CN115277429B - 基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法及装置 - Google Patents

基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法及装置 Download PDF

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CN115277429B CN202211205228.5A CN202211205228A CN115277429B CN 115277429 B CN115277429 B CN 115277429B CN 202211205228 A CN202211205228 A CN 202211205228A CN 115277429 B CN115277429 B CN 115277429B
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Abstract

本公开提供一种基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法及装置，属于通信技术领域，该方法包括：基于实际物理网络构建无向图模型；无向图模型中的点表示物理节点，无向图模型中的边表示物理链路；基于无向图模型，以在满足切片业务需求的前提下最小化物理网络资源的分配为目标，求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射。本公开提供的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法及装置，面向不同业务要求的灵活以太网网络切片请求，在满足切片业务时延带宽等要求的前提下，将切片请求合理映射到实际物理网络中，最大限度地优化物理网络资源的分配，降低了租户切片的成本，提高了网络提供商的收益。

Description

基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法及装置
技术领域
本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法及装置。
背景技术
新一代融合承载网络以融合的x-haul网络和云基础设施为目标，集成了所有传输网段（接入、城域、核心）以实现端到端（E2E）传输。物理网络需要划分为多个网络切片（由虚拟化网络和云资源组成），允许隔离切片，以满足租户特定的要求（例如安全性、延迟、弹性、带宽）。
灵活以太网(FlexE)基于其时分复用机制，能够提供传输网络中的硬切片方案，实现安全隔离的多业务承载。
但是，基于FlexE的传输网络中编排切片以提供最佳的端到端资源分配而具有挑战性，无法同时满足即有助于降低租户切片的成本，又给网络提供商带来更多的收益。
发明内容
有鉴于此，本公开的目的在于提出一种基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法及装置，用于解决上述技术问题。
基于上述目的，本公开提供了一种基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，包括：
基于实际物理网络构建无向图模型；所述无向图模型中的点表示物理节点，所述无向图模型中的边表示物理链路；
基于所述无向图模型，以在满足切片业务需求的前提下最小化物理网络资源的分配为目标，求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射。
可选地，所述求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射，包括：
采用近似算法求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射。
可选地，采用近似算法求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射，包括：
S1：针对输入的每个切片请求，顺序分配对应的端到端业务流，每一个业务流均分配在最少跳数的链路上；
S2：在每一段链路的已分配链路组上顺序分配时隙给业务流，如果业务流不能完全分配给已分配链路组上的空闲时隙，则在使用空闲时隙的情况下，再向已分配链路组的两端节点请求新的空闲物理端口，将剩余的业务流分配到新的物理端口和时隙中，并更新已分配链路组的状态；
S3：如果不能成功请求新的物理端口或者是流分配不成功，那么说明该链路组永远也无法满足业务流的要求，那么在物理网络图中除去此条链路的情况下，重新计算业务流源宿节点（源节点和宿节点）之间的最少跳数路径。
循环执行上述步骤S1、S2和S3，直到流分配符合预设条件，得到最新物理网络资源使用情况，本次网络切片请求的网络拓扑映射。
可选地，所述预设条件包括以下条件中的一种或多种：
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每个链路组的最新容量大小不超过当前链路组的总容量；
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每个链路的物理端口数量不超过链路上拥有的物理端口总数；
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每一个链路组上承载的业务流所占用的时隙数加上已分配的时隙数不超过链路组所拥有的总时隙数；
分配给每个网络切片的每个业务流的分配路由的时延小于或等于业务流时延的要求；
分配给每个网络切片的每个业务流最多只分配在源宿节点的路由集合中的一条路由。
可选地，所述网络拓扑映射，包括：
分配给每个网络切片的每个业务流的端到端链路。
可选地，所述网络拓扑映射，包括：
分配给每个网络切片的每个业务流的已分配的链路组的端口物理层和时隙。
可选地，还包括：
获取每个网络切片的每个业务流的时延带宽需求、端到端连接的源节点和端到端连接的宿节点。
本公开还提供了一种基于灵活以太网的电力通信业务资源分配装置，包括：
模型构建模块，用于基于实际物理网络构建无向图模型；所述无向图模型中的点表示物理节点，所述无向图模型中的边表示物理链路；
分配模块，用于基于所述无向图模型，以在满足切片业务需求的前提下最小化物理网络资源的分配为目标，求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射。
本公开还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法。
本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行上述基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法。
从上面所述可以看出，本公开提供的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法及装置，面向不同业务要求的FlexE网络切片请求，能够在满足切片业务时延带宽等方面要求的前提下，将切片请求合理映射到实际物理网络中，并且最大限度地优化物理网络资源的分配，从而有助于降低租户切片的成本，给网络提供商带来更多的收益。
附图说明
为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法的示意图；
图2为本公开实施例的不同负载值的标准化资源分配的变化示意图；
图3为本公开实施例的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配装置的示意图；
图4为本公开实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
新一代融合承载网络以融合的x-haul网络和云基础设施为目标，集成了所有传输网段（接入、城域、核心）以实现端到端（E2E）传输。物理网络需要划分为多个网络切片（由虚拟化网络和云资源组成），允许隔离切片，以满足租户特定的要求（例如安全性、延迟、弹性、带宽）。当前传输网络中的网络虚拟化解决方案依赖于虚拟局域网（VLAN）和虚拟专用网（VPN）技术，这些技术有助于逻辑隔离连接，从而提供数据流量分离。但是，在通用基础架构之上共存的VLAN/VPN可能会争用相同的物理资源并导致性能下降，尤其是在网络拥塞的情况下。对于这种情况，灵活以太网(FlexE)基于其时分复用机制，能够提供传输网络中的硬切片方案，实现安全隔离的多业务承载。
流量***式增长和租户多样化需求给传输网络带来了灵活性、可扩展性和可部署性方面的诸多挑战。为了满足云网融合新时代的新要求，灵活以太网技术被引入以提供具有安全隔离性的刚性管道。Gartner的研究报告指出，新一代融合承载网络的最大收入潜力将是灵活配置的网络切片编排。然而，在基于FlexE的传输网络中编排切片以提供最佳的端到端资源分配而具有挑战性。
基于上述分析，本专利提供一种基于FlexE的电力通信业务资源分配方法和装置。该方法面向不同业务要求的FlexE网络切片业务请求，能够在满足切片业务时延带宽等方面要求的前提下，将切片请求合理映射到实际物理网络中，并且最大限度地优化物理网络资源的分配，从而有助于降低租户切片的成本，给网络提供商带来更多的收益。
相关的现有技术如下：
方案1：提出了柔性以太网的引入及其在光学SDN/NFV体系结构中的集成，以支持动态确定性网络切片。通过实验验证了协议扩展对Flex以太网网络设备的管理和控制。
方案2：研究了FlexE作为促进传输网络中“硬”切片的候选接口解决方案的用途。研究阐明了Flex-E与新开发的技术(如段路由(SR))如何能够实现具有严格性能保证的动态路径分配，还阐述了标准化差距和后续挑战性的问题。
方案3：研究了如何利用分层路径计算引擎（PCE）来利用FlexE的性能。提出的PCE可以在MLMD编排平台上实现，以优化网络利用率，同时满足延迟约束。针对FlexE-Aware和FlexE-Unaware两种模式，在QoS要求、域内信息隐私和FlexE约束条件下，提出了流量路由和物理时隙分配的优化问题。为了解决这个问题，作者研究提出了新的算法，在多项式时间内联合优化路由和灵活的客户端分配。
方案4：研究了灵活以太网（FlexE）与弹性光网络（EONs）相结合的跨层网络规划问题，并将研究重点放在最具挑战性的环境，即基于flexe-aware架构的flexe-over-EONs上，并考虑跨层规划的单跳和多跳场景。作者提出了一个整数线性规划（ILP）模型来解决虚拟拓扑设计问题，并通过修改著名的分枝键合法设计了一个多项式时间近似算法。对于大规模的跨层FlexE规划问题，研究设计的近似算法比ILP/MILP模型具有更高的时间效率，其解与最优解之间有一定的差距，并且比启发式算法有更好的解。
上述方案1中的FlexE网络切片资源分配算法通过使用IETF-TEAS模型，找到足够满足可用于承载所需的FlexE流量的可行路径。该方案虽然能够满足客户的流量带宽需求，但没有考虑客户时延方面的要求，并且没有对物理网络资源分配进行有效的优化。
上述方案2提出了一种基于SDN的FlexE网络切片解决方案，将FlexE与覆盖网络集成在一起，以支持网络切片。该方案所提出的基于SDN的FlexE部署架构中，虽然指明了网络切片实例的服务资源分配需要考虑优化物理网络资源的分配，并需要确保所需的SLA，但是没有深入研究出相关的切片资源分配算法。
上述方案3和4做出了FlexE网络切片编排的物理资源的优化以及时延的考虑，但其工作是专注于FlexE网络的单跳底层光网络上，并不是多跳的端到端网络。其中方案4指明FlexE传输网络上多跳场景的关键问题是虚拟拓扑设计，即如何规划拓扑来承载多跳路由下的所有业务流，因为在获得虚拟拓扑之后，网络规划将转换为单跳场景中的网络规划。
基于上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于FlexE的电力通信业务资源分配方法和装置。该方法面向不同业务要求的FlexE网络切片请求，能够在满足切片业务时延带宽等方面要求的前提下，将切片请求合理映射到实际物理网络中，并且最大限度地优化物理网络资源的分配，从而有助于降低租户切片的成本，给网络提供商带来更多的收益。
图1为本公开实施例的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法的示意图，如图1所示，本公开实施例提供一种基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，其执行主体可以为电子设备，例如，计算机等，该方法包括：
步骤101、基于实际物理网络构建无向图模型；所述无向图模型中的点表示物理节点，所述无向图模型中的边表示物理链路；
步骤102、基于所述无向图模型，以在满足切片业务需求的前提下最小化物理网络资源的分配为目标，求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射。
具体地，在本方案中，实际物理网络被描述为赋值的无向图，图用物理节点
Figure 932629DEST_PATH_IMAGE001
的集 合
Figure 115348DEST_PATH_IMAGE002
和物理链路
Figure 426244DEST_PATH_IMAGE003
的集合
Figure 87033DEST_PATH_IMAGE004
来表示。每个物理 节点都是具有FlexE-Shim功能的FlexE设备，能够感知FlexE数据。每两个相邻物理节点之 间的物理链路有特定的距离，并且在该链路上配置有一定数量的物理端口（PHYs），正在使 用的PHYs称之为链路组，对于每一个端口PHY，还划分有一定数量的时隙资源。本方案能够 实时更新每条链路上PHY及其时隙使用情况。
网络切片是同一基础设施网络上的逻辑隔离网络。因此将FlexE网络切片请求集 合表示为
Figure 166984DEST_PATH_IMAGE005
，其中每个网络切片
Figure 5758DEST_PATH_IMAGE006
是该切片请求的业务 流集合。每个业务流
Figure 538371DEST_PATH_IMAGE007
具有特定的流量大小
Figure 2850DEST_PATH_IMAGE008
、时延要求
Figure 937308DEST_PATH_IMAGE009
、源节点
Figure 196251DEST_PATH_IMAGE010
、宿节点
Figure 950580DEST_PATH_IMAGE011
等需求 信息。本方案需要为每个业务流
Figure 953171DEST_PATH_IMAGE007
规划合适的路由
Figure 742136DEST_PATH_IMAGE012
，并在该传输路由上的每一个链路组 上分配特定的PHY及时隙给该业务流。
切片资源分配的输入是根据不同业务流的时延带宽需求以及端到端连接的源宿节点来描述的。目标是以最佳策略找到一组满足这些业务需求的物理网络资源，包括节点、链路、端口和时隙。本方案最佳策略的内涵是在满足切片业务需求的前提下尽可能最小化物理网络资源的分配，这样有助于降低租户切片的成本，给网络提供商带来更多的收益。切片资源分配需要考虑当前物理网络中已有切片占用的物理网络资源，如果物理网络没有足够的资源来满足新的网络切片的需求，那么会拒绝该切片请求。否则，切片资源分配生成最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射。
当前网络切片请求的网络拓扑映射包括以下输出信息：
（i）本次网络切片请求的网络拓扑，即每个虚拟节点及虚拟链接在PN（PhysicalNetwork，物理网络）中的映射，这具体可以通过业务流分配的端到端路径来描述;
（ii）物理网络中所有端口和时隙使用的容量情况，这具体可以通过已分配的链路组的端口PHY以及时隙来描述。切片资源分配的输出信息用于更新物理网络资源当前状态。
可选地，依据所建立的数学模型的相关概念，采用近似算法求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射。采用近似算法求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射的具体步骤如下：
S1：针对输入的每个切片请求，顺序分配对应的端到端业务流，每一个业务流均分配在最少跳数的链路上；
S2：在每一段链路的已分配链路组上顺序分配时隙给业务流，如果业务流不能完全分配给已分配链路组上的空闲时隙，则在使用空闲时隙的情况下，再向已分配链路组的两端节点请求新的空闲物理层，将剩余的业务流分配到新的物理层和时隙中，并更新已分配链路组的状态；
S3：如果不能成功请求新的物理端口或者是流分配不成功，那么说明该链路组永远也无法满足业务流的要求，那么在物理网络图中除去此条链路的情况下，重新计算业务流源宿节点之间的最少跳数路径。
循环执行上述步骤S1、S2和S3，直到流分配符合预设条件，得到最新物理网络资源使用情况，本次网络切片请求的网络拓扑映射。
具体地，针对输入的每个切片请求
Figure 437559DEST_PATH_IMAGE006
，按顺序分配它的端到端业 务流
Figure 692567DEST_PATH_IMAGE007
。考虑到要最优化物理资源分配，以降低切片资源分配成本，即考虑
Figure 233270DEST_PATH_IMAGE013
的最 小化，采用贪心算法将每一个流都尽可能地安排在最少跳数的路径上，以达到占用物理链 路时隙资源最少的目的。
具体而言，首先计算业务流的源宿节点
Figure 142320DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 8645DEST_PATH_IMAGE011
之间的最少跳数路径，即实际物理 网络中的流传输路由
Figure 268725DEST_PATH_IMAGE012
，记录其端到端时延为
Figure 613118DEST_PATH_IMAGE014
。
然后尝试在该路径上的每一段链路上进行流的分配。
具体而言，在每一段链路的已分配链路组
Figure 127407DEST_PATH_IMAGE015
上尝试顺 序分配时隙给业务流，如果业务流不能完全分配给某个已分配链路组上的空闲时隙，则在 使用空闲时隙的情况下，再向该链路组的两端节点请求新的空闲PHY，将剩余的业务流分配 到新的PHY和时隙中，并更新该链路组的状态。
具体而言，对于每一个链路组都要满足，该链路组上承载的业务流所占用的时隙 数加上已分配的时隙数，不能超过该链路组所拥有的总时隙数。如果不能成功请求新的物 理端口或者是流分配不成功，那么说明该链路组永远也无法满足业务流的要求，那么在物 理网络图中除去此条链路的情况下，重新计算业务流源宿节点之间的最少跳数路径，循环 执行上述操作直到流分配成功。在这个循环过程中，如果出现传输路由的时延（
Figure 430213DEST_PATH_IMAGE016
大 于业务流时延的要求，那么直接输出切片映射失败。
在切片映射成功后，输出最新物理网络资源使用情况，本次网络切片请求的网络拓扑映射，即每个虚拟节点及虚拟链接在物理网络中的映射，这具体可以通过客户端流分配的端到端路径来描述，以及输出本次网络切片占用的链路组端口和时隙情况，以及切片实际的时延和切片资源分配成本。
算法伪代码如下所示，其中算法的输入是当前状态的物理网络可用资源init_state，包括可用的链路组及其端口时隙资源，以及物理网络的拓扑结构，算法的输入还有网络切片请求集合S，包括切片中的各个业务流的带宽大小，时延要求，源宿节点信息等。算法的输出是规划切片后的最新状态的物理网络可用资源final_state，以及规划的切片中的流的路由分布、实际时延、端口时隙资源占用情况以及切片资源分配成本。
输入：当前状态的物理网络init_state；网络切片请求集合S。
输出：更新状态的物理网络final_state；流时延，切片资源分配成本，网络切片拓扑映射和资源占用情况。
1. for 所有网络切片请求Si in S do
2.for 所有业务流f in Si do
3.计算f的最少跳数路由R
4.计算R的传输时延Delay
5.if Delay > f的时延要求T then
6.Si映射失败
7.break
8.end if
9.for 所有链路组 g in R
10.while g的闲余容量Cg < f的流量大小B do
11.if 能够向该链路m-n请求一条新的PHY then
12.g新增该PHY，Cg += Cphy
13.else
14.该链路无法满足流的分配，将该链路m-n在图中的权值变为无穷大
15.跳至步骤3
16.end if
17.end while
18.将流f顺序分配到g的空闲PHY及时隙
19.end for
20.end for
21.Si映射成功
22. end for
23. 更新final_state
24. return 切片映射的拓扑和链路组端口时隙占用情况
可选地，所述预设条件包括以下条件中的一种或多种：
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每个链路组的最新容量大小不超过当前链路组的总容量；
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每个链路的物理端口数量不超过链路上拥有的物理端口总数；分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每一个链路组上承载的业务流所占用的时隙数加上已分配的时隙数不超过链路组所拥有的总时隙数；
分配给每个网络切片的每个业务流的分配路由的时延小于或等于业务流时延的要求；
分配给每个网络切片的每个业务流最多只分配在源宿节点的路由集合中的一条路由。
具体地，在执行FlexE网络切片资源分配后，更新每个网络切片的每个流的分配路由上的每个链路组的最新容量大小，表达式如下所示。
Figure 646431DEST_PATH_IMAGE017
其中，
Figure 794515DEST_PATH_IMAGE018
是决策变量，判别流
Figure 678158DEST_PATH_IMAGE007
是否在链路组
Figure 886285DEST_PATH_IMAGE019
中传输，取值为0或1；
Figure 324220DEST_PATH_IMAGE020
表 示链路组
Figure 761148DEST_PATH_IMAGE019
中的流集合；
Figure 499297DEST_PATH_IMAGE008
表示流
Figure 878326DEST_PATH_IMAGE007
的流量大小；
Figure 69136DEST_PATH_IMAGE021
表示 Calendar划分的时隙粒度大 小；
Figure 559023DEST_PATH_IMAGE022
表示执行切片资源分配前
Figure 886099DEST_PATH_IMAGE019
已分配的时隙数；
Figure 436029DEST_PATH_IMAGE023
表示执行切片资源分 配后
Figure 114135DEST_PATH_IMAGE019
已分配的时隙数；
Figure 158446DEST_PATH_IMAGE015
表示分配路由
Figure 605607DEST_PATH_IMAGE012
的逐跳链路组
Figure 60860DEST_PATH_IMAGE019
的集合。
每个网络切片的每个流的分配路由上的每个链路组的最新容量大小不超过目前该链路组的总容量，表达式如下所示。
Figure 226262DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 57951DEST_PATH_IMAGE025
表示
Figure 359620DEST_PATH_IMAGE019
的PHY数量，是一个整数变量；
Figure 985773DEST_PATH_IMAGE026
表示一个PHY的容量大小。
分配给每个网络切片的每个流的分配路由上的每个链路组的PHY数量不超过该链路上拥有的PHY总数，表达式如下所示。
Figure 638471DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 273852DEST_PATH_IMAGE028
表示相邻物理节点m与n之间配备的PHY总数。
每个切片的每个流的分配路由的时延要满足该业务流的时延要求，表达式如下所示。
Figure 177830DEST_PATH_IMAGE029
其中，
Figure 240464DEST_PATH_IMAGE004
表示物理链路
Figure 114879DEST_PATH_IMAGE003
的集合；
Figure 553950DEST_PATH_IMAGE030
表示相邻物理 节点m和n之间的时延值；
Figure 830211DEST_PATH_IMAGE009
表示流
Figure 63746DEST_PATH_IMAGE007
的时延要求；
Figure 425457DEST_PATH_IMAGE006
表示切片
Figure 402641DEST_PATH_IMAGE031
中流
Figure 267828DEST_PATH_IMAGE007
的 集合。
每个切片的每个流最多只会分配在源宿节点的路由集合中的一条路由中，表达式如下所示。
Figure 422997DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 272005DEST_PATH_IMAGE033
表示节点n的邻居节点集合；
Figure 787300DEST_PATH_IMAGE010
表示流
Figure 38152DEST_PATH_IMAGE007
的源节点，
Figure 613490DEST_PATH_IMAGE011
表示流
Figure 949794DEST_PATH_IMAGE007
的宿节 点。
每个切片的每个流的源宿节点最多只会映射到一个PN节点，表达式如下。
Figure 268780DEST_PATH_IMAGE034
其中，
Figure 374139DEST_PATH_IMAGE002
表示物理节点
Figure 871110DEST_PATH_IMAGE001
的集合；
Figure 429131DEST_PATH_IMAGE035
表示当虚拟节点
Figure 286228DEST_PATH_IMAGE036
映 射到PN节点
Figure 246094DEST_PATH_IMAGE001
时值为1，否则为0。
切片资源分配的最终目标是在满足切片业务需求的前提下尽可能最小化物理网络资源的分配，即占用实际物理网络的最少链路时隙资源，目标函数的表达式如下所示，是计算切片资源分配后整体物理网络的链路时隙资源使用情况，并进行最小化。
Figure 163234DEST_PATH_IMAGE037
本公开从差异化多租户业务需求和物理网络资源优化的角度考虑，建立了基于FlexE的传输网络切片资源分配问题模型，侧重于最大限度地的优化物理网络资源。
本公开提出了衡量切片资源分配成本的参考指标，旨在最小化资源分配，提高资源利用率，以便从网络提供商角度提供切片资源分配成本的性能参考。
本公开提出多项式时间复杂度的基于FlexE的传送网切片资源分配方法，能够为差异化多租户切片请求合理分配物理网络资源，在满足租户业务要求的前提下最小化资源分配。
利用本发明提供的方法能够让网络管理***合理规划差异化多租户FlexE网络切片，并且在满足租户业务要求的前提下最小化物理网络资源分配，从而有效降低网络切片编排成本。能够应用于小型网络和大型网络场景，求解速度较快，能够接近混合整数线性规划问题模型的精确解，并且优于启发式算法的近似解。
本公开提供的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，面向不同业务要求的FlexE网络切片请求，能够在满足切片业务时延带宽等方面要求的前提下，将切片请求合理映射到实际物理网络中，并且最大限度地优化物理网络资源的分配，从而有助于降低租户切片的成本，给网络提供商带来更多的收益。
本发明的实例中，模拟构建具有FlexE-Shim功能的硬件设备，包括PHY、时隙等多个类的定义以及节点之间的网络连接拓扑关系，以确定物理网络资源；其次，模拟租户的切片请求的生成，从能源互联网业务不同时延和带宽需求方面出发，总共组合考虑9类不同的切片请求，时延要求如表1所示，带宽要求如表2所示，对不同的业务分区间进行正态分布的数据模拟。最后，模拟FlexE切片资源分配过程，得到资源分配结束后各切片中业务流的分配情况，具体到端口、时隙、业务流的流向和实际时延，以及资源分配的优化指标。
表1 时延要求
Figure 474130DEST_PATH_IMAGE038
表2 带宽要求
Figure 134918DEST_PATH_IMAGE039
仿真实例分七轮进行，每一轮都采用上一轮所捆绑成的FlexE组作为输入，即设想一个渐进式的网络编排过程，观测评价指标随网络负载变化而变化的过程。在每一轮实验开始时，先随机产生一定数量的切片请求，其中流的业务要求也要分区间进行正态分布的随机模拟设置。产生后，分别输入所设计的算法、精确算法和启发式算法共三种算法的实验环境进行计算，能够得到三种不同的切片资源分配方案。记录下每轮的业务流分配情况以及端口时隙占用情况，并开始下一轮的切片请求随机产生及编排。七轮全部编排结束后，对切片资源分配的合理性和可行性进行分析，并通过评价指标分析提出的算法的优劣性。
标准化资源分配作为切片资源分配成本的参考指标，表示实际切片资源分配所占用的链路时隙资源与切片带宽之和的比值。如图3显示了使用精确算法、启发式算法和设计的近似算法的不同负载值的标准化资源分配的变化。可以看出，当网络处于低负载条件下时，平均标准化资源分配较低，这是显而易见的，由于网络中节点之间的链路时隙资源富余，流的分配在任意链路基本都是可行的，不会存在图重构的情况，以至于走多余的链路，使得切片占用更多的物理资源。此外，精确算法和近似算法的结果非常接近，均低于启发式算法的次优解，这表明所提出的近似算法设计良好，并给出了最佳结果。
相反，当网络处于高负载条件下时，平均标准化资源分配较高，这是因为此时物理网络中节点之间的链路时隙已被先前的切片大量占用，比如网络中心的链路是最常用的链路，这样拥塞的链路不能够规划流的运行，所以会出现图重构的情况，以致于流的分配不能够肆意选取最佳路径，使得切片占用更多的物理资源，资源分配显著提高。而近似算法的结果也逐渐偏离精确算法的最优解，但仍然比启发式算法的结果要好，能够实现较少的资源分配。
需要说明的是，本公开实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本公开实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种基于灵活以太网的电力通信业务资源分配装置。
图3为本公开实施例的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配装置的示意图，如图3所示，所述基于灵活以太网的电力通信业务资源分配装置，包括模型构建模块301和分配模块302，其中：
模型构建模块301用于基于实际物理网络构建无向图模型；所述无向图模型中的点表示物理节点，所述无向图模型中的边表示物理链路；
分配模块302用于基于所述无向图模型，以在满足切片业务需求的前提下最小化物理网络资源的分配为目标，求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射。
可选地，所述求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射，包括：
采用近似算法求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射。
可选地，采用近似算法求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射，包括：
S1：针对输入的每个切片请求，顺序分配对应的端到端业务流，每一个业务流均分配在最少跳数的链路上；
S2：在每一段链路的已分配链路组上顺序分配时隙给业务流，如果业务流不能完全分配给已分配链路组上的空闲时隙，则在使用空闲时隙的情况下，再向已分配链路组的两端节点请求新的空闲物理层，将剩余的业务流分配到新的物理层和时隙中，并更新已分配链路组的状态；
S3：如果不能成功请求新的物理端口或者是流分配不成功，那么说明该链路组永远也无法满足业务流的要求，那么在物理网络图中除去此条链路的情况下，重新计算业务流源宿节点之间的最少跳数路径。
循环执行上述步骤S1、S2和S3，直到流分配符合预设条件，得到最新物理网络资源使用情况，本次网络切片请求的网络拓扑映射。
可选地，所述预设条件包括以下条件中的一种或多种：
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每个链路组的最新容量大小不超过当前链路组的总容量；
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每个链路的物理层数量不超过链路上拥有的物理层总数；
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每一个链路组上承载的业务流所占用的时隙数加上已分配的时隙数不超过链路组所拥有的总时隙数；
分配给每个网络切片的每个业务流的分配路由的时延小于或等于业务流时延的要求；
分配给每个网络切片的每个业务流最多只分配在源宿节点的路由集合中的一条路由。
可选地，所述网络拓扑映射，包括：
分配给每个网络切片的每个业务流的端到端链路。
可选地，所述网络拓扑映射，包括：
分配给每个网络切片的每个业务流的已分配的链路组的端口物理层和时隙。
可选地，还包括：
获取每个网络切片的每个业务流的时延带宽需求、端到端连接的源节点和端到端连接的宿节点。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本公开时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法。
图4示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器1010可以采用通用的CPU（CentralProcessingUnit，中央处理器）、微处理器、应用专用集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC）、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器1020可以采用ROM（ReadOnlyMemory，只读存储器）、RAM（RandomAccessMemory，随机存取存储器）、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作***和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中（图中未示出），也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
通信接口1040用于连接通信模块（图中未示出），以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式（例如USB、网线等）实现通信，也可以通过无线方式（例如移动网络、WIFI、蓝牙等）实现通信。
总线1050包括一通路，在设备的各个组件（例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040）之间传输信息。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存（PRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、其他类型的随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能光盘（DVD）或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路（IC）芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的（即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内）。在阐述了具体细节（例如，电路）以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构（例如，动态RAM（DRAM））可以使用所讨论的实施例。
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，包括：
基于实际物理网络构建无向图模型；所述无向图模型中的点表示物理节点，所述无向图模型中的边表示物理链路；
基于所述无向图模型，以在满足切片业务需求的前提下最小化物理网络资源的分配为目标，采用近似算法求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射；
其中，采用近似算法求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射，包括：
S1：针对输入的每个切片请求，顺序分配对应的端到端业务流，每一个业务流均分配在最少跳数的链路上；
S2：在每一段链路的已分配链路组上顺序分配时隙给业务流，如果业务流不能完全分配给已分配链路组上的空闲时隙，则在使用空闲时隙的情况下，再向已分配链路组的两端节点请求新的空闲物理端口，将剩余的业务流分配到新的物理端口和时隙中，并更新已分配链路组的状态；
S3：如果不能成功请求新的物理端口或者是流分配不成功，则在所述无向图模型中除去此条链路，并重新计算业务流源宿节点之间的最少跳数路径；
循环执行上述步骤S1、S2和S3，直到流分配符合预设条件，得到最新物理网络资源使用情况，本次网络切片请求的网络拓扑映射。
2.根据权利要求1所述的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，其中，所述预设条件包括以下条件中的一种或多种：
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每个链路组的最新容量大小不超过当前链路组的总容量；
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每个链路的物理端口数量不超过链路上拥有的物理端口总数；
分配给每个网络切片的每个业务流的路由上的每一个链路组上承载的业务流所占用的时隙数加上已分配的时隙数不超过链路组所拥有的总时隙数；
分配给每个网络切片的每个业务流的分配路由的时延小于或等于业务流时延的要求；
分配给每个网络切片的每个业务流最多只分配在源宿节点的路由集合中的一条路由。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，其中，所述网络拓扑映射，包括：
分配给每个网络切片的每个业务流的端到端链路。
4.根据权利要求1至2中的任一项所述的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，其中，所述网络拓扑映射，包括：
分配给每个网络切片的每个业务流的已分配的链路组的端口物理端口和时隙。
5.根据权利要求1至2中的任一项所述的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法，其中，还包括：
获取每个网络切片的每个业务流的时延带宽需求、端到端连接的源节点和端到端连接的宿节点。
6.一种基于灵活以太网的电力通信业务资源分配装置，包括：
模型构建模块，用于基于实际物理网络构建无向图模型；所述无向图模型中的点表示物理节点，所述无向图模型中的边表示物理链路；
分配模块，用于基于所述无向图模型，以在满足切片业务需求的前提下最小化物理网络资源的分配为目标，采用近似算法求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射；
其中，采用近似算法求解最优化问题，得到最新物理网络资源使用情况和当前网络切片请求的网络拓扑映射，包括：
S1：针对输入的每个切片请求，顺序分配对应的端到端业务流，每一个业务流均分配在最少跳数的链路上；
S2：在每一段链路的已分配链路组上顺序分配时隙给业务流，如果业务流不能完全分配给已分配链路组上的空闲时隙，则在使用空闲时隙的情况下，再向已分配链路组的两端节点请求新的空闲物理端口，将剩余的业务流分配到新的物理端口和时隙中，并更新已分配链路组的状态；
S3：如果不能成功请求新的物理端口或者是流分配不成功，则在所述无向图模型中除去此条链路，并重新计算业务流源宿节点之间的最少跳数路径；
循环执行上述步骤S1、S2和S3，直到流分配符合预设条件，得到最新物理网络资源使用情况，本次网络切片请求的网络拓扑映射。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任意一项所述的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至5任意一项所述的基于灵活以太网的电力通信业务资源分配方法。
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