CN105391651B - 一种虚拟光网络多层资源汇聚方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种虚拟光网络的多层资源汇聚方法和***，通过应用控制器和网络控制器对全局网络资源联合管理调度，实现多层资源联合互动的全局优化。本发明虚拟光网络多层资源汇聚***包含：多层资源汇聚单元、虚拟资源管理单元、虚拟路径计算单元、配置管理单元、资源数据库、业务管理单元。虚拟光网络多层资源汇聚方法，包含控制状态激活、应用资源判断、应用资源汇聚、网络路径计算、路径时延计算、流约束判断、单流路径网络资源判断、多流路径计算、多流路径网络资源计算、多流路径网络资源判断等步骤。采用本发明所述方法和***响应虚拟网络请求，能够降低路径阻塞概率、灵活地汇聚网络资源和应用资源。

Description

一种虚拟光网络多层资源汇聚方法和***

技术领域

本发明涉及通信计算机技术领域，尤其涉及一种多层资源的数据中心光组网时的资源汇聚方法和***。

背景技术

近年来，软件定义网络(Soft Defined Network，简称SDN)为运营商组建资源汇聚网络提供了极大的灵活性，在全局上采用多种资源统一控制对功能和服务联合优化。

网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，简称NFV)技术被认为是未来的网络的核心技术，它可以屏蔽物理网络的复杂关系与限制，将原始网络及其功能分成基本单元，例如可碎片分割的应答器和虚拟路径计算单元，然后将这些细小资源单位汇聚起来实现高性能要求。随着数据中心业务快速发展，现有以光学硬件为通信基础设施的网络部署无法适应低成本和高效率需求。相比较于传统光网络灵活性差、配置周期长、资源利用率较低等不足，通过网络功能虚拟化技术在通用硬件上实现软件定义的光组网，可以满足不同用户业务需求变化和高性能应用的要求。

数据中心光组网时，分布式数据中心通过光网络互联。虚拟光网络(VirtualOptical Network，简称VON)通过在IP层和网络资源的联合优化映射，完成软件定义数据中心互联光网络中多层资源的综合运用，使之共同为数据中心互联网络中的服务请求和虚拟网请求提供服务。多层是指光层+IP层的网络构架，多层资源是对IP层和光网络层资源的统称。通过NFV技术、SDN技术可以实现弹性数据中心光互联网络。

为了改善资源利用率，如何打破网络设备的限制，运用SDN技术和NFV技术实现数据中心光组网时的物理节点中计算资源、存储资源和网络资源的汇聚是一个必须解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种虚拟光网络的多层资源汇聚方法和***，通过应用控制器和网络控制器对全局网络资源联合管理调度，实现多层资源联合互动的全局优化。

本发明实施例提供了一种虚拟光网络多层资源汇聚***，包含：多层资源汇聚单元、虚拟资源管理单元、虚拟路径计算单元、配置管理单元、资源数据库、业务管理单元。

从所述业务管理单元向所述多层资源汇聚单元传递虚拟网络请求、应用资源信息流；从所述多层资源汇聚单元向所述业务管理单元传递的响应。

所述业务管理单元管理和监听来自数据中心的虚拟网络请求，触发所述多层资源汇聚单元。

所述多层资源汇聚单元根据网络资源状态为所述虚拟网络请求分配网络资源，计算哪些应用资源和网络资源将被汇聚给所述虚拟网络请求，然后轮流将所述虚拟网络请求提供给所述虚拟路径计算单元。

所述虚拟资源管理单元获取所述资源数据库中网络资源状态信息，将网络资源虚拟化。

所述虚拟路径计算单元根据所述网络资源和所述应用资源进行端到端的多流计算并得出结果。

所述配置管理单元为每条计算好的路径执行网络资源分配。

所述资源数据库存储的信息包含：所述网络资源的信息、所述应用资源的信息、所述虚拟请求的信息。

作为本发明进一步优化的实施例，所述虚拟光网络多层资源汇聚***包含一应用控制器，所述应用控制器包含所述业务管理单元、还包含Openflow协议单元，所述Openflow协议单元通过Openflow接口连接至数据中心。

作为本发明进一步优化的实施例，所述虚拟光网络多层资源汇聚***包含一网络控制器，所述网络控制器包含所述多层资源汇聚单元、所述虚拟资源管理单元、所述虚拟路径计算单元、所述配置管理单元、所述资源数据库，并通过Openflow接口连接至有NFV代理的带宽可变光交换机。

本发明实施例提供了一种虚拟光网络多层资源汇聚方法，包含以下步骤：

监听来自数据中心的虚拟网络请求；

判断物理节点是否有充足的应用资源可以汇聚到虚拟节点；若所述物理节点的应用资源不充足，则计算所述物理节点和它的任意一个相邻节点的聚合性，按照聚合体进行节点资源映射；

计算K条最短时延路径，分配连续的载波资源；

当流约束为1时，比较每条所述最短时延路径上网络资源，如果总和大于所需流量加上保护带宽，则汇聚映射方法完成，对虚拟网络请求返回响应；

当流约束为N(N＞1)时，将流量分成多流，计算和选择N条路径，将N条路径上的网络资源进行排列，所需要的网络资源达到一致性和连续性，则汇聚映射方法完成，对虚拟网络请求返回响应。

作为本发明进一步优化的实施例，所述虚拟光网络多层资源汇聚方法还包含以下步骤：

计算所述最短时延路径的路径计算时延，如果所述路径计算时延大于阈值，则阻塞业务。所述路径计算时延长是指计算得到K条最短时延路径并将网络资源信息存储到资源数据库中整个过程所需要的时间。

作为本发明进一步优化的实施例，所述虚拟光网络多层资源汇聚方法还包含以下步骤：

分流后选择的N条路径，计算所述N条路径的路径计算时延，如果大于阈值则重新选择。

作为本发明进一步优化的实施例，所述虚拟光网络多层资源汇聚方法还包含以下步骤：

分流后选择的N条路径，将N条路径上的网络资源进行排列，所需要的网络资源不能达到一致性和连续性，则重新选择。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供了一种虚拟光网络的多层资源汇聚方法和***，通过应用控制器、网络控制器、及其各组成单元之间的合作，发挥多层资源汇聚架构对全局网络资源联合管理调度能力，实现多层资源联合互动的全局优化。尤其是在网络高负荷的场景下，采用本发明所述方法和***响应虚拟网络请求灵活地汇聚网络资源和应用资源，提高了网络资源和应用资源的汇聚优化能力，与传统方法相比能降低路径阻塞概率，因此在资源利用率方面有明显的优势。此外，本发明的实施例在路径提供时延方面也取得了有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种虚拟光网络多层资源汇聚***实施例

图2是本发明的一种虚拟光网络多层资源汇聚方法实施例

图3是用本发明的资源汇聚方法实施网络资源控制的实施例

具体实施方式

本发明所述的资源汇聚是通过指将不同节点或不同链路的物理资源(包含应用资源和网络资源)整合起来，映射到一虚拟光网络的节点或链路。

本发明所述应用资源，是指物理节点服务于应用层的计算资源和存储资源。

本发明所述网络资源，指光网络中的频谱资源，如WDM中的载波资源，在以频率栅格表述时称为“频谱碎片”。

本发明的核心目的是，将网络资源和应用资源进行联合调度，实现多层资源汇聚的***，并且通过资源汇聚的方法，将网络中可利用的资源汇聚在一起，实现资源利用的最大化，解决资源短缺问题。

为了实现本发明的目的，本发明实施例中首先提供了一种虚拟光网络多层资源汇聚***。图1是一种虚拟光网络多层资源汇聚***的实施例示意图，给出了架构中各功能单元的功能和相互连接关系。其中包含：网络控制器1、应用控制器2、有NFV代理的带宽可变光交换机3和数据中心4。在所述网络控制器1中，包含多层资源汇聚单元11、虚拟资源管理单元12、虚拟路径计算单元13、配置管理单元14、资源数据库15。在所述应用控制器2中，包含业务管理单元21、Openflow协议单元22。

所述网络控制器与所述应用控制器的接口41，包含从所述业务管理单元21向所述多层资源汇聚单元11传递的虚拟网络请求Req、应用资源信息流Info，及从所述多层资源汇聚单元11向所述业务管理单元21传递的响应Rep。数据中心的应用资源通过Openflow协议实现软件定义并被应用控制器通过数据中心接口与42控制，其实现可以通过采用Openflow协议使能的多流收发机。光网络的网络资源通过Openflow协议实现软件定义并被所述网络控制器通过接口43控制有NFV代理的带宽可变光交换机3。

通过所述网络控制器和所述应用控制器实现资源汇聚的方法，具体地，

所述业务管理单元21通过所述Openflow协议单元22连接至数据中心4，管理和监听来自所述数据中心的虚拟网络请求。所述业务管理单元21监听到虚拟网络请求时，触发网络控制器1中的多层资源汇聚单元11。

所述多层资源汇聚单元11根据网络资源状态为所述虚拟网络请求分配网络资源，计算哪些应用资源和网络资源将被汇聚给所述虚拟网络请求，然后轮流将所述虚拟网络请求提供给所述虚拟路径计算单元13。

所述虚拟资源管理单元12获取所述资源数据库15中网络资源状态信息，将网络资源虚拟化。

所述虚拟路径计算单元13根据所述网络资源和所述应用资源进行端到端的多流计算并得出结果。在这里，多流计算是指将一大流量的业务分成多个小流量业务来计算，实现分组资源处理。

所述配置管理单元14为每条计算好的路径执行网络资源分配，并使用扩展的Openflow协议提供光路。

所述资源数据库15存储的信息包含：所述网络资源的信息、所述应用资源的信息、所述虚拟请求的信息。

图2是本发明的一种虚拟光网络多层资源汇聚方法实施例。本发明虚拟光网络多层资源汇聚方法，包含如下步骤：

步骤101：控制状态激活：设置所述业务管理单元处于激活状态，等待虚拟网络请求到来，所述业务管理单元管理和监听来自数据中心的虚拟网络请求，触发所述多层资源汇聚单元。

步骤102：应用资源判断：多层资源汇聚单元访问所述资源数据库，判断物理节点是否有充足的应用资源可以汇聚到虚拟节点，若充足转至步骤104，否则进行步骤103；

步骤103：应用资源汇聚：所述虚拟资源管理单元计算所述物理节点和它的任意一个相邻节点的聚合性，按照聚合体进行节点应用资源映射；

步骤104：网络路径计算：通过所述虚拟路径计算单元计算K条最短时延路径及可分配的网络资源(例如连续的载波资源)，分配连续的载波资源并将路径及资源存储到资源数据库中；

步骤105：路径时延计算：所述虚拟路径计算单元计算所述最短时延路径的路径计算时延。如果所述路径计算时延小于阈值，则进行下一步，否则阻塞业务并跳至步骤111；

步骤106：流约束判断：所述多层资源汇聚单元选择流约束，如果流约束大于1，则进入步骤108，否则进行步骤107；

步骤107：单流路径网络资源判断：所述多层资源汇聚单元比较每条所述最短时延路径上网络资源数量(例如可用频谱碎片的长度总和)，如果数量大于所需流量加上保护带宽，则执行步骤111，否则阻塞业务；

步骤108：多流路径计算：在可容忍时延要求约束下，所述虚拟路径计算单元计算两条路径(计为i，j)，输出两条路由信息；

步骤109：多流路径网络资源计算：所述多层资源汇聚单元，根据优先命中策略，将流量分成多流，并排列两条所得路径(i，j)的频谱碎片；

步骤110：多流路径网络资源判断：所述多层资源汇聚单元，判断路径中频谱碎片是否满足路径资源要求(路径资源一般要求一致性和连续性：一致性是指路径上各链路的频谱碎片容量相同；连续性是指，对于多碎片同时承载的业务，频谱碎片在频率域连续)，如果符合，则进行步骤111，否则返回到步骤108，在所述资源数据库中选择另一对路径；

步骤111：资源汇聚方法完成，所述多层资源汇聚单元响应虚拟网络请求。

步骤103中，所述聚合性是指多个物理节点汇聚成1个虚拟节点的承载能力；聚合体是指多个物理节点聚合成1个虚拟节点。

作为本方法的最佳实施例，在步骤104中可以采用KDP算法算得K条最短时延最短路径，所述KDP算法为KSP算法的扩展，将原有KSP算法中距离约束改为时延约束来实施计算的。

注意步骤105所述路径计算时延是指步骤104中计算得到K条路径并将网络资源信息存储到资源数据库中整个过程所需要的时间，由计算时延和存储时延两部分组成，主要受存储时延影响。

步骤106中，流约束是指将单业务流量分成多少流的数目约束，例如流约束为3，则是指将单业务流量分成三个次一级的流量包来处理。流约束值随虚拟网络请求到达，通常情况下流约束大于1。

注意步骤108中，为了简化技术描述，突出本技术的核心思想，作为一个实施例，这里涉及的资源汇聚节点数目为2，即对于一个访问数据中心的虚拟网络请求，其所需资源最多由两个节点汇聚映射而成，2个物理节点汇聚成1个虚拟节点，因此1条虚拟路径对应2条物理路径。

图3是用本发明的资源汇聚方法实施网络资源控制的实施例。按照本发明实施流程，举例说明如下：

对于虚拟光网络的虚拟节点和链路请求，在没有充足应用资源和网络资源的场景下，通过网络层控制器和应用层控制器联合调度，实现资源汇聚，响应虚拟网络请求。以图3为例，虚拟网络请求是端到端的请求，其中节点a需要20G的应用资源，节点b需要80G的应用资源，链路ab需要400Gbps的网络资源；而7节点的物理网络(ABCDEFG)中，每个节点的应用资源为40G，每条链路的网络资源为200Gbps。通过本发明的方法，首先计算表明节点F和节点G可以构成聚合体总共提供80G的应用资源，计算节点D到节点F、节点D到节点G的网络资源，可以将虚拟光网络链路ab的请求映射到两条物理链路DF和物理链路DEG上，每条链路提供200Gbps的网络资源。

本领域的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包含但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包含指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包含优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种虚拟光网络多层资源汇聚***，其特征在于，包含：

多层资源汇聚单元、虚拟资源管理单元、虚拟路径计算单元、配置管理单元、资源数据库、业务管理单元；

从所述业务管理单元向所述多层资源汇聚单元传递虚拟网络请求、应用资源信息流；

从所述多层资源汇聚单元向所述业务管理单元传递的响应；

所述业务管理单元管理和监听来自数据中心的虚拟网络请求，触发所述多层资源汇聚单元；

所述多层资源汇聚单元根据网络资源状态为所述虚拟网络请求分配网络资源，计算哪些应用资源和网络资源将被汇聚给所述虚拟网络请求，然后轮流将所述虚拟网络请求提供给所述虚拟路径计算单元；

所述虚拟资源管理单元获取所述资源数据库中网络资源状态信息，将网络资源虚拟化；

所述虚拟路径计算单元根据所述网络资源和所述应用资源，计算K条最短时延路径及可分配的所述网络资源，分配连续的载波资源，并将所述最短时延路径及所述载波资源存储到所述资源数据库中，其中K为大于等于1的整数；

所述虚拟路径计算单元计算所述最短时延路径的路径计算时延；

响应于确定所述路径计算时延小于阈值，所述多层资源汇聚单元选择流约束；

当所述流约束为1时，响应于确定每条所述最短时延路径上所述网络资源的数量大于所需流量与保护带宽之和，所述多层资源汇聚单元确定汇聚映射完成并响应所述虚拟网络请求；

当所述流约束大于1时，所述虚拟路径计算单元在可容忍时延要求的约束下计算出两条路径，并将所述两条路径的信息发送给所述多层资源汇聚单元，所述多层资源汇聚单元根据优先命中策略将流量分成多流并排列所述两条路径的频谱碎片，并且响应于确定所述频谱碎片满足路径资源要求，确定汇聚映射完成并响应所述虚拟网络请求；

所述配置管理单元为每条计算好的路径执行网络资源分配；

所述资源数据库存储的信息包含：所述网络资源的信息、所述应用资源的信息、所述虚拟网络请求的信息。

2.根据权利要求1所述的虚拟光网络多层资源汇聚***，其特征在于包含一应用控制器，所述应用控制器包含所述业务管理单元和包含Openflow协议单元，所述Openflow协议单元通过Openflow接口连接至数据中心。

3.根据权利要求1所述的虚拟光网络多层资源汇聚***，其特征在于包含一网络控制器，所述网络控制器包含所述多层资源汇聚单元、所述虚拟资源管理单元、所述虚拟路径计算单元、所述配置管理单元、所述资源数据库，并通过Openflow接口连接至有网络功能虚拟化代理的带宽可变光交换机。

4.一种虚拟光网络多层资源汇聚方法，用于如权利要求1～3任一所述***，其特征在于，包含以下步骤：

监听来自数据中心的虚拟网络请求；

判断物理节点是否有充足的应用资源可以汇聚到虚拟节点；若所述物理节点的应用资源不充足，则计算所述物理节点和它的任意一个相邻节点的聚合性，按照聚合体进行节点资源映射；

计算K条最短时延路径，分配连续的载波资源，其中K为大于等于1的整数；

当流约束为1时，比较每条所述最短时延路径上网络资源，如果总和大于所需流量加上保护带宽，则汇聚映射方法完成，对所述虚拟网络请求返回响应；

当流约束大于1时，将在可容忍时延要求的约束下计算出两条路径，根据优先命中策略将流量分成多流并排列所述两条路径的频谱碎片，并且响应于确定所述频谱碎片满足路径资源要求，确定汇聚映射完成，对虚拟网络请求返回响应。

5.根据权利要求4所述虚拟光网络多层资源汇聚方法，其特征在于，还包含以下步骤：

计算所述最短时延路径的路径计算时延，如果所述路径计算时延大于阈值，则阻塞业务；

所述路径计算时延长是指计算得到K条最短时延路径并将网络资源信息存储到资源数据库中整个过程所需要的时间。

6.根据权利要求4所述虚拟光网络多层资源汇聚方法，其特征在于，还包含以下步骤：

响应于确定所述频谱碎片不满足路径资源要求，重新选择另两条路径。

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