本发明涉及用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的设备。本发明进一步涉及用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的方法。
逻辑上集中的网络控制器可以控制网络，即，通过分布式控制平面管理若干转发设备。在这样的网络中，例如带宽、延迟、缓冲器利用率等等的网络状态可以从转发平面收集，并且数据包的集中路由可以基于网络状态信息。
通常存在大量需要由这样的网络控制来解决的通信服务请求。这样的服务的每个实现改变网络状态，并且在立即跟随服务请求的情况下，由于网络和控制器中的网络状态的暂时不一致，该服务可能受损害。然而，该过程可能是不够快的，此外它可能不按比例并且可能特别不适合履行特定多个约束要求的工业网络，所述约束例如是最大延迟等。
在一些网络类型中，若干中间件层和接口架构被用于自适应服务质量（qos）控制，该自适应服务质量（qos）控制采用实时调度方法。这些架构涉及控制环路，其在转发和控制平面上是闭合的。在转发和控制平面两者上的闭合的环路控制可能引入难以纠正的测量误差和延迟，并且因此可能难以实现快速和准确的qos控制。
网络的状态包含网络的实际qos情况。其包含qos计算所需要的所有端到端参数和所有每跳参数。一些网络系统采用来自网络的请求，并且通过使用针对路由决定的最后网络状态来处理它们。然而，所使用的网络状态具有一些限制。该状态不得不通过轮询所有网络设备或者收集广播的网络信息而构建。然而，这可能导致值的时间不一致和时间偏移。
总之，现有的网络系统是预先规划的或者继承时间不一致，如以下步骤中所提到的那样：1）当添加新流程时，路由算法基于网络状态找到适合的路径；2）网络状态和相关的更新由网络监视器在控制平面中收集和/或轮询；3）如果存在可行路径，则该新流程将被嵌入网络的转发平面中。然而，基于这些步骤，难以提供运行中（onthefly）的延迟保证。
本发明的一个目的是提供能够在网络结构的改变期间提供延迟保证的网络管理。
根据第一方面，提出了一种用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的设备，该网络包括多个网络资源。所述设备包括：建模单元，用于估计网络资源的负载，状态单元，用于提供网络的服务质量状态，资源分配单元，用于基于网络资源的负载和网络的服务质量状态来预先计算网络内的服务质量参数，以及用于基于预先计算的服务质量参数来预先分配网络资源，以及路由单元，用于基于预先分配的网络资源来路由数据包，其中建模单元、状态单元和资源分配单元形成第一环路，并且其中建模单元、状态单元和路由单元形成第二环路。
例如建模单元的相应单元可以以硬件和/或以软件实现。如果所述单元以硬件实现，则其可以体现为设备，例如，体现为计算机或体现为处理器或体现为例如计算机系统的系统的部分。如果所述单元以软件实现，则其可以体现为计算机程序产品、体现为功能、体现为例程、体现为程序代码或者体现为可执行的对象。
基于所提出的设备，可能的是将智能机制用于在中央网络管理实体中利用服务质量（qos）保证来管理端到端连接，以便操纵（steer）网络来提供qos保证。中央网络管理实体可以是例如sdn（软件定义联网）控制器。
通过将总体路由划分为路由单元和相应的环路以及资源分配单元和相应的环路，路由的复杂性可以被降低。该划分通过具有适度的计算复杂性和确定性的响应时间来使能具有比如延迟、丢失等的端到端qos约束的数据包流的路由。情况是这样的，可以使用两个算法，一个用于路由单元和相应的环路，并且一个用于资源分配单元和相应的环路。
因为路由单元和相应的环路与资源分配单元并行工作，所以延迟约束通信服务的动态设定可以在运行时间期间被使能。路由单元可以在使用现有的资源分配的网络内定义路径，并且同时如果需要的话，则资源分配单元可以适配资源分配。工业自动化应用可能需要网络结构内的改变的此类动态适配。
基于预先计算的服务质量参数的对网络资源的预先分配可以指代以下事实：资源分配单元选择网络资源，即，网元和网元之间的链接，用于提供具有特定qos参数的连接。
本上下文中的通信服务可以指代具有特定qos要求的任何服务。这些要求可以是例如相应通信服务的任何数据包的延迟、丢失或抖动。路由单元处理这些通信服务以及相应的通信请求。
根据实施例，建模单元、状态单元、资源分配单元和路由单元位于网络的控制平面中。
作为基础，代替在转发和控制平面上闭合的控制环路，该控制环路被保持在控制平面内。因此，低成本商品硬件可以被用在转发平面中，即，负责在网络内转发数据包的平面，因为转发平面不需要提供复杂的功能。
根据另外的实施例，资源分配单元适于通过将网络内的至少一个链接的可用网络资源分布到至少一个链接的队列来预先分配网络资源，其中队列的每个包括要被集体传输的数据包。
代替在转发和控制平面上闭合的控制环路，使用队列链接模型来将控制环路保持在控制平面内。队列链接模型可以表示要被集体传输的数据包被布置在队列中。每个队列具有特定的qos行为。一个或多个队列被指派给一个链接。资源分配单元决定该链接的哪些网络资源要被哪个队列使用。这可以导致相应队列的qos行为的改变。
根据另外的实施例，状态单元适于计算针对每个队列的最坏情况延迟。
基于链接的信息，状态单元可以计算针对每个队列的延迟，以及因此还计算最坏情况延迟。基于该初始状态，路由单元可以找到满足通信服务的最后期限要求的路线，所述通信服务即数据包。
根据另外的实施例，路由单元适于基于将数据包的服务质量要求考虑在内的预先分配的网络资源来路由数据包。
路由单元可以基于所分配的网络资源以及基于数据包的实际qos要求来选择用于数据包的路径。
根据另外的实施例，资源分配单元适于当新链接被添加到网络和/或现有的链接被移除时和/或当要被传输的数据包改变时，更新网络资源的预先分配。
因此，资源分配单元可以对网络的改变做出反应以动态地适配预先分配的网络资源。这样的改变可以包括网络结构自身的改变，但也包括要被传输的数据包的改变，即要被传输的数据包的qos要求的改变或网络链接的需求。
根据另外的实施例，建模单元适于基于来自路由单元的信息以及基于来自资源分配单元的信息来估计网络资源的负载。
预先分配的资源和实际的数据包两者因此都可以被用于估计网络的负载。
根据另外的实施例，来自路由单元的信息包括关于被用于网络内的数据包的路径的信息。
因此，可以将实际的网络情况，即所使用的路径和数据包考虑在内。
根据另外的实施例，来自资源分配单元的信息包括关于所分配的资源的信息。
因此，当计算网络的负载时，可以将可用的网络资源考虑在内。
根据另外的实施例，路由单元适于在满足从起源（origin）到目的地的数据包的服务质量要求时，通过将从起源到目的地的路径的成本最小化来确定针对要被路由的数据包的路径。
在该实施例中，可以将针对完整路径的qos要求考虑在内。
根据另外的实施例，从起源到目的地的数据包的服务质量要求是端到端服务质量要求。
每个数据包可以具有qos要求，其从数据包的传输的起点到终点都需要被满足。
根据另外的实施例，路由单元适于在满足针对从起源到目的地的每跳的数据包的服务质量要求时，通过将从起源到目的地的路径的成本最小化来确定针对要被路由的数据包的路径。
此外，可以针对每跳将qos要求考虑在内。这提供了更详细的qos概观，并且改进了qos要求的满足度。
根据另外的实施例，针对从起源到目的地的每跳的数据包的服务质量要求是每跳服务质量要求。
针对每跳，即针对两个网元之间的每个传输，qos要求可以被满足。
第一方面的任意实施例可以与第一方面的任意实施例组合来获得第一方面的另一个实施例。
根据第二方面，提出了用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的方法，该网络包括多个网络资源。该方法包括以下步骤：估计网络资源的负载、提供网络的服务质量状态、基于网络资源的负载和网络的服务质量状态来预先计算网络内的服务质量参数、基于预先计算的服务质量参数来预先分配网络资源以及基于预先分配的网络资源来路由数据包，其中估计步骤、提供步骤、预先计算步骤和预先分配步骤形成第一环路，并且其中估计步骤、提供步骤和路由步骤形成第二环路。
根据再一方面，本发明涉及计算机程序产品，其包括程序代码，当所述程序代码在至少一个计算机上运行时，用于执行上文所描述的用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的方法。
诸如计算机程序装置之类的计算机程序产品可以被体现为存储器卡、usb棒、cd-rom、dvd或被体现为可以从网络中的服务器下载的文件。例如，可以通过传送包括来自无线通信网络的计算机程序产品的文件来提供这样的文件。
参考本发明的设备所描述的实施例和特征向本发明的方法施加必要的变通（mutatismutandis）。
本发明的另外可能的实现或替代的技术方案还涵盖上文或下文关于实施例所描述的特征的组合，而这些组合在本文中没有被明确地提及。本领域技术人员还可以向本发明的最基本形式添加个别的或单独的方面和特征。
本发明另外的实施例、特征和优点将根据随后的描述和从属权利要求结合附图而变得清楚，在附图中：
图1示出了用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的设备的示意性框图；
图2示出了图示了图1的设备的资源分配单元内的过程的示意性流程图；
图3示出了图示了图1的设备的路由单元内的过程的示意性流程图；
图4示出了用于在中央网络管理实体内管理网络的端到端连接的方法的方法步骤的序列。
在附图中，相同的参考标号表示相同或功能上等同的元件，除非另有指示。
图1示出了用于管理网络20的端到端连接的设备10。该设备10可以是中央网络管理实体的部分。
设备10包括建模单元1、状态单元2、资源分配单元3和路由单元4。所有四个单元1、2、3和4被布置在控制平面11内，其中网络自身提供转发平面21。因此，网络20可以是不那么复杂的，因为控制被完全布置在控制平面11内。
建模单元1、状态单元2和资源分配单元3形成第一环路。建模单元1、状态单元2和路由单元4形成第二环路。
建模单元1估计网络资源的负载。建模单元1接收来自网络20自身、资源分配单元3和路由单元4的输入。
状态单元2提供网络20的服务质量状态。这是基于来自建模单元1的信息而完成的。
资源分配单元3基于网络资源的负载和网络的服务质量状态来预先计算网络20内的服务质量参数，以及基于预先计算的服务质量参数来预先分配网络资源。
路由单元4基于预先分配的网络资源来路由数据包。
图2示出了资源分配单元3内的过程的示例。
在步骤s1中，资源分配单元3内的算法开始。
在步骤s2中，资源分配单元3采取网络20的一个物理链接。
在步骤s3中，资源分配单元3找到针对网络20内的实际数据包所采取的物理链接的更好的资源分配。
在步骤s4中，如果网络20改变，例如当链接被添加或移除时，资源分配单元3执行新的资源分配。
图3示出了路由单元4内的过程的示例。
在步骤s11中，路由单元4的算法开始。
针对连接的路由问题对应于延迟约束最小成本路由问题，其可以被表达（formulate）成将从起源到目的地的、受制于满足端到端约束的路径qos约束的路径的成本最小化。在设备10中，添加检查每跳约束的约束。如果（网络图形的）边缘不满足每跳约束，则对应的边缘将针对延迟约束最小成本路由算法而被禁用。因此，路由算法可以管理每跳和端到端约束。还可能为需要比如例如包丢失而不是延迟之类的其他端到端约束的路线使用该方法。
在步骤s12中，从图减少边缘，其不得不以较少资源来满足qos要求。
在步骤s13中，运行上文所描述的路由算法。
在步骤s14中，更新资源利用计数器。该计数器示出了使用了可用资源中的多少。
在步骤s15中，路由算法结束。
来自在图2和图3中示出的过程的信息可以然后被用于建模单元1来改进网络20的模型。
图4示出了用于在中央网络管理实体内管理网络20的端到端连接的方法。该方法包括步骤401-405。
在步骤401中，估计网络资源的负载。
在步骤402中，提供网络20的服务质量状态。
在步骤403中，基于网络资源的负载和网络20的服务质量状态，来预先计算网络20内的服务质量参数。
在步骤404中，基于预先计算的服务质量参数来预先分配网络资源。
在步骤405中，基于预先分配的网络资源来路由数据包。
如可以在图4中看到的，估计步骤401、提供步骤402、预先计算步骤403和预先分配步骤404形成第一环路，并且估计步骤401、提供步骤402和路由步骤405形成第二环路。
虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员来说，明显的是，在所有实施例中修改是可能的。
参考标号：
1建模单元
2状态单元
3资源分配单元
4路由单元
10设备
11控制平面
20网络
21转发平面
401-405方法步骤
s1-s4方法步骤
s11-s15方法步骤