设备205，用户中间系统202和用户设备205均属于OSI模型中的用户端104。用户中间系统202起到代理用户设备205流量的作用。接入商中间系统IS1 203和负载均衡控制器IS2 204属于OSI模型中的Level1路由器103。接入商中间系统IS1 203即已经能够实现OSI模型中的Level1路由器103，负载均衡控制器IS2 204为本实施例进行的改动部分，增加了一个Level1路由器103，并将其设定为仅处理流量整形和负载均衡工作，不执行流量转发的任务。接入商中间系统IS3 201属于OSI模型中的Level1-2路由器102，用于将本实施例所在的网络区域与骨干网络连通。
接入商中间系统IS3 201在硬件上有多个出口，每个出口在逻辑上相当于一个单独的Level1-2路由器102。本实施例的技术目的在于，为多个出口的流量进行负载均衡。从运营商角度，以最大化利用路由设备。从用户角度，则是在尽可能兼顾更多流量的情况下，努力降低每个流量的网络延迟。因此，本实施例属于QoS范畴。本实施例仅考虑流量出域延迟，即仅考虑流量在接入商中间系统IS3 201上的等待时长。因接入商中间系统IS1 203和负载均衡控制器IS2 204上的延迟较低，本实施例不作讨论。
本实施例使用到了MQC技术，在此对QoS、vlan及MQC进行相关介绍。
vlan（virtual LAN）虚拟局域网，是物理设备上连接的不受物理位置限制的用户的一个逻辑组。在典型交换网络中，当某台主机发送一个广播帧或未知单播帧时，该数据帧会被洪泛，甚至传递到整个广播域。当广播域越大，产生的网络安全问题、垃圾流量问题，就越严重。为此，vlan技术被使用。虚拟局域网vlan可以隔离广播域。具体实现方法为：在交换机上有很多的端口，每个端口连接不同的主机，把不同的端口分配到不同的vlan中，使用vlan ID区分不同的虚拟局域网，不同的vlan之间不能直接通信。如vlan ID为10的端口能够向另一台交换机的vlan ID同样为10的端口发送消息，但不能向vlan ID为20的端口发送消息。借助vlan ID能够实现逻辑上的流量分区。
QoS的保证对于容量有限的网络来说是十分重要的，特别是对于流多媒体应用，例如Vo报文和报文TV等，因为这些应用常常需要固定的传输率，对延时也比较敏感。当网络发生拥塞的时候，所有的数据流都有可能被丢弃；为满足用户对不同应用不同服务质量的要求，就需要网络能根据用户的要求分配和调度资源，对不同的数据流提供不同的服务质量：对实时性强且重要的数据报文优先处理；对于实时性不强的普通数据报文，提供较低的处理优先级，网络拥塞时甚至丢弃。实现流量差异化处理时，需借助MQC技术。
MQC(Modular QoS )，模块化QoS命令行接口。MQC是一种配置方法，它通过配置流分类、流行为、流策略和应用流策略来完成QoS业务的配置。配置MQC包括以下步骤：配置流分类、配置流行为、配置流策略和应用流策略。具体而言，配置流分类：流分类用来定义一组流量匹配规则，用于对IP报文进行分类。使用traffic classifier classifier-name命令创建流分类并进入流分类视图，在流分类视图下通过if-match开头的命令定义匹配规则。例如以下代码实现将vlan ID为10的流量的匹配。
<HUAWEI>system-view
[HUAWEI] traffic classifier c1 //创建流分类c1，并进入流分类视图
[HUAWEI-classifier-c1] if-match vlan-id 10 //在流分类中，指定匹配VLANID为10的IP报文
[HUAWEI-classifier-c1] quit //返回系统视图
配置流行为，流行为用来定义针对某类报文所做的动作，例如IP报文过滤、重定向、流量监管、流量统计等。使用traffic behavior behavior-name命令创建流行为并进入流行为视图，在流行为视图下通过deny、permit、redirect、car、remark等命令定义动作。例如以下代码实现流量统计的流行为。
[HUAWEI] traffic behavior b1 //创建流行为b1，并进入流行为视图
[HUAWEI-behavior-b1] statistic enable //在流行为中，指定执行流量统计动作
[HUAWEI-behavior-b1] quit //返回系统视图
配置流策略，在流策略中将指定的流分类和指定的流行为绑定，实现对分类后的IP报文执行对应流行为中定义的动作。应用流策略：将流策略应用到全局、接口或VLAN。应用流策略后，设备将对通过全局、接口或VLAN且匹配流分类规则的IP报文执行流行为中的动作。全局、每个接口或每个VLAN的每个方向上能且只能应用一个流策略。在接口视图、系统视图或VLAN视图下执行traffic-policy命令应用流策略时，需要通过参数inbound或outbound指定对入方向报文（即设备接收的报文）或出方向报文（即设备发出的报文）实施策略控制。DSCP优先级同时约束了路由器对IP报文的丢弃，DSCP优先级高于预设阈值时，IP报文将不允许被丢弃，但DSCP优先级低于或等于预设阈值时，这样的IP报文在路由器拥挤时，有可能被路由器丢弃。通过为视频信号、语音通话等丢包及延迟要求较高的流量，匹配较高的DSCP优先级。将文件传输等对丢包及延迟要求较低的流量匹配较低的DSCP优先级。当网络拥挤时，将优选保证视频信号、语音通话的流量的传输，提高用户的网络使用体验满意度，即保证了QoS。
本实施例在配置流行为中，通过在IP报文头中加入相关标识，实现了流量整形。借助IP报文头中新增的标识信息，包括调整后的DSCP优先级信息，实现接入商中间系统IS3201处的多出口的流量负载均衡。
具体而言，实施例一提供了一种多网络出口智能负载均衡方法，请参阅附图3，本实施例中，接入商中间系统IS1 203执行以下步骤：
接入商中间系统IS1 203部署有MQC，根据MQC对用户流量进行流分类及重定向；
符合流分类规则的IP报文将重定向到负载均衡控制器IS2 204；
接收负载均衡控制器IS2 204返回的流量，将返回的流量根据DSCP优先级标记及MQC转发至接入商中间系统IS3 201。
负载均衡控制器IS2 204执行以下步骤：
生成至少一个价值度函数，价值度函数为价值度对IP报文等待时长的函数；
接收重定向后的IP报文，根据MQC及多网络出口的带宽使用率，为每个IP报文关联价值度函数并指定DSCP优先级；
在相应IP报文的报文头部添加价值度函数标识及DSCP优先级标记，指定VLAN ID，将IP报文发回接入商中间系统IS1 203。
接入商中间系统IS3 201执行以下步骤：
根据IP报文的报文头及多网络出口实时负载，将负载转发至互联网。
DSCP即差分服务代码点。它在每个数据报文的IP头部的服务类别TOS字段中，长度为6bit，DSCP的值范围为0~63。DSCP是“IP优先”和“服务类型”字段的组合。本实施例提供了具体的接入商中间系统IS1 203对用户流量进行流分类的方法，请参阅附图4，包括：
步骤A01）接入商中间系统IS1 203接收若干组流分类规则，每组流分类规则作为一个流分类，并关联流分类名称；
步骤A02）接入商中间系统IS1 203接收每组流分类的最大延迟时长设置，将最大延迟时长关联流分类名称；
步骤A03）接入商中间系统IS1 203将接收到的IP报文与流分类规则匹配，若匹配成功，则将IP报文转发至负载均衡控制器IS2 204，若匹配不成功，则将IP报文发送至接入商中间系统IS3 201。
本领域已存在的流量负载均衡处理过程如下：首先，对接收到的用户流量通过MQC策略方式引流到特定设备。其次，在特定设备按照逐流分流的处理方式进行流量整形，设定发送流量数值幷添加DSCP优先级标记，指定vlan id幷返回。然后最初接收用户流量的设备接收到返回的流量后，通过策略匹配DSCP优先级标记，按照约束条件并转发流量。最后，用户流量到达上层设备，根据多网络出口带宽利用率，网络质量等情况实现负载转发，优选最优出口。该方案的缺点为：设备性能要求很高，基于硬件层面转发；芯片资源占用很大，涉及流量整形的相关策略会大量占用芯片资源，容易引起资源不足，影响其他业务转发。
本实施例，则通过负载均衡控制器IS2 204将价值度函数及DSCP优先级添加到IP报文头，转发至接入商中间系统IS3 201后，由接入商中间系统IS3 201根据实时的网络出口负载及每个出口处排队IP报文的报文头内容，动态生成转发方案，实现了动态的优先级标记，能够提高路由出口带宽的利用率，并同时实现差异化转发，能够兼顾QoS的提高。另一方面，本实施例提供了在流量整形过程中，不仅对DSCP优先级标记进行整形，同时引入价值度函数的方案。接入商中间系统IS1 203直接使用现有的三层交换设备即可。只需要支持TCP/IP协议簇的交换及路由协议即可。负载均衡控制器IS2 204则在TCP/IP协议簇的基础上，进行二次开发，将本实施例记载的方法编制成程序导入即可。
请参阅附图5，负载均衡控制器IS2 204为每个IP报文关联价值度函数的方法包括：
步骤B01）生成价值度函数表，价值度函数表包括至少一个价值度函数及对应的序号，将价值度函数表发送至接入商中间系统IS3 201，价值度函数的自变量为IP报文等待时长t，函数值为价值度v；
步骤B02）读取MQC，获得IP报文的流分类，获得IP报文的优先级、期待延迟t1和允许延迟t2，根据优先级生成IP报文的DSCP优先级；
步骤B03）读取接入商中间系统IS3 201的多个端口带宽使用率；
步骤B04）根据优先级、期待延迟、允许延迟及端口带宽使用率，为每个IP报文生成价值度函数；
步骤B05）将价值度函数标识及DSCP优先级写入IP报文头部，指定VLAN ID，将IP报文发回接入商中间系统IS1 203。
借助MQC实现对用户流量的分类，实现相应的IP报文的差异化转发服务，根据分类及网络出口实时负载，实现价值度函数的关联，使用户流量分组能够灵活的实现。
作为最佳的实施方式，价值度函数为分段函数，IP报文等待时长t∈(0,t1]为随机段，IP报文等待时长t∈(t1,t2]为竞争段，IP报文等待时长t∈(t2,tmax]为博弈段，处于随机段的价值度函数为常数函数，处于竞争段的价值度函数为增函数，处于博弈段的价值度函数为减函数；
价值度函数表包括若干个函数段，若干个函数段的类型包括常数函数、增函数及减函数，函数段具有序号及参数向量，价值度函数标识包括序号及参数向量。分段式价值度函数能够避免恶性竞争，有助于实现路由出口更好的兼顾各个DSCP优先级的流量。为每个IP报文选择带宽使用率最低的端口，而后根据带宽使用率最低的端口的当前带宽使用率，具体生成价值度函数。当带宽使用率较高时，生成价值度函数的价值度v的值相对更高。当带宽使用率较低时，生成价值度函数的价值度v的值相对更低。通过SNMP协议对各个网络设备的物理状态，硬件资源及接口进行监控，能够获得接入商中间系统IS3的每个出口端口的带宽使用率。DSCP优先度更高的IP报文竞争段及博弈段的斜率更大。如表1所示，为本实施例提供的价值度函数表，通过指定序号并给出具体的参数向量，即可唯一确定出价值度函数的一个函数段。三个函数段的序号及参数向量能够唯一确定出价值度函数。将三个函数段的序号及参数向量填入IP报文头即可。IP报文头的长度具有固定部分，长度20字节。同时也具有可变长度的部分，因此足够填入上述信息。
表1 价值度函数表
请参阅附图6，负载均衡控制器IS2 204为IP报文生成价值度函数的方法包括：
步骤C01）从价值度函数表中为随机段选择函数段，使优先级更高的IP报文关联的随机段的价值度v更高；
步骤C02）从价值度函数表中为竞争段选择函数段，使优先级更高的IP报文关联的竞争段的平均斜率更大，竞争段的起点与随机段相交；
步骤C03）从价值度函数表中为博弈段选择函数段，使优先级更高的IP报文关联的博弈段的平均斜率更大，博弈段的起点与竞争段相交；
步骤C04）读取期待延迟、允许延迟及端口带宽使用率，设置随机段的终点t1等于期待延迟，设置竞争段的终点t2等于允许延迟；
步骤C05）读取端口带宽使用率，选择当前端口带宽使用率最低的端口，计算选择的端口带宽使用率与预设的参照使用率的比值，将随机段的价值v乘以比值，作为随机段的常数值；
步骤C06）将随机段、竞争段、博弈段的函数段序号以及随机段的常数值，作为价值度函数标识写入IP报文头部。
请参阅附图7，本实施例提供了一种接入商中间系统IS3 201根据IP报文的报文头及多网络出口实时负载，将负载转发至互联网的方法包括：
步骤D11）接入商中间系统IS3 201将工作时段划分多个分片时段，计算每个分片时段能够发送的IP报文数量N；
步骤D12）分片时段开始前，接入商中间系统IS3 201读取当前排队的全部IP报文，以分片时段的起始时刻，计算每个IP报文的价值度函数的函数值，将函数值与调整系数相乘作为价值度v，调整系统由DSCP优先级标记确定；
步骤D13）为分片时段选择N个IP报文， 使分片时段发送的全部IP报文的总价值度最大。
请参阅附图8，表示了5个IP报文先后到达接入商中间系统IS3 201的一个网络出口。为叙述简便，假设一个网络出口在一个分片时段仅发送一个IP报文。IP报文①的DSCP优先级为01，IP报文②、③、④、⑤的DSCP优先级均为02。若采用现有技术，仅考虑DSCP优先级标记，则IP报文①在4个分片时段内均不会被发出。因此最终IP报文①将会被淘汰丢弃。而其余IP报文均在到达后的第一个分片时段内，即被发出，拥有较小的网络延迟。
显然IP报文②、③、④、⑤是可以适当承受一些网络延迟的，从而让出一个分片时段，使得IP报文①能够得以发出。
而采用步骤D11）至步骤D13）记载的方法，能够在第3个分片时段，IP报文①的价值度v将超过IP报文④。本实施例以分片时段期间，价值度函数的最大值，作为整个分片时段的IP报文的价值度v。从而使IP报文④被延后，让出第3个分片时段，使IP报文①得以发到骨干区域。IP报文④实际将会延后一个分片时段，因下一个分片时段中，IP报文④的价值度v高于IP报文⑤的价值度。IP报文⑤也将在期待延迟t1期间内被发送到骨干区域。因此，本实施例提供的方案更好的利用了路由器的资源。更好的兼顾了多种DSCP优先级的IP报文对出口端口的竞争。
请参阅附图9，在另外的实施例中，接入商中间系统IS3 201根据IP报文的报文头及多网络出口实时负载，将负载转发至互联网的方法包括：
步骤D21）接入商中间系统IS3 201将工作时段划分多个分片时段，计算每个分片时段能够发送的IP报文数量N；
步骤D22）接收配置值M，接入商中间系统IS3 201读取当前排队的全部IP报文；
步骤D23）接入商中间系统IS3 201为后续的M个分片时段分别选择并分配N个IP报文，生成负载转发方案；
步骤D24）以每个分片时段的起始时刻，计算每个IP报文的价值度函数的函数值，将函数值与调整系数相乘作为价值度v，调整系统由DSCP优先级标记确定；
步骤D25）接入商中间系统IS3 201调整后续的M个分片时段的负载转发方案，使M个分片时段转发的全部IP报文的总价值度最大。
请再次参阅附图8，采用步骤D21）至步骤D25）记载的方法，假设已知IP报文①、②、③、④、⑤的到达时间和价值度函数，一次统筹规划后续5个分片时段的负载转发。则使5个分片时段转发的全部IP报文的总价值度最大的转发方案为：IP报文②->IP报文③->IP报文①->IP报文④->IP报文⑤，同样能够使IP报文①得以发出。
假设第一个分片时段设备故障，第2个分片时段必须发送IP报文①，在此基础上，按照步骤D21）至步骤D25）记载步骤，一次性规划第2个分片时段至第6个分片时段的负载转发。转发顺序将为：IP报文①-> IP报文②->IP报文③-> IP报文④->IP报文⑤。在第3个分片时段会转发IP报文②而不是同分片时段的价值度更高的IP报文③的原因在于，若不在第3个分片时段将IP报文②转发，则会在下一个分片时段遭受更为显著的价值度损失。换言之，步骤D21）至步骤D25）记载方法，不仅考虑到IP报文的价值度高低的竞争，还考虑到了若延迟IP报文的转发，会带来的价值度损失的比较，使负载转发更为科学。
另一方面，本实施例提供了接入商中间系统IS3 201将工作时段划分多个分片时段的方法，具体包括：
接入商中间系统IS3 201计算多网络出口实时负载率的平均负载率；
接入商中间系统IS3 201根据平均负载率动态调整分片时段的长度。
另一方面，本申请实施例提供了一种嵌入式系统300，请参阅附图10，嵌入式系统300包括存储器301、处理器303以及存储在存储器301中并可在处理器303上运行的嵌入式程序302，嵌入式程序302被处理器303执行时实现如前述的方法。
嵌入式系统300可以是一个通用嵌入式系统300或一个专用嵌入式系统300。在具体实现中。本领域技术人员可以理解，图10仅仅是嵌入式系统300的举例，并不构成对嵌入式系统300的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，比如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。
处理器303可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），处理器303还可以是其他通用处理器303、数字信号处理器303（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现成可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器303可以是微处理器303或者也可以是任何常规的处理器303。
存储器301在一些实施例中可以是嵌入式系统300的内部存储单元，如RAM。存储器301在另一些实施例中也可以是嵌入式系统300的外部存储设备，比如插接式硬盘、智能存储卡（Smart Media Card，SMC）、安全数字（Secure Digital，SD）卡、闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器301还可以既包括嵌入式系统300的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器301用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序（Boot Loader）、数据以及其他程序等。存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
另一方面，本申请实施例提供了一种可读存储介质，可读存储介质存储有嵌入式程序302，嵌入式程序302被处理器303执行时实现如前述的方法。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (9)
1.一种多网络出口智能负载均衡方法，其特征在于，
接入商中间系统IS1执行以下步骤：
所述接入商中间系统IS1部署有MQC，根据所述MQC对用户流量进行流分类及重定向，其中MQC指模块化QoS命令行；
符合流分类规则的IP报文将重定向到负载均衡控制器IS2；
接收负载均衡控制器IS2返回的流量，将所述返回的流量根据DSCP优先级标记及MQC转发至接入商中间系统IS3；
负载均衡控制器IS2执行以下步骤：
生成至少一个价值度函数，所述价值度函数为价值度对IP报文等待时长的函数；
接收重定向后的所述IP报文，根据所述MQC及多网络出口的带宽使用率，为每个所述IP报文关联价值度函数并指定DSCP优先级；
在相应IP报文的IP报文头部添加价值度函数标识及DSCP优先级标记，指定VLAN ID，将所述IP报文发回所述接入商中间系统IS1；
接入商中间系统IS3执行以下步骤：
根据所述IP报文的IP报文头及多网络出口实时负载，将负载转发至互联网；
负载均衡控制器IS2为每个所述IP报文关联价值度函数的方法包括：
生成价值度函数表，所述价值度函数表包括至少一个价值度函数及对应的序号，将价值度函数表发送至接入商中间系统IS3，所述价值度函数的自变量为IP报文等待时长t，函数值为价值度v；
读取所述MQC，获得所述IP报文的流分类，获得所述IP报文的优先级、期待延迟t1和允许延迟t2，根据所述优先级生成所述IP报文的DSCP优先级；
读取接入商中间系统IS3的多个端口带宽使用率；
根据所述优先级、期待延迟、允许延迟及所述端口带宽使用率，为每个IP报文生成价值度函数；
将价值度函数标识及DSCP优先级写入IP报文头部，指定VLAN ID，将所述IP报文发回所述接入商中间系统IS1；
通过在IP报文头中加入相关标识，实现了流量整形，借助IP报文头中新增的标识信息，包括调整后的DSCP优先级信息，实现接入商中间系统IS3处的多出口的流量负载均衡。
2.根据权利要求1所述的一种多网络出口智能负载均衡方法，其特征在于，
接入商中间系统IS1对用户流量进行流分类的方法包括：
接入商中间系统IS1接收若干组流分类规则，每组流分类规则作为一个流分类，并关联流分类名称；
接入商中间系统IS1接收每组流分类的最大延迟时长设置，将最大延迟时长关联流分类名称；
接入商中间系统IS1将接收到的IP报文与所述流分类规则匹配，若匹配成功，则将所述IP报文转发至负载均衡控制器IS2，若匹配不成功，则将所述IP报文发送至接入商中间系统IS3。
3.根据权利要求1所述的一种多网络出口智能负载均衡方法，其特征在于，
所述价值度函数为分段函数，IP报文等待时长t∈(0,t1]为随机段，IP报文等待时长t∈(t1,t2]为竞争段，IP报文等待时长t∈(t2,tmax]为博弈段，处于随机段的所述价值度函数为常数函数，处于所述竞争段的所述价值度函数为增函数，处于博弈段的所述价值度函数为减函数；
所述价值度函数表包括若干个函数段，若干个所述函数段的类型包括常数函数、增函数及减函数，所述函数段具有序号及参数向量，所述价值度函数标识包括所述序号及参数向量。
4.根据权利要求3所述的一种多网络出口智能负载均衡方法，其特征在于，
负载均衡控制器IS2每个IP报文生成价值度函数的方法包括：
从所述价值度函数表中为随机段选择函数段，使所述优先级更高的IP报文关联的随机段的价值度v更高；
从所述价值度函数表中为竞争段选择函数段，使所述优先级更高的IP报文关联的竞争段的平均斜率更大，所述竞争段的起点与所述随机段相交；
从所述价值度函数表中为博弈段选择函数段，使所述优先级更高的IP报文关联的博弈段的平均斜率更大，所述博弈段的起点与所述竞争段相交；
读取所述期待延迟、允许延迟及所述端口带宽使用率，设置随机段的终点t1等于所述期待延迟，设置竞争段的终点t2等于所述允许延迟；
读取所述端口带宽使用率，选择当前端口带宽使用率最低的端口，计算选择的端口带宽使用率与预设的参照使用率的比值，将所述随机段的价值v乘以所述比值，作为随机段的常数值；
将所述随机段、竞争段、博弈段的函数段序号以及随机段的常数值，作为价值度函数标识写入IP报文头部。
5.根据权利要求3所述的一种多网络出口智能负载均衡方法，其特征在于，
接入商中间系统IS3根据所述IP报文的IP报文头及多网络出口实时负载，将负载转发至互联网的方法包括：
接入商中间系统IS3将工作时段划分多个分片时段，计算每个分片时段能够发送的IP报文数量N；
分片时段开始前，接入商中间系统IS3读取当前排队的全部IP报文，以分片时段的起始时刻，计算每个IP报文的价值度函数的函数值，将所述函数值与调整系数相乘作为价值度v，所述调整系数由所述DSCP优先级标记确定；
为所述分片时段选择N个IP报文，使所述分片时段发送的全部IP报文的总价值度最大。
6.根据权利要求3所述的一种多网络出口智能负载均衡方法，其特征在于，
接入商中间系统IS3根据所述IP报文的IP报文头及多网络出口实时负载，将负载转发至互联网的方法包括：
接入商中间系统IS3将工作时段划分多个分片时段，计算每个分片时段能够发送的IP报文数量N；
接收配置值M，接入商中间系统IS3读取当前排队的全部IP报文；
接入商中间系统IS3为后续的M个分片时段分别选择并分配N个IP报文，生成负载转发方案；
以每个分片时段的起始时刻，计算每个IP报文的价值度函数的函数值，将所述函数值与调整系数相乘作为价值度v，所述调整系数由所述DSCP优先级标记确定；
接入商中间系统IS3调整后续的M个分片时段的负载转发方案，使M个分片时段转发的全部IP报文的总价值度最大。
7.根据权利要求3所述的一种多网络出口智能负载均衡方法，其特征在于，
接入商中间系统IS3将工作时段划分多个分片时段的方法包括：
接入商中间系统IS3计算多网络出口实时负载率的平均负载率；
接入商中间系统IS3根据所述平均负载率动态调整所述分片时段的长度。
8.一种嵌入式系统，其特征在于，所述嵌入式系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的嵌入式程序，所述嵌入式程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的一种多网络出口智能负载均衡方法。
9.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质存储有嵌入式程序，所述嵌入式程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的一种多网络出口智能负载均衡方法。
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