一種基于光網絡架構業務平面的資源量化分配方法
【技術領域】
[0001] 本發明是基于面向服務的光網絡體系結構，對網絡資源和IT資源進行抽象和分 配，具體涉及網絡物理拓撲的抽象和相關資源的量化分配算法。
【背景技術】
[0002] 近幾年來，互聯網業務取得了巨大的發展，基于網絡的應用服務和用戶數量也在 快速地增加。然而，多樣的網絡應用和龐大的用戶規模給光互聯網絡技術的發展帶來嚴峻 的挑戰。這些挑戰主要包括：網絡資源和IT資源（計算資源和存儲資源）的協調性，用戶 要求的高服務可靠性，網絡業務的多樣性和可擴展性等。
[0003] 為了滿足這樣的挑戰，光網絡在原有的三層架構（管理平面、控制平面、傳輸平 面）基礎上添加了業務平面。業務平面部署在用戶和網絡基礎設備之間，它的主要任務一 方面是屏蔽網絡傳輸實現的相關細節，另一方面將運營商的角色區分為網絡提供者（或資 源提供者NP)和服務提供者（SP)，即對資源進行抽象和對抽象資源進行合理的分配。業務 平面有兩種接口：一種是與用戶之間的接口CSI(Customer-ServicePlaneInterface)，能 夠快速高效的響應用戶的請求；另一種是業務平面和網絡基礎設備之間的接口UNIOJser toNetworkInterface)，它控制一組協議組，如：多協議標記交換（MPLS)、通用多協議交換 (GMPLS)等（圖1)。通過該業務平面還可以實現業務交換與業務控制相分離，使業務生成 獨立于業務的運行環境。業務交換與業務控制相分離改變了由交換系統提供不同新增業務 的傳統方式。交換系統只負責交換和接入功能，使業務的提供不依賴于業務平面相關設備 的供應商。
[0004] 業務平面由一組自適應和智能的抽象機制組成，為服務和應用提供連接到底層資 源框架的接口。這些抽象機制是一個靈活的平臺，能快速和高效的將新的服務和應用程序 部署在一個公共的底層節點上。然而，物理資源提供者（NP)為了商業的保密性，提供給服 務提供者（SP)的是網絡拓撲的抽象。業務平面的消息接收者同時接收用戶的請求和硬件 提供者的網絡抽象拓撲，然后將抽象拓撲進行虛擬化量化并對請求進行處理，最后通過服 務的組成和服務自適應計算當前資源能否滿足用戶的服務需求（圖2)。業務平面中服務 的提供者（SP)、用戶（USER)和硬件提供者（NP)三者的一個用戶請求周期的流程如圖3所 示。服務提供者接收用戶的服務請求后，根據物理資源提供者提供的抽象資源對服務進行 應答，判斷是否接受請求，如不接受則直接返回；如果接受則向資源提供者申請相應的物理 資源，如果實際資源滿足用戶請求，則提供相應的資源；如果實際資源不滿足，則駁回服務 提供者的請求。一個分配周期過后重新對剩余資源抽象。一個高準確性的資源抽象算法能 使業務平面對服務請求應答更加的準確，其中包括兩個方面：
[0005] (1)服務提供者接受的請求，資源提供者應有對應的實際資源；
[0006] (2)服務提供者拒絕的請求也應確保資源提供者沒足夠的資源提供。這兩點也是 抽象算法的主要的量化評價標準。

【發明內容】

[0007] 為了克服現有技術中的不足，本發明的目的是為智能光網絡的業務平面設計高精 確度的資源抽象量化分配算法。
[0008] 本算法是利用線性規劃方程對網絡資源進行抽象。主要思想是：不同的抽象鏈路 可能共享同一條實際的物理鏈路，同時同一條抽象鏈路也可以使用不同的物理鏈路進行數 據的傳輸。當一個請求分配周期完成后，業務平面會進行一次剩余資源的抽象，將抽象的數 據傳遞給服務提供者。服務提供者再根據新的抽象數據進行下一輪的請求應答對應滿足的 請求，服務提供者向資源提供者發出資源請求。資源提供者查看如果實際的資源滿足要求 的話則提供資源，不滿足則拒絕。
[0009] 為了實現上述目的本發明采用如下技術方案：一種基于光網絡架構業務平面的資 源量化分配方法，包括以下步驟：
[0010] (1)物理拓撲的抽象，在物理網絡拓撲中，將物理拓撲節點消減為只剩下邊界節點 的抽象網絡拓撲。
[0011] (2)網絡資源的抽象，將抽象網絡拓撲中不同的目標-源節點對的鏈路共享同一 條實際鏈路，目標-源節點對的鏈路的數據傳輸可以選擇不同的實際鏈路進行，其中每一 條實際鏈路的數據流都只能沿著同一個方向。
[0012] (3) IT資源的抽象，計算物理絡拓撲中每一個內部節點到所有邊界節點的最短路 徑的帶寬值，將內部節點歸并到所述帶寬值的最大值所對應的邊界節點。
[0013] 本發明具有的有益技術效果是：與現有的網絡資源抽象算法SILK相比，本文的算 法對資源的抽象更加精確，傳統的SILK算法只是考慮某單一鏈路的帶寬，雖然服務提供者 對請求的命中率高，但是物理資源的利用率低下。本算法通過定義線性約束的條件，充分考 慮所有鏈路的帶寬資源，不僅資源請求命中率高，而且充分整合了分散的帶寬資源，使資源 的利用率也相應的提尚。
【附圖說明】
[0014] 圖1為光網絡系統架構；
[0015] 圖2為光網絡服務平面結構；
[0016] 圖3為光網絡服務平面一個請求周期流程圖；
[0017] 圖4為網絡物理拓撲抽象示例；
[0018] 圖5為網絡資源抽象算法流程；
[0019] 圖6為邊界節點歸并示意圖；
[0020] 圖7為抽象算法中分配的帶寬量與實際帶寬量的條形圖；
[0021] 圖8為兩個算法在二個拓撲圖中的拒絕返回率曲線圖。
【具體實施方式】
[0022] 為了更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖進行詳細介紹。
[0023] -、物理拓撲的抽象
[0024] 用Full-mesh的方法進行網絡拓撲的抽象。它將物理拓撲節點消減為只剩下邊界 節點的抽象拓撲。邊界節點就是在自身的網絡域中與其他網絡域相連的節點。
[0025] 網絡物理拓撲圖用G(V，E)表示，其中V= {vn}表示網絡的節點，E= {e(u,v)I(u,V)GV2}表示拓撲圖的邊。I|V|I=N表示節點的個數，I|E|I=L表示邊 的條數，表示邊e^的帶寬，單位是字節每秒。物理拓撲的抽象就是將拓撲圖 G(V，E)用它的子集G'（V'，E'）表示，其中V' = {vb}為拓撲G的邊界節點的集合，I|V'I =N'為邊界節點個數，V"為內部節點的集合，N"=I|V"II為內部節點的個數。E' = {e' fcd)I(s,d)GV'2}，e'fcd)表示連接節點s和節點d的邊。I|E'II=L'表示抽象拓撲邊 的條數，是一個無向全連通圖（圖4)。
[0026] 二、網絡資源的抽象
[0027] (1)參數抽象：如今大部分網絡資源的抽象用的是SimpleLink-SILK算法。SILK 算法的主要思想是在實際拓撲中選取一條最大通路的帶寬值作為抽象鏈路的帶寬。該算法 資源分配的正確率較高，但是資源的利用率低。為了解決SILK算法資源利用率低的問題， 本發明提出了MILP(混合型整數線性規劃）方程來進行網絡資源的抽象。主要的思想是不 同的抽象鏈路可以共享同一條實際鏈路，同一條抽象鏈路的數據傳輸可以沿著不同的實際 鏈路進行。由于總的傳送帶寬不可以超過實際鏈路的帶寬，因此定義了線性規劃的約束條 件。
[0028] MILP方程定義：
[0029] 根據以上實際物理網絡拓撲的定義，設定以下參數：
[0030]
[0031] (2)目標函數：
[0033] 公式⑴表示每一個節點vsGV'到其他任一個節點VdGV'所有路徑k能提供 的帶寬之和加上已經分配了的帶寬。目標函數就是獲取整個抽象拓撲可利用的帶寬資源的 最大值。公式后半部分aG是為了讓所有的"目標-源"節點對的帶寬分配趨于均勻，當 最小值G越接近平均值，等式的值就越大。
[0034] (3)約束條件：
[0038] ^和v v表示實際物理拓撲的節點，（v u，vv)表示實際拓撲的一條邊.
[0039] 公式（2)約束保證每一個節點V]GV的數據流在同一對"目的-源"節點的同一 條通路k中總是沿同一個方向進行傳輸。然而同一個數據流可以在通路集合PUd)中選擇 不同的通路，每一條通路數據流都只能沿著同一個方向，如公式（3)
[0042] 尤i上標（s，d)表示抽象邊（vs，vd)的第k條路徑（抽象邊帶寬可能包含 實際拓撲中k條實際路徑的帶寬）是否包含實際邊（vu，Vv)。\和Vd都表示抽象網絡拓撲 的抽象節點，（Vs,Vd)表示源-目標節點對，參數抽象就是計算vS1」Vd的