CN116760655B - Sd-wan应用中提供cpe最优接入的pop点方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了SD‑WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法，通过客户前置设备CPE传递的IP信息中，解析出对应的地域和运营商信息；根据解析出的地域和运营商信息，从POP资源池中通过规则调度得到匹配的最优POP队列；从队列中获取最优的一组POP点，并且将分布在至少两个机房的该组POP点反馈给客户前置设备CPE。本发明提高了网络测量、性能评估、流量分析和路由优化等流程的计算速度，同时，通过合理分配POP点，还可以更充分地利用网络资源，提高SD‑WAN网络的性能和效率。
Description
技术领域
本发明属于计算机网络领域，具体涉及SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法。
背景技术
SD-WAN（Software-defined networking in a wide area network，软件定义广域网）是一系列技术的集合，主要概念是将软件定义网络（SDN）的技术应用在管理广域网络（WAN）。软件定义网络技术使用虚拟化技术，简化资料中心的管理及维运的工作；延伸这个概念，将相关技术应用于广域网络之上，可以简化企业级用户对于广域网络的控管。
传统的SD-WAN中，POP（Point-of-Presence，网络接入点）的优选接入，通常是基于固定的规则或静态配置，没有充分考虑CPE（Customer Premise Equipment，客户前置设备）所在地域和运营商信息的变化。这可能导致网络测量、性能评估、流量分析和路由优化等流程计算速度较慢，并且无法充分利用网络资源，影响网络的性能和效率。
发明内容
为解决现有技术的不足，在SD-WAN应用中基于地域和运营商信息进行POP点优选接入，实现提高网络测评等流程的计算速度，充分地利用网络资源，提高网络性能和效率的目的，本发明采用如下的技术方案：
一种SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法，包括如下步骤：
步骤一：通过客户前置设备CPE传递的IP信息中，解析出对应的地域和运营商信息；
步骤二：根据解析出的地域和运营商信息，从POP资源池中通过规则调度得到匹配的最优POP队列；
步骤三：从队列中获取最优的一组POP点，并且将分布在至少两个机房的该组POP点反馈给客户前置设备CPE。
进一步地，所述步骤二中，POP资源池中的POP点绑定一个机房，机房和POP点为一对多关系，机房有地域属性，POP点的地域信息即为机房的地域信息。
进一步地，所述步骤二中的规则调度包括系统过滤、负载计算和地域计算，系统过滤基于可用的POP点构建队列q，负载计算基于POP点连接的客户前置设备CPE系统性能，对队列q排序，地域计算将客户前置设备CPE的地域信息依次与排序后的队列q中的POP进行匹配，并基于地域和运营商的匹配程度进行排序，得到队列q2作为最优POP队列。
进一步地，所述步骤二中的POP点绑定一组VPE（Virtual Provider Edge，虚拟运营商边缘），POP点和VPE为一对多关系，VPE是具体的服务器实例，在SD-WAN网络中，VPE为CPE提供网络运营商线路，每个VPE具有固定运营商和IP属性，最终得到最优的VPE队列。CPE对每个VPE的IP周期性进行探测并计算得分来决定最优连接，而大量的VPE用于CPE周期性探测计算，尤其是存在海外和国内之间的探测，容易出发超时，通过本发明的方法能够大幅减少VPE的数量，提高系统效率，从而减轻了CPE探测VPE的压力，并且不会出现国内外CPE和VPE探测的情况，提供的VPE更合适CPE的连接。
进一步地，所述步骤二中的规则调度包括系统过滤，将POP资源池中标记为不可用状态的POP点剔除，VPE具有上线/离线状态和可选/不可选状态，当一个POP点下没有任何在线且可选的VPE时，该POP点将被剔除，最后将所剩POP资源池在线且可选的VPE集合存到有序队列q中，对应q中的VPE的属性包括：地域信息、所属POP点、IP、运营商。当前VPE会实时上报监控数据的系统性能，若触发VPE告警，则会自动触发VPE的隧道缩减，隧道缩减会更新当前VPE为不可选状态，则该VPE在系统过滤中会被剔除，随后随机的将该VPE连接的r%的CPE发送重新调度POP的消息，CPE收到消息后会重新调度POP点，并选择新的VPE进行隧道连接，以此来避免VPE性能状态差导致CPE的网络质量下降等问题。
进一步地，所述步骤二中的规则调度包括负载计算，遍历q队列的VPE集合，查询当前VPE连接的客户前置设备CPE的系统性能，并基于系统新能进行排序。
进一步地，所述CPE的系统性能包括：CPE数量、CPU占用、内存占用，当客户前置设备CPE数量大于k或CPU占用大于g%或内存占用大于m%时，则剔除该VPE，其中k、g、m为系统配置变量；最后将队列q依次按内存占用、CPU占用、CPE数量自少向大进行前后排序。
进一步地，所述地域计算是先创建一个队列q2，将获取的客户前置设备CPE地域信息和运营商信息，与队列q中的VPE中对应的固定运营商和IP属性依次进行匹配，将匹配的POP点依次添加到新的队列q2中，q2即为最优的VPE队列。
进一步地，所述地域信息包括：城市、省份、区域、国家，所述匹配规则依次为VPE点和客户前置设备CPE相同城市、相同运营商；相同城市、不同运营商；相同省份、相同运营商；相同省份、不同运营商；相同区域、相同运营商；相同区域、不同运营商；相同国家、相同运营商；相同国家、不同运营商。
进一步地，所述步骤三中，对最优POP队列进行遍历，取出前n个POP点，若该n个POP点所在机房大于等于两个，则返回此结果到客户前置设备CPE；若该n个POP点均为同一机房，则继续遍历获取到非同一机房的第一个POP点，最终返回n+1个POP点到客户前置设备CPE。多机房POP点在某个机房发生不可预料的不可用情况，CPE可以自动切换隧道至可用的POP点上，保证了高可用。
本发明的优势和有益效果在于：
本发明的SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法，通过根据客户前置设备CPE的地域和运营商信息选择最优的POP点，可以提高网络测量、性能评估、流量分析和路由优化等流程的计算速度。同时，通过合理分配POP点，还可以更充分地利用网络资源，提高SD-WAN网络的性能和效率。
附图说明
图1是传统CPE的POP调度规则示意图。
图2是本发明实施例中POP点优选接入方法的流程图。
图3a是本发明实施例中设备CPU使用率示意图。
图3b是本发明实施例中设备内存使用率示意图。
图4是本发明实施例中装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
现有技术中，如图1所示，CPE通过对POP的资源等信息进行计算来选择其中合适的，但是POP越来越多，反而降低了这种计算效率，因此，本发明提供一种SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法，如图2所示，包括如下步骤：
步骤一：通过客户前置设备CPE传递IP信息，并解析出对应的地域和运营商信息。
其中，IP信息为wanIp信息，客户前置设备CPE将当前的wanIp信息作为参数传递给后端服务，后端服务解析出wanIP对应的地域和运营商信息，以符合客户前置设备CPE所在的网络环境。例如CPE上报当前的wanIp为183.136.223.120，通过第三方IP库解析出地域和运营商信息为：区域=华东、城市=杭州、国家=中国、运营商=电信、省份=浙江。
步骤二：根据步骤一所得的客户前置设备CPE地域和运营商信息，从POP资源池中进行多种规则调度得到一个匹配的最优VPE队列。这些优先策略规则可以包括系统过滤、负载计算和地域计算等。系统过滤会剔除不在线或版本不匹配的POP点，负载计算会考虑当前POP点VPE的连接数量、CPU占用和内存占用等指标，地域计算会根据客户前置设备CPE的地域信息和POP点的地域信息进行匹配。
具体地，POP资源池中的POP点都绑定一个机房，机房和POP点为一对多关系，机房有地域属性，POP点的地域信息为机房的地域信息，例杭州下沙有一个机房，则绑定的POP地域信息为：区域=华东、城市=杭州、国家=中国、省份=浙江；POP点可有多个VPE绑定，POP点和VPE为一对多关系，在SD-WAN网络中VPE为CPE提供网络运营商线路，每个VPE具有固定运营商和IP属性。
在进行调度前，创建一个空的有序队列q，依次对POP资源池进行系统过滤、负载计算、地域计算。
系统过滤是将POP资源池中标记为不可用状态的POP点剔除，该状态为管理员控制用于应对特殊场景如POP点异常情况；VPE具有上线/离线状态和可选/不可选状态，如果一个POP点下没有任何在线且可选的VPE也将被剔除，最后将所剩POP资源池在线且可选的VPE集合存到有序队列q中，对应q中的VPE有以下属性：地域信息、所属POP点、IP、运营商。
负载计算是将q队列的VPE集合遍历查询当前VPE连接的客户前置设备CPE数量、CPU占用、内存占用，当客户前置设备CPE数量大于k或CPU占用大于g%或内存占用大于m%时，则剔除该VPE，其中k、g、m为系统配置变量；最后将队列q重新按内存占用越小越优先，内存相同时，则按客户前置设备CPE数量越少越优先进行排序。例如：k=128，g=80%，m=80%，VPE1的CPE数=80、cpu=40%、内存=40%，VPE2的CPE数=82、cpu=45%、内存=38%，VPE3的CPE数=100、cpu=70%、内存=82%；则VPE3超过内存阈值，最终q队列排序为VPE2、VPE1。
地域计算是先创建一个队列q2，将获取的客户前置设备CPE地域信息城市、省份、地域、国家、运营商信息和队列q中的VPE信息依次进行匹配，匹配规则依次为VPE点和客户前置设备CPE相同城市、相同运营商；相同城市、不同运营商；相同省份、相同运营商；相同省份、不同运营商；相同区域、相同运营商；相同区域、不同运营商；相同国家、相同运营商；相同国家、不同运营商。以如上规则依次遍历队列q，将匹配的POP点依次添加到新的队列q2中，q2即为最优的VPE队列。
例如：CPE的wanIp信息为电信+杭州：
从队列q依次匹配VPE的城市=杭州、运营商=电信，满足条件添加到队列q2中；
从队列q依次匹配VPE的城市=杭州，满足条件添加到队列q2中；
从队列q依次匹配VPE的省份=浙江、运营商=电信，满足条件添加到队列q2中；
从队列q依次匹配VPE的省份=浙江，满足条件添加到队列q2中；
从队列q依次匹配VPE的区域=华东、运营商=电信，满足条件添加到队列q2中；
从队列q依次匹配VPE的区域=华东，满足条件添加到队列q2中；
从队列q依次匹配VPE的国家=中国、运营商=电信，满足条件添加到队列q2中；
从队列q依次匹配VPE的国家=中国，满足条件添加到队列q2中。 步骤三：将步骤二的VPE队列进行筛选，获取队列中前n个POP点并且需要在至少两个机房的VPE返回给客户前置设备CPE。
具体地，返回的POP数n为系统配置变量，将步骤二返回的优先队列进行遍历，取出前n个POP的VPE，如果该n个POP的VPE所在机房大于等于两个，则返回此结果到客户前置设备CPE。如果该n个POP点的VPE都是同一机房，则继续遍历队列，获取到非同一机房的第一个POP点，最终返回该n+1个POP点的VPE到客户前置设备CPE。
多机房POP点在某个机房发生不可预料的不可用情况，CPE可以自动切换隧道至可用的POP点上，保证了高可用。对于CPE通过自身的调度逻辑（一种SD-WAN网络中POP点选择接入方法），需要CPE对每个VPE的IP周期性进行探测并计算得分来决定最优连接，特别是海外和国内之间的探测容易触发超时。
例如没使用当前优选接入方案时，提供了100个VPE用于CPE周期性探测计算，其中存在海外的VPE，进行周期性探测，并上报CPU、内存相关信息；随后手动触发CPE重新调度POP点提供了当前优选接入功能，提供的VPE减少到了6个，CPE继续进行周期性探测。如图3a、图3b所示，经测试发现，使用本方案通过减少VPE的数量减轻了CPE探测VPE的压力，并且不会出现国内外CPE和VPE探测的情况，提供的VPE更合适CPE的连接，可以有效降低CPU的占用率，提高整体的CPE性能。
此外，对VPE进行性能监控和追踪并进行隧道缩减，在SD-WAN网络中，VPE的性能状况直接影响网络的延迟、吞吐量和稳定性，传统的POP点接入未能充分考虑VPE的实时性能状况，导致网络质量下降。
当前VPE会实时上报监控数据如CPU、内存、带宽使用率等，通过SD-WAN中的NMS系统的告警模块可以配置对应VPE的监控告警，如果触发VPE告警便会自动触发VPE的隧道缩减，缩减流程会先更新当前VPE为不可选状态，则该VPE在步骤二中的系统过滤中会被剔除，随后随机的将该VPE连接的r%的CPE发送重新调度POP的消息，CPE收到消息后会重新调度POP点，并选择新的VPE进行隧道连接，以此来避免VPE性能状态差导致CPE的网络质量下降等问题。
上述隧道缩减操作在执行过一次后，最近10分钟即使重复收到告警不会进行隧道缩减操作。
当前为 VPE 配置的告警规则有以下两种：
1.VPE负载过高：
PromQL = (rate(node_network_receive_bytes_total[2m])*8>1000*1024*1024or rate(node_network_transmit_bytes_total[2m])*8>1000*1024*1024) and (1-avg(rate(node_cpu_seconds_total[2m])) by (name,pop))>0.8 and (1-node_memory_MemAvailable_bytes/node_memory_MemTotal_bytes)>0.8
2.VPE进程异常：
PromQL = namedprocess_namegroup_num_procs==0
上述指标1表示VPE流量CPU和内存达到一定的值，值为NMS的告警模块中可配置，便触发对应的告警，针对当前告警事件，上述步骤中的r%为20%。
上述指标2表示VPE上报进程出现异常，便触发对应的告警，针对当前告警事件，上述步骤中的r%为100%。
上述NMS系统为SD-WAN网络管理系统，告警模块为NMS系统中的子模块，CPE会上报指标数据到Prometheus中，NMS通过推送告警指标数据到Prometheus的alert模块，alert模块触发告警便会回调NMS系统的接口。
本发明提供了更精准的POP点：传统的POP点选择通常基于固定的规则或静态配置，无法根据CPE的地域和运营商信息进行动态调整。而本发明利用CPE的地域和运营商信息作为条件，结合多种规则调度，能够更精准地选择最适合的POP点。这样可以提高网络性能，降低延迟，并优化用户体验。
本发明提升了流量优化效果：考虑到CPE所在地域和运营商的变化，将其纳入POP点选择的决策过程中。通过根据CPE的地域信息和POP点的地域信息进行匹配，选择地域相近且运营商匹配的POP点，可以更好地优化流量路径，减少网络拥塞，提高带宽利用率，从而提升流量优化效果。
本发明加快了流程计算速度：采用多种优先策略规则，如系统过滤、负载计算和地域计算等，对POP点进行调度和筛选。这些规则能够快速剔除不符合条件的POP点，并按照一定的优先级重新排序。通过优化POP点选择的过程，可以加快网络测量、性能评估、流量分析和路由优化等流程的计算速度，提高系统的响应效率。
本发明提高了可靠性和冗余性：在选择POP点时要求至少选择两个机房的POP点，并且考虑机房和POP点的地域属性。这样做的好处是能够充分利用不同机房的网络资源，并避免出现单机房不可用时大量CPE出现网络故障的概率，提高网络的冗余性和可靠性。同时，通过考虑运营商和地域的匹配，可以更好地实现多路径的负载均衡，进一步提升网络性能。
与前述SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法的实施例相对应，本发明还提供了SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点装置的实施例。
参见图4，本发明实施例提供的SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点装置，包括存储器和一个或多个处理器，存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现上述实施例中的SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法。
本发明SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点装置的实施例可以应用在任意具备数据处理能力的设备上，该任意具备数据处理能力的设备可以为诸如计算机等设备或装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在任意具备数据处理能力的设备的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图4所示，为本发明SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点装置所在任意具备数据处理能力的设备的一种硬件结构图，除了图4所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的任意具备数据处理能力的设备通常根据该任意具备数据处理能力的设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。
上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述实施例中的SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法。
所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元，例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是任意具备数据处理能力的设备的外部存储设备，例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡（Smart Media Card，SMC）、SD卡、闪存卡（Flash Card）等。进一步的，所述计算机可读存储介质还可以既包括任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述任意具备数据处理能力的设备所需的其他程序和数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：通过客户前置设备CPE传递的IP信息中，解析出对应的地域和运营商信息；
步骤二：根据解析出的地域和运营商信息，从POP资源池中通过规则调度得到匹配的最优POP队列；
POP点绑定一组VPE，POP点和VPE为一对多关系，在SD-WAN网络中，VPE为CPE提供网络运营商线路，每个VPE具有固定运营商和IP属性，最终得到最优的VPE队列；规则调度包括系统过滤、负载计算和地域计算；
系统过滤，将POP资源池中标记为不可用状态的POP点剔除，VPE具有上线/离线状态和可选/不可选状态，当一个POP点下没有任何在线且可选的VPE时，该POP点将被剔除，最后将所剩POP资源池在线且可选的VPE集合存到有序队列q中，对应q中的VPE的属性包括：地域信息、所属POP点、IP、运营商；当前VPE会实时上报监控数据的系统性能，若触发VPE告警，则会自动触发VPE的隧道缩减，隧道缩减会更新当前VPE为不可选状态；
负载计算，遍历q队列的VPE集合，查询当前VPE连接的客户前置设备CPE的系统性能，并基于系统性能进行排序，系统性能相同，则按CPE数量越少越优先进行排序；
地域计算，将客户前置设备CPE的地域信息依次与排序后的队列q中的VPE信息进行匹配，并基于地域和运营商的匹配程度进行排序，得到队列q2作为最优VPE队列；
步骤三：从队列中获取最优的一组POP点，并且将分布在至少两个机房的该组POP点的VPE反馈给客户前置设备CPE。
2.根据权利要求1所述的SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法，其特征在于：所述步骤二中，POP资源池中的POP点绑定一个机房，机房和POP点为一对多关系，机房有地域属性，POP点的地域信息即为机房的地域信息。
3.根据权利要求1所述的SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法，其特征在于：所述CPE的系统性能包括：CPE数量、CPU占用、内存占用，当客户前置设备CPE数量大于k或CPU占用大于g%或内存占用大于m%时，则剔除该VPE，其中k、g、m为系统配置变量；最后将队列q依次按内存占用、CPU占用、CPE数量自少向大进行前后排序。
4.根据权利要求1所述的SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法，其特征在于：所述地域计算是先创建一个队列q2，将获取的客户前置设备CPE地域信息和运营商信息，与队列q中的VPE中对应的固定运营商和IP属性依次进行匹配，将匹配的POP点依次添加到新的队列q2中，q2即为最优的VPE队列。
5.根据权利要求4所述的SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法，其特征在于：所述地域信息包括：城市、省份、区域、国家，匹配规则依次为VPE点和客户前置设备CPE相同城市、相同运营商；相同城市、不同运营商；相同省份、相同运营商；相同省份、不同运营商；相同区域、相同运营商；相同区域、不同运营商；相同国家、相同运营商；相同国家、不同运营商。
6.根据权利要求1所述的SD-WAN应用中提供CPE最优接入的POP点方法，其特征在于：所述步骤三中，对最优POP队列进行遍历，取出前n个POP点，若该n个POP点所在机房大于等于两个，则返回此结果到客户前置设备CPE；若该n个POP点均为同一机房，则继续遍历获取到非同一机房的第一个POP点，最终返回n+1个POP点到客户前置设备CPE。
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