一种SDN架构中基于元模型的智能网络构造方法与流程

本发明涉及通信技术领域，具体涉及sdn架构中基于元模型的智能网络构造方法。

背景技术：

随着互联网的快速发展，无论是在基础网络还是it支撑架构上，传统的电信网都开始面临着越来越多的挑战和压力。当前阶段必须面对三大挑战：首先是流量模型快速增长导致局部链路拥塞，其次是静态网络对复杂流量的变化手段和效果有限，最后是网络保障能力难以满足各类业务差异化。

正是要解决这些问题，互联网业界提出了软件定义网络(softwaredefinednetworking，简称sdn)的概念，旨在通过对网络的抽象推动网络业务的创新，并从用户的角度调度网络资源改进网络，通过北向接口，软件定义网络的开发者可以运用软件编程的方式实现对不同网络资源和能力的调用。软件定义网络是一种新型的网络架构及技术，起源于2006年斯坦福大学的cleanslate研究课题，由mckeown教授于2009年正式提出sdn的概念。其主要特征在于控制平面和转发平面分离，开放接口和集中控制。将转发平面和控制平面分离能够把网络看成一个逻辑或虚拟的实体，将转发行为抽象，通过集中控制器中的软件平台实现可编程化控制底层硬件，实现对网络资源灵活的按需调配；提供标准化的开放接口，能够实现应用和网络的无缝集成；集中控制则可以获取网络资源(eg.流、功能、链路、vtn)的全局信息并根据业务需求对资源进行全局调度和优化。在sdn网络中，网络设备只单纯地负责数据的转发，可以采用通用的硬件；而在传统网络中负责控制的操作系统则成为sdn网络中独立的网络操作系统，负责不同业务特性的适配，并且网络操作系统和业务特性以及硬件设备之间可以采用编程方式实现通信。

当前主流的sdn主体框架有从用户角度提出的onf(opennetworkingfoundation，开放网络基金会)sdn架构，从网络运营商角度提出的etsi(europeantelecommunicationsstandardsinstitute，欧洲电信标注化协会)nfv(networkfunctionsvirtualization，网络功能虚拟化)架构和为具体实现sdn架构由业界巨头cisco、ibm、microsoft等联合提出的opendaylight开源sdn项目。电信业界在互联网业界提出的sdn理念基础之上，发展出了nfv，将sdn的理念引入到电信行业中来。sdn和nfv的主要目的都是希望网络能够开放、智能化、软件化。从运营商的角度上来看，sdn/nfv目前已经形成了几个典型的应用场景。一个是对骨干网边缘流量基于sdn进行调优，原来的链路都是固定的，运营商主要是通过这些不同链路来做均衡，这导致网络对拥塞的感知能力较差，无法确保实时的负载均衡效果。sdn引入之后带来明显好处，通过sdn控制器的精细化调整，实时疏导流量。

在基于元模型的sdn体系架构中，由于现今电信网络在各层级上都应用了云化技术，形成了paas、iaas和saas等云平台，实现了通信资源的池化和云化，因而此架构采用了基于现代软件工程学的开发方式在sdn网络各层上构建了对应的元模型，同时定义了一种软件定义价格(sdp)模式对通信网络的各种资源进行定价，以此作为管理、协调和调度的依据。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种sdn架构中基于元模型的智能网络构造方法，包括如下步骤：

1)sdn控制器解析用户需求，获取智能网络特征集；所述智能网络特征集包括链路带宽、时延、丢包率和价格等属性；

2)控制器根据智能网络特征集，下发请求到资源抽象层并将底层物理资源抽象出一个元能力；所述资源抽象层是sdn网络中用于将转发层资源映射为虚拟资源的层级；所述元能力是构建虚拟租户网络所需的虚拟网络组件(逻辑功能块)，具备存储节点、计算节点以及交换节点功能；

3)控制层获取到转发层的元能力信息后，通过元服务组合分解方法构造出元服务；所述元服务是执行功能，并提供api给上层应用且返回结果的基本网络服务功能组件，可以依据网络业务的特性和要求，对多个元能力进行聚类而形成；

4)控制层的智能模块为元服务制定实时价格；

5)用户选择元服务构造出元业务；所述的元业务是指构成复杂应用的最小逻辑单元，它具备应用的所有属性，但颗粒度细；元业务通过业务抽象层对网络业务特性和需求进行聚类抽象，获取所需的网络服务元素，然后依据所需的网络服务元素去适配相应的网络元服务；

6)控制层的智能模块预测资源的需求强度实时动态调整资源价格。

进一步地，所述的sdn控制器是软件定义网络(sdn)中的应用程序，控制协调sdn网络中流量和资源。

进一步地，所述智能模块为可支持现有sdn网络功能的集成化sdn控制器模块。

进一步地，所述的元服务组合分解方法具体为：假设智能网络特征集中某一属性为α，依据用户需求定义元服务所应具备的智能网络特征集ux＝{αi,i＝1,2,3,…,m,m为该特征集中属性个数}，然后在转发层中将具有智能网络特征集uj＝{α’i,i＝1,2,3,…,m’,m’为该特征集中属性的个数}(其中，j＝1,2,3,…,n,n为所需要的元能力的个数)的元能力组合成为元服务，其中

本发明采用智能网络构造方法让用户无需关心底层的物理手段就可以用户使用规范有效的虚拟化方法构建智能网络。本发明抽象出用户可用的具有指定属性的智能网络，可以有效地为上层需求提供对应的服务，将sdn转发层物理资源虚拟化为抽象资源。利用该发明可以解决以下问题：

1)在传统网络中，由于业务与网络通信资源是紧耦合的关系，人们对业务特征参数的分析方法大都采用“一步到位”的映射方式，即直接将业务需求映射为网络设备上的相关参数，如链路的mtu、数据流一致性算法(trafficconformancealgorithm)等。这种方式加剧了业务与网络资源间的耦合：一方面这种方式提供的业务参数充满了用户不熟悉的网络专业术语，不利于业务的开放和开发；另一方面，用户无法根据实际需求对网络资源进行合理的组合与切分，不能有效经济地协调网络通信资源。

2)业务与具体的物理手段相耦合，不利于业务和网络通信手段的各自演进，比如，当网络更新换代时，这种耦合的存在可能导致因新生通信方式的内部实现技术不同而影响业务正常运行的情况。

本发明提出的一种sdn架构中基于元模型的智能网络构造方法可满足面向“互联网+”的新一代网络对网络业务差异化服务的需求。

附图说明

图1基于元模型的sdn网络体系架构；

图2sdn架构中基于元模型的智能网络构造方法流程的示意图；

图3基于元模型的智能网络的架构框图；

图4元能力组合分解示意图；

图5元服务组合分解示意图；

图6元业务组合分解示意图。

具体实施方式

本发明提供的一种sdn架构中基于元模型的智能网络构造方法，包括如下步骤：

1)sdn控制器解析用户需求，获取智能网络特征集；所述智能网络特征集包括链路带宽、时延、丢包率和价格等属性；

2)控制器根据智能网络特征集，下发请求到资源抽象层并将底层物理资源抽象出一个元能力；

所述资源抽象层是sdn网络中用于将转发层资源映射为虚拟资源的层级；

所述元能力是构建虚拟租户网络所需的虚拟网络组件(逻辑功能块)，具备存储节点、计算节点以及交换节点功能；

3)控制层获取到转发层的元能力信息后，通过元服务组合分解方法构造出元服务；

所述元服务是执行功能，并提供api给上层应用且返回结果的基本网络服务功能组件，可以依据网络业务的特性和要求，对多个元能力进行聚类而形成；

4)控制层的智能模块为元服务制定实时价格；

5)用户选择元服务构造出元业务；

所述的元业务是指构成复杂应用的最小逻辑单元，它具备应用的所有属性，但颗粒度细；元业务通过业务抽象层对网络业务特性和需求进行聚类抽象，获取所需的网络服务元素，然后依据所需的网络服务元素去适配相应的网络元服务；

6)控制层的智能模块预测资源的需求强度实时动态调整资源价格。

进一步地，所述的sdn控制器是软件定义网络(sdn)中的应用程序，控制协调sdn网络中流量和资源。

进一步地，所述智能模块为可支持现有sdn网络功能的集成化sdn控制器模块。

进一步地，所述的元服务组合分解方法具体为：假设智能网络特征集中某一属性为α，依据用户需求定义元服务所应具备的智能网络特征集ux＝{αi,i＝1,2,3,…,m,m为该特征集中属性个数}，然后在转发层中将具有智能网络特征集uj＝{α’i,i＝1,2,3,…,m’,m’为该特征集中属性的个数}(其中，j＝1,2,3,…,n,n为所需要的元能力的个数)的元能力组合成为元服务，其中

实施例

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图进一步说明本发明的技术方案，给出一种本发明所述方法的具体实施方式。sdn架构中基于元模型的智能网络构造方法的一个核心思想是向用户呈现的是一个商品化的、抽象化的、虚拟化的、能提供差异化服务的、模块化的智能网络，该智能网络本身是sdn转发层中可以实现特定网络通信功能的具有一定属性集的虚拟链路节点。

本实施例一种sdn架构中基于元模型的智能网络构造方法，包括如下步骤：1)sdn控制器解析用户需求，获取智能网络特征集；所述智能网络特征集包括链路带宽、时延、丢包率和价格等属性；2)控制器根据智能网络特征集，下发请求到资源抽象层并将底层物理资源抽象出一个元能力；3)控制层获取到转发层的元能力信息后，通过元服务组合分解方法构造出元服务；4)控制层的智能模块为元服务制定实时价格；5)用户选择元服务构造出元业务；6)控制层的智能模块预测资源的需求强度实时动态调整资源价格。图1是本发明实施例的基于元模型的sdn体系，将sdn网络分为业务抽象层、服务抽象层、资源抽象层、元业务、软件定义价格模块、元服务。服务抽象层，是控制层中用于映射元服务所包含的元能力的一种机制。服务抽象层对全网范围内的基本承载组件进行认知适配，并且依据业务的特性和要求，对具有相同特性的基本承载组件进行聚类，将其抽象为一个元服务；元服务，是指用于执行相关功能，并提供特定api给上层应用的软件模块。在本发明所提的sdn体系架构中，元服务是依据网络业务的特性和要求而聚类多个元能力所形成的基本网络服务功能组件；资源抽象层，用于将转发层中物理资源抽象为标准的虚拟资源。资源抽象层中使用虚拟化技术，将底层物理资源进行抽象，以屏蔽底层设备的差异性。此外，资源抽象层还可以进行资源的调度，实现资源的合理配置，上层应用不会因为缺乏资源而影响其性能，也不会由于长期空闲而造成资源浪费，以此来提高资源的利用率；元能力，是转发层中转发功能的细粒度功能单元和划分的原子要素。它是经过映射的虚拟资源，是网络中的基本承载组件，所有的元能力为元服务提供全网范围中的多样化基础承载能力。

下面以电话通信业务的vtn构造过程为例，对sdn架构中基于元模型的智能网络构造方法过程进行说明，如图2所示。用户对自身的数据通信需求进行归纳，具体描述出所需业务的要求，并参照业务的描述和内容要求，向sdn应用层发起电话通信业务请求。sdn应用层接收到业务请求后，根据业务所要求的服务质量，包括对信息在网络中传输的时延/吞吐量/可靠性/使用成本/通信范围/设备功耗/并发数量/数据流方向等特征的要求，选择若干个可以满足要求的api接口或api接口的集合形成不同的服务方案，并计算出价格。用户根据sdn应用提供的价格和服务质量决定具体的服务方案与服务价格，然后sdn应用层中的应用将对服务的选择转化成对相关虚拟租户网络api的选择和调用，下发调用的命令给具体的api接口或api接口的集合，调用api接口对应的虚拟租户网络。虚拟租户网络中vtn控制器接受到调用命令后通过物理接口控制下层物理层设备的运作、协调，并确定与仲裁区域内所有物理设备与物理模块之间的通信协议。该vtn中的物理层模块，包括电子学范畴内的fm模块、am模块、蓝牙模块、wifi模块；物流范畴内的快递手段，接受到调用请求后，按照一定的方法与同区域内的物理模块实现互联互通，传输数据与信息。如果用户的业务需求是在200米的范围内与其他单个用户之间进行低时延、双工的信息，此时sdn应用通过一定的计算模型计算出可行的一个或多个方案，如调用fm模块所在vtn、蜂窝网络模块所在的vtn等，并提供相对应的价格给用户选择。此时用户选择价格相对较低的fm模块所在的vtn，sdn应用就提供会下发调用命令给此vtn网络的api接口。api接口收到命令，得到进行通信双方的位置与身份等信息，然后vtn控制器根据这些信息确定双方通信时使用的具体物理fm模块。当vtn层形成好相应的协议，如通信频段、码率后，fm模块就可以使用电磁波与对端的fm模块交互信息。同个区域的用户之间就可以进行低时延、低成本、双工方式的通信。图3为本发明的结构框图，sdn构架中基于元模型的智能网络在转发层可以通过包含软件定义价格功能的网络设备抽象成元能力。

图4所示为元能力的正交分解示意图。通过正交分解的方法，将特定的网络资源或者复杂的网络需求分解为颗粒度更精细的逻辑功能块。在构造转发层元能力时，首先，抽象物理节点的资源，并映射到由特征属性集构建的一个正交空间中。然后依据上层元服务的参数将虚拟网络节点映射到满足需求的物理节点上，即在物理节点的空间中切割出相应的逻辑块，这个逻辑块就代表元能力。而这里的元能力可以是具有某种指定属性的vtn。

图5所示为元服务的组合分解示意图，其中ψi逻辑块表示依据用户需求而划分的用于创建虚拟承载网络的网络资源，φ’表示剩余可用于创建虚拟承载网络的网络资源。基于元模型的智能网络架构中控制层所提供的服务就是为业务层提供逻辑承载网络，依据业务层的要求我们定义逻辑承载网络所具备的特征属性集sα＝{αi,i＝1,2,…n,n为特征属性个数}。为了更好地说明，以链路带宽、时延、丢包率作为逻辑承载网络的特征属性集来构建控制层元服务实例。将构建逻辑承载网络的所有网络资源抽象为网络资源池φ，并映射到由特征属性集构成的正交空间中，然后将正交空间的坐标轴量化。最后根据上层用户对网络传输的具体需求，从正交空间中切割出满足要求的逻辑块，这个逻辑块就是满足特定要求的元服务。

图6所示为元业务的组合分解示意图。图6中颗粒度不同的逻辑块就代表了为不同业务数据流创建的特定的虚拟逻辑承载网络。由基于元模型的sdn体系架构中各层元模型的关系可知，应用层的元业务由多个虚拟逻辑承载网络组合承载。并且该架构中的虚拟逻辑承载网络具备动态重构特性和可替换性，在完成元业务下发的任务后，虚拟承载网络资源可以重新并入资源池，等待后续的调度。同时，若承载元业务的一个虚拟逻辑网络出现故障时，可以动态配置相同特性的虚拟逻辑承载网络进行替换，以此来保证服务的一致性和连续性。

基于上述的理解，把一种sdn架构中基于元模型的智能网络构造方法表述如下：

所述步骤1中，如图2所示，sdn转发层控制器接收到上层的需求后，据此通过正交分解的方法，在特征向量空间中分割出需求的特征值集，确定所要构造的智能网络节点的特征集值。此特性集值包括信息在网络中传输的时延/吞吐量/可靠性/使用成本/通信范围/设备功耗/并发数量/数据流方向等特征。

所述步骤2中，如图2所示，步骤1中生成了包含特定需求的特征集值得请求后，sdn控制器下发包含特定需求的创建网络虚拟节点的请求到资源抽象层。此时资源抽象层接受到网络虚拟节点的创建请求，将其记录保存，并加入到工作队列中，然后将指定的物理资源抽象成一个或多个vtn，这里的vtn即是一种类型的元能力。

所述步骤3中，如图2所示，资源抽象层接受到请求后通过物理接口控制下层物理层设备的运作、协调，并确定与仲裁区域内所有物理设备与物理模块之间的通信协议，并实时监控物理资源使用情况。该物理层中的物理资源，包括电子学范畴内的fm模块、am模块、蓝牙模块、wifi模块；物流范畴内的快递手段。sdn控制层中的服务抽象层通过正交组合的方法，将所需要的元能力，以向量空间逻辑功能块的方式组合成一个控制层的元服务，即是创建一个vm。

所述步骤4中，如图2所示，处于控制层的智能模块，即是一个具有普适性、感知性、高效性、开放性和自主性，可以支持现有sdn网络功能，灵活接入多种使用场景，支撑多样化环境的一种集成化vm，通过自定义的智能算法，为其他vm制定实时价格。

所述步骤5中，如图2所示，通信网络使用者根据vm的价格和自身对网络qos的需求，选择一个或多个vm，并且支付vm使用的代价。然后通过正交组合的方法，将被选择的vm构造成一个可以完成复杂功能的业务，或者说，元业务。

所述步骤6中，如图2所示，根据网络环境和应用状态的实时状态，智能vm进行自我学习，预测网络变化，并制定可以影响维护网络通信的价格，实时下发到对应的vm。这样可以使用价格要素来调节资源。

根据上述业务配置过程，可以让用户使用规范有效的虚拟化方法构建智能网络，从而得到一个虚拟的能满足一定业务需求的通信网络。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。