一种报文转发调度方法及装置与流程

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种报文转发调度方法及装置。

背景技术：

电信边缘云现已成为全球电信行业发展的重要趋势，电信边缘云技术是为了解决现有专用通信设备的不足而随之产生的，即是将传统及新增网络功能虚拟化并聚集或分解其网络功能，并承载于采用通用X86架构硬件的软件虚拟化平台，对传统电信机房的设备进行软件与硬件解耦，基于物理计算、存储、网络资源设备实现电信网络功能。当前，电信边缘云已经成为全球电信产业界公认的发展重点；国际和国内的电信边缘云产业巨头加快技术研发、企业转型和联盟合作以抢占电信边缘云发展的主导权和新兴市场空间。这种情况下，面对日益迫切的电信边缘云发展需求，基于电信边缘云的报文区分及转发调度系统对于电信边缘云的迅速持续发展具有重要意义。

随着电信应用业务的快速增长，伴之产生的运维繁杂分散、业务部署上线及创新周期较长、规模不易扩展、网络拥塞程度高等问题日益突出。现有电信边缘云端局系统主要采用转发表项进行报文转发调度方式，并且端局功能由物理专用设备实现，且需要较强专业技能的运维团队，存在未充分考虑到运维繁杂分散、业务部署上线及创新周期较长、规模不易扩展、网络拥塞程度高等方面问题。

因此，亟需一种报文转发调度方案，以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种报文转发调度方法及装置，用以解决电芯边缘云网络报文转发调度不合理导致的网络拥塞问题，以及扩展困难的问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

本发明提供一种报文转发调度方法，所述方法包括：

当接收到待转发报文时，向各vBRAS发送报文队列信息获取请求；

接收所述vBRAS返回的报文队列信息，所述报文队列信息是所述vBRAS接收到所述报文队列信息获取请求后发送的；所述报文队列信息包括：绝对报文处理总能力值Ω、相对报文处理能力比率Ψ、报文排队长度均值Γ、报文等待长度均值Φ、报文等候单位时间均值T_W和报文处理单位时间均值T_P；

根据所述队列信息，采用迭代算法确定最优的调度评价函数值，并根据所述最优的调度评价函数值确定最优的报文队列；

将所述待转发报文分配至所述最优的报文队列。

优选的，所述根据所述队列信息，采用迭代算法确定最优的调度评价函数值，具体包括：

S11，计算本次调度评价函数值optZ^k；

S12，计算前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值；

S13，将前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值与预设的第一阈值P相比较，若前者大于或等于后者，则将本次调度评价函数值optZ^k作为最优的调度评价函数值。

进一步的，所述报文转发调度方法还包括：

若前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值小于所述第一阈值P，则执行S14和S15：

S14，k＝k+1，k为迭代次数；

S15，将k与预设的第二阈值K相比较，若k小于或等于K，则执行S11；否则，将本次调度评价函数值optZ^k作为最优的调度评价函数值。

优选的，所述调度评价函数为：

其中，ε、θ、σ、ξ、τ为调整因子，且ε、θ、σ、ξ、τ∈(0，1)；n为报文队列的总数量，i为报文队列标识，k为迭代次数，k≤K,K为第二阈值，表示最大迭代次数；x_i^k表示第k次迭代时第i队列内是否负载报文，optZ^k表示第k次迭代时的调度评价函数值。

优选的，所述相对报文处理能力比率Ψ为单位时间内处理完成的报文数量与报文队列中待转发报文的总数量之比；

所述绝对报文处理总能力值Ω为报文队列中待转发报文的总数量与单位时间的乘积。

本发明还提供一种报文转发调度装置，包括：第一接收模块、发送模块、第二接收模块、处理模块和调度模块，

第一接收模块用于，接收待转发报文；

第二接收模块用于，接收所述vBRAS返回的报文队列信息，所述报文队列信息是所述vBRAS接收到所述报文队列信息获取请求后发送的；所述报文队列信息包括：绝对报文处理总能力值Ω、相对报文处理能力比率Ψ、报文排队长度均值Γ、报文等待长度均值Φ、报文等候单位时间均值T_W和报文处理单位时间均值T_P；

所述处理模块用于，当所述第一接收模块接收到待转发报文时，指示发送模块向各vBRAS发送报文队列信息获取请求；根据所述队列信息，采用迭代算法确定最优的调度评价函数值，并根据所述最优的调度评价函数值确定最优的报文队列；

调度模块用于，将所述待转发报文分配至所述最优的报文队列。

优选的，所述处理模块具体用于，计算本次调度评价函数值optZ^k，并计算前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值；将前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值与预设的第一阈值P相比较，当前者大于或等于后者时，将本次调度评价函数值optZ^k作为最优的调度评价函数值。

进一步的，所述处理模块还用于，当前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值小于所述第一阈值P时，令k＝k+1，k为迭代次数，并将k与预设的第二阈值K相比较，当k小于或等于K时，计算本次调度评价函数值optZ^k；当k大于K时，将本次调度评价函数值optZ^k作为最优的调度评价函数值。

优选的，所述调度评价函数为：

其中，ε、θ、σ、ξ、τ为调整因子，且ε、θ、σ、ξ、τ∈(0，1)；n为报文队列的总数量，i为报文队列标识，k为迭代次数，k≤K,K为第二阈值，表示最大迭代次数；x_i^k表示第k次迭代时第i队列内是否负载报文，optZ^k表示第k次迭代时的调度评价函数值。

优选的，所述相对报文处理能力比率Ψ为单位时间内处理完成的报文数量与报文队列中待转发报文的总数量之比；

所述绝对报文处理总能力值Ω为报文队列中待转发报文的总数量与单位时间的乘积。

本发明能够实现以下有益效果：

当新的待转发报文到达时，vCPE获取各vBRAS的报文队列信息，根据队列信息，利用迭代算法确定最优的调度评价函数值，并由此确定出最优的报文队列，以便将所述待转发报文分配至所述最优的报文队列中，本发明充分考虑了各个报文队列当前的报文处理能力，每个用户报文可以得到全局优化转发调度，提高电信边缘云网络报文转发的合理性。此外，本发明采用虚拟的电信边缘云网元实现用户报文的转发，可以简化运维，降低运维成本，缩短业务部署上线及创新周期，有利于规模弹性扩展。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电信边缘云网络拓扑图；

图2为本发明实施例提供的电信边缘云网络报文转发机制示意图之一；

图3为本发明实施例提供的电信边缘云网络报文转发机制示意图之二；

图4为本发明实施例提供的报文转发调度流程图；

图5为本发明实施例提供的确定最优的调度评价函数值的流程图；

图6为本发明实施例提供的报文转发调度装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了报文转发调度方案，采用虚拟电信边缘网元代替现有的物理专用设备，并采用全局优化转发调度机制，实现用户报文转发的合理性。

本发明提供一种报文转发调度方法，应用于如图1所示的电信边缘云网络中，电信边缘云的报文转发调度应用系统采用松耦合架构，包含固网企事业单位用户访问域。

固网企事业单位用户访问域实现了固网企事业单位用户通过Vxlan(Virtual eXtensible Local Area Network，虚拟可扩展局域网)隧道方式连接虚拟端局网元并访问私有云数据中心和互联网。访问具体流程如下：

固网企事业用户ENUSER_PC发起DHCP请求报文，固定端通过PG(也即Simple CPE(Customer Premise Equipment客户终端设备))、Vxlan网关和vCPE建立Vxlan隧道，进而实现Vxlan二层网络的接入。固网企事业单位用户ENUSER_PC的请求报文通过Vxlan二层网络透传至vCPE，vCPE支持作为DHCP服务器给下挂的终端分配IP地址，并支持作为PPPoE客户端经过防火墙等处理并发送至vBRAS(Broadband Remote Access Server，宽带远程接入服务器BRAS)进行拨号接入认证，由NAT(Network Address Translation，网络地址转换)设备进行私网和公网地址的转换，并通过网关(Gateway)接入并访问互联网或企业云数据中心。

如图1所示，电信边缘云网络中采用vCPE、vBRAS等虚拟电信边缘网元实现报文转发调度。

其中，vCPE可实现以下功能：(1)DHCP功能，为每个固网企事业用户提供独立的DHCP Server并进行下挂终端的IP地址分配；(2)固网企事业用户报文区分功能，根据报文的IP地址和端口(port)号对报文进行区分；(3)固网企事业用户报文转发调度功能，根据各报文的特征进行转发调度；(4)ACL(Access Control List，访问控制列表)过滤功能，限制家庭用户对网络服务器的访问；(5)PPPoE功能，用于支持向vBRAS拨号接入认证，与vBRAS设备建立PPPoE会话；(6)QoS(Quality of Service，服务质量)业务功能，支持用户的多级QoS服务需求；(7)防火墙功能，实现用户隔离并支持基于应用和用户行为的访问控制，实现对安全策略的细粒度管理。

vBRAS可实现以下功能：(1)汇聚用户的流量功能；(2)控制实现功能，与认证系统、计费系统和客户管理系统及服务策略控制系统相配合实现用户接入的认证、计费和管理功能；(3)固网企事业用户报文辅助转发调度功能，根据各报文的特征，辅助vCPE进行报文转发调度。

NAT可实现将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术。

结合图2和图3所示，固网企事业单位用户ENUSER_PC的请求报文经过Vxlan网关或Vxlan服务器发送至vCPE，每个vBRAS对应一个报文队列，vCPE可以根据报文的IP地址和端口号区分各类报文，并将固网企事业用户报文转发调度至报文队列中。每个报文队列中的报文包括两种状态：等待状态和处理状态，等待状态是指等待vBRAS转发的状态，处理状态是指正在由vBRAS转发的状态。

以下结合图4，详细说明本发明的报文转发调度方法，所述方法应用于如图1所示的电信边缘云网络中。如图4所示，所述方法包括以下步骤：

步骤401，当vCPE接收到待转发报文时，向各vBRAS发送报文队列信息获取请求。

具体的，当有新的固网企事业单位用户ENUSER_PC的请求报文通过Vxlan二层网络透传至vCPE时，触发vCPE向各vBRAS获取各个报文队列信息。也就是说，vCPE向各vBRAS发送报文队列信息获取请求，以使各vBRAS向vCPE上报当前的报文队列信息。

步骤402，各vBRAS接收到vCPE发送的报文队列信息获取请求后，向vCPE返回报文队列信息。

具体的，所述报文队列信息包括：绝对报文处理总能力值Ω、相对报文处理能力比率Ψ、报文排队长度均值Γ、报文等待长度均值Φ、报文等候单位时间均值T_W和报文处理单位时间均值T_P。

绝对报文处理总能力值Ω为报文队列中待转发报文的总数量与单位时间的乘积，即绝对报文处理总能力值Ω可以根据以下公式计算：Ω＝v*t^u；其中，v为该报文队列中待转发报文的总数量，t^u为单位时间。

相对报文处理能力比率Ψ为单位时间内处理完成的报文数量与待转发报文的总数量之比，即相对报文处理能力比率Ψ可以根据以下公式计算：其中，ρ为单位时间内处理完成的报文数量，v为该报文队列中待转发报文的总数量。

vBRAS根据绝对报文处理总能力值Ω、相对报文处理能力比率Ψ、报文排队长度均值Γ、报文等待长度均值Φ、报文等候单位时间均值T_W和报文处理单位时间均值T_P生成队列信息向量E，E＝{Ω,Ψ,Γ,Φ,T_W,T_P}，向vCPE返回队列信息向量E。

需要说明的是，报文队列信息所涉及的报文为报文队列中为等待状态的报文，不包含处理状态的报文。

步骤403，vCPE根据所述队列信息，采用迭代算法确定最优的调度评价函数值，并根据所述最优的调度评价函数值确定最优的报文队列。

具体的，vCPE汇总各个vBRAS的队列信息，并根据各个vBRAS的队列信息，采用迭代算法计算得到最优的调度评价函数值。所述调度评价函数值根据各个vBRAS队列的队列信息中的上述6个参数加权平均获得。调度评价函数的公式以及迭代计算得到最优的调度评价函数的具体实现过程后续再详细说明。

步骤404，vCPE将待转发报文分配至最优的报文队列。

具体的，vCPE将所述固网企事业单位用户ENUSER_PC的请求报文分配至最优的报文队列，从而完成报文的转发调度。

通过上述步骤401-404可以看出，当新的待转发报文到达时，vCPE获取各vBRAS的报文队列信息，根据队列信息确定最优的调度评价函数值，并由此确定出最优的报文队列，以便将所述待转发报文分配至所述最优的报文队列中，本发明充分考虑了各个报文队列当前的报文处理能力，每个用户报文可以得到全局优化转发调度，提高电信边缘云网络报文转发的合理性。此外，本发明采用虚拟的电信边缘云网元实现用户报文的转发，可以简化运维，降低运维成本，缩短业务部署上线及创新周期，有利于规模弹性扩展。

以下结合图5，详细说明采用迭代算法确定最优的调度评价函数值的流程。如图5所示，所述流程包括以下步骤：

S11，计算本次调度评价函数值optZ^k。

具体的，所述调度评价函数为：

其中，ε、θ、σ、ξ、τ为调整因子，且ε、θ、σ、ξ、τ∈(0，1)；n为报文队列的总数量，i为报文队列标识，k为迭代次数，k≤K,K为第二阈值，表示最大迭代次数；x_i^k表示第k次迭代时第i队列内是否负载报文，optZ^k表示第k次迭代时的调度评价函数值。

根据上述调度评价函数的公式可以看出，在计算调度评价函数时，只考虑有等待状态报文(即等待处理的报文)的报文队列，对于当前报文队列中没有等待状态报文的报文队列不予不考虑，从而得到的最优的调度评价函数值为各次迭代算法得到的调度评价函数值中的最小值。

S12，计算前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值|optZ^k-1-optZ^k|。

S13，将前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值|optZ^k-1-optZ^k|与预设的第一阈值P相比较，若前者大于或等于后者，则执行S16；否则，执行S14和S15。

具体的，当|optZ^k-1-optZ^k|≥P时，说明本次调度评价函数值optZ^k已为最小值，将本次调度评价函数值optZ^k作为最优的调度评价函数值(即执行S16)。

当|optZ^k-1-optZ^k|<P时，说明本次调度评价函数值optZ^k还不是最小值，继续迭代，计算下次调度评价函数值(即执行S14和S15)。

S14，k＝k+1。

S15，将k与预设的第二阈值K相比较，若k小于或等于K，则执行S11；否则，执行S16。

具体的，当迭代次数k加1后，将k与最大的迭代次数K相比较，判断迭代次数k是否超过最大迭代次数K，若此时迭代次数k大于最大的迭代次数K，则不再继续迭代计算调度评价函数值，而是将本次调度评价函数值optZ^k作为最优的调度评价函数值(即执行S16)。

若此时迭代次数k小于或等于最大迭代次数K，即当前还未超过最大迭代次数，则继续迭代计算调度评价函数值，并继续确定最优的调度评价函数值(即执行S11及其后续步骤)。

S16，将本次调度评价函数值optZ^k作为最优的调度评价函数值。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种报文转发调度装置，如图6所示，该一种报文转发调度装置包括：第一接收模块61、发送模块62、第二接收模块63、处理模块64和调度模块65。

第一接收模块61用于，接收待转发报文。

第二接收模块63用于，接收vBRAS返回的报文队列信息，所述报文队列信息是所述vBRAS接收到所述报文队列信息获取请求后发送的；所述报文队列信息包括：绝对报文处理总能力值Ω、相对报文处理能力比率Ψ、报文排队长度均值Γ、报文等待长度均值Φ、报文等候单位时间均值T_W和报文处理单位时间均值T_P。

处理模块64用于，当第一接收模块61接收到待转发报文时，指示发送模块62向各vBRAS发送报文队列信息获取请求；根据所述队列信息，采用迭代算法确定最优的调度评价函数值，并根据所述最优的调度评价函数值确定最优的报文队列。

调度模块65用于，将所述待转发报文分配至所述最优的报文队列。

优选的，处理模块64具体用于，计算本次调度评价函数值optZ^k，并计算前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值；将前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值与预设的第一阈值P相比较，当前者大于或等于后者时，将本次调度评价函数值optZ^k作为最优的调度评价函数值。

进一步的，处理模块64还用于，当前次调度评价函数值optZ^k-1与本次调度评价函数值optZ^k之差的绝对值小于所述第一阈值P时，令k＝k+1，k为迭代次数，并将k与预设的第二阈值K相比较，当k小于或等于K时，计算本次调度评价函数值optZ^k；当k大于K时，将本次调度评价函数值optZ^k作为最优的调度评价函数值。

优选的，所述调度评价函数为：

其中，ε、θ、σ、ξ、τ为调整因子，且ε、θ、σ、ξ、τ∈(0，1)；n为报文队列的总数量，i为报文队列标识，k为迭代次数，k≤K,K为第二阈值，表示最大迭代次数；x_i^k表示第k次迭代时第i队列内是否负载报文，optZ^k表示第k次迭代时的调度评价函数值。

优选的，所述相对报文处理能力比率Ψ为单位时间内处理完成的报文数量与报文队列中待转发报文的总数量之比；

所述绝对报文处理总能力值Ω为报文队列中待转发报文的总数量与单位时间的乘积。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。