基于多质量属性的SR方法、系统、设备和介质与流程

本发明属于ip网络技术领域，具体涉及一种基于多质量属性的sr方法、系统、设备和介质。

背景技术：

在如图1所示的sdwan场景下，客户前置设备（cpe）下接入租户服务，cpe通过虚拟网络侧边缘设备（vpe）接入运营商网络，每个vpe对应一个网络侧边缘设备（pe），vpe和对应的pe之间使用背靠背vlan接入，pe之间走运营商underlay网络。

传统sr场景中，计算端到端的sr路径即寻找最优路径的算法，一般是使用dijkstra算法，只能按照某一个质量属性计算出一条sr路径，但是无法支持按照租户定制的多质量属性要求选择最优路径。而大多数场景下，租户会和运营商签订合同，定制多质量属性（比如时延/丢包率/抖动/带宽等都满足一定质量要求）。这种租户多质量属性要求的场景，传统算法无法满足。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种基于多质量属性的sr方法、系统、设备和介质，在sdwan场景下，针对租户多质量属性要求，改进了传统的sr路径算法，利用惩罚算法得到了满足租户多个质量属性要求的最优路径。

技术方案：本发明采用如下技术方案：一种基于多质量属性的sr方法，其特征在于，包括如下步骤：

生成组网拓扑图，收集组网拓扑图中所有链路的质量属性值；

在转发报文的发送端和接收端之间寻找属于一个运营商的、符合主质量属性要求的路径，依次判断该路径是否满足每个次质量属性要求，若满足所有次质量属性要求，则输出该路径为sr路径；若判断到某个次质量属性时不满足要求，则惩罚该路径中的链路：若该路径存在非唯一链路，则惩罚该次质量属性最差的非唯一链路，若该路径不存在非唯一链路，则惩罚该次质量属性最差的链路；

基于被惩罚的链路生成新的组网拓扑图，并在新的组网拓扑图中寻找符合主质量属性要求的路径并依次判断该路径是否满足每个次质量属性。

优选地，当判断到当前路径中某个次质量属性不满足要求时，判断所有在当前路径前寻找到的、不满足次质量属性要求的路径中惩罚链路的总次数是否大于设定的阈值，若是，则返回未找到满足所有质量属性要求的sr路径，请求放宽质量属性要求；若否，则惩罚当前路径中的链路，同时惩罚链路的总次数加1。

优选地，若主质量属性为第一类主质量属性，则符合主质量属性要求的路径为主质量属性值在指定区间内最小的路径；若主质量属性为第二类主质量属性，则符合主质量属性要求的路径为主质量属性值在指定区间内最大的路径。

优选地，惩罚链路为：若主质量属性为第一类主质量属性，则增大被惩罚的链路的主质量属性值；若主质量属性为第二类主质量属性，则减小被惩罚的链路的主质量属性值。

一种基于多质量属性的sr系统，其特征在于，包括组网拓扑图生成模块、路径寻优模块、判断模块、输出模块、惩罚模块和组网拓扑图更新模块，其中：

组网拓扑图生成模块用于根据虚拟网络侧边缘设备所属的运营商和区域，以及租户允许使用的虚拟网络侧边缘设备列表，生成组网拓扑图，收集组网拓扑图中所有链路的质量属性值；

路径寻优模块用于在组网拓扑图中发送端和接收端之间寻找属于一个运营商的、符合主质量属性要求的路径；

判断模块用于依次判断路径寻优模块找到的路径是否满足每个次质量属性；

输出模块用于当判断模块判断路径满足所有次质量属性时，输出该路径为sr路径；

惩罚模块用于当判断模块判断路径不满足某个次质量属性时，惩罚该路径中的链路：若该路径存在非唯一链路，则惩罚该次质量属性最差的非唯一链路，若该路径不存在非唯一链路，则惩罚该次质量属性最差的链路；

组网拓扑图更新模块用于根据惩罚后的链路生成新的组网拓扑图。

优选地，还包括计数模块和阈值判断模块，其中：

计数模块用于计算惩罚链路的次数；

阈值判断模块，当判断模块判断路径不满足某个次质量属性时，判断惩罚链路的次数是否大于阈值，若大于，则返回未找到满足所有质量属性要求的sr路径，请求放宽质量属性要求，否则转到惩罚模块。

优选地，若主质量属性为第一类主质量属性，则路径寻优模块寻找到的路径为主质量属性值在指定区间内最小的路径；若主质量属性为第二类主质量属性，则路径寻优模块寻找到的路径为主质量属性值在指定区间内最大的路径。

优选地，若主质量属性为第一类主质量属性，则惩罚模块增大被惩罚的链路的主质量属性值；若主质量属性为第二类主质量属性，则惩罚模块减小被惩罚的链路的主质量属性值。

一种基于多质量属性的sr设备，包括处理器、存储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任意一项所述基于多质量属性的sr方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现任意一项所述基于多质量属性的sr方法。

有益效果：本发明具有如下有益效果：

本发明在sdwan场景下，针对租户多质量属性要求，改进了传统的sr路径算法，通过惩罚组网拓扑图中的路径，得到了满足租户多个质量属性要求的最优路径。

附图说明

图1为sdwan场景的示意图；

图2为本发明的一种实施例中所述基于多质量属性的sr方法的流程图；

图3为本发明的另一种实施例中所述基于多质量属性的sr方法的流程图；

图4为本发明所述基于多质量属性的sr系统的示意框图；

图5为本发明实施例1中的组网拓扑图；

图6为本发明实施例1中惩罚时延质量属性要求后生成的新的组网拓扑图；

图7为本发明实施例1中惩罚丢包率质量属性要求后生成的新的组网拓扑图；

图8为本发明实施例2中的组网拓扑图；

图9为本发明实施例2中惩罚时延质量属性要求后生成的新的组网拓扑图；

图10为本发明实施例2中惩罚丢包率质量属性要求后生成的新的组网拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

为便于说明本发明的技术方案，首先对本发明所涉及的名词进行解释：

sdwan场景：sd-wan，即软件定义广域网，是将sdn技术应用到广域网场景中所形成的一种服务，这种服务用于连接广阔地理范围的企业网络、数据中心、互联网应用及云服务。

cpe：customerprovideedge，用户侧的设备，直译客户前置设备，一般用于接入用户，可以是接入终端用户的交换机、路由器、路由交换机、iad和各种man/wan设备，一般来说cpe设备具备丰富的接口，能够接入各种设备，但是数据处理能力不需要特别强。

pe：provideedge，网络侧边缘设备，通常要求具备封装与解封装能力；一般来说，pe设备是汇聚层设备，接入的是经过cpe设备处理过之后的数据，所以pe重点能力不是接入，而是汇聚、封装/解封装。

vpe：virtualprovideedge，类似传统的pe设备，在本实施例所述场景中表示虚拟的pe设备，可以是一个虚拟机。

sr：segmentrouting，sr是一种源路由机制，最早由思科提出，用于优化mpls的网络能力，可以使网络获得更佳的可扩展性，并以更加简单的方式提供te、frr、mplsvpn等功能。

本发明公开了一种基于多质量属性的sr方法，在同一个运营商内部实现通信，如图2所示，包括如下步骤：

步骤s1、根据虚拟网络侧边缘设备（vpe）所属的运营商和区域，以及租户允许使用的vpe列表（vpe列表是根据运营商和租户签订的合同指定），生成组网拓扑图：租户首先接入客户前置设备（cpe），cpe再通过vpe接入运营商。不同租户和运营商签订合同，租用接入的vpe设备。控制器在租户允许的vpe列表中，选择和租户接入的cpe相同区域的vpe接入，cpe和vpe之间生成overlay链路；vpe之间，只有相同运营商的vpe才能互通，vpe之间生成overlay链路。控制器为每条overlay链路都生成探针，检测链路质量，收集链路的时延/丢包率/抖动/带宽等质量属性值。

步骤s2、在租户转发报文的所有质量属性中，选择其中一个作为主质量属性，其他作为次质量属性，主质量属性及其要求为租户与运营商签订合同时指定，比如租户希望选择时延最小的路径。其中，主质量属性可以分为第一类主质量属性和第二类主质量属性，其中第一类主质量属性值越小，其对应的路径越优，第二类主质量属性值越大，其对应的路径越优；次质量属性可以分为第一类次质量属性和第二类次质量属性，其中第一类次质量属性值越小，其对应的路径越优，第二类次质量属性值越大，其对应的路径越优。

步骤s3、在组网拓扑图中，在租户转发报文的发送端和接收端之间寻找属于一个运营商的、符合主质量属性要求的路径，符合主质量属性要求的路径是指：若主质量属性为第一类主质量属性，则符合主质量属性要求的路径为主质量属性值在指定区间内最小的路径；若主质量属性为第二类主质量属性，则符合主质量属性要求的路径为主质量属性值在指定区间内最大的路径。

依次判断符合主质量属性要求的路径是否满足每个次质量属性要求，若所有次质量属性要求均满足，则该路径为租户在发送端和接收端之间转发报文的sr路径，输出该sr路径；当判断到某个次质量属性时不满足要求，则惩罚链路：将该路径中的所有链路按照该次质量属性从差到优排序，遍历该路径中的所有链路，若存在非唯一链路，则惩罚次质量属性最差的非唯一链路，若不存在非唯一链路，则惩罚次质量属性最差的链路，惩罚算法为：若主质量属性为第一类主质量属性，则增大该链路的主质量属性值，例如将主质量属性值变为原来的2倍；若主质量属性值为第二类主质量属性，则减小该链路的主质量属性值，例如将主质量属性值变为原来的1/2。非唯一链路是指：在整个组网拓扑图中，两个节点之间除了以该两个节点为端点的直达链路外，还存在其他可达路径，则该直达链路即为非唯一链路。路径中次质量属性最差的链路是指：若次质量属性为第一类次质量属性，则次质量属性最差的链路为该路径中次质量属性值最大的链路；若次质量属性为第二类次质量属性，则次质量属性最差的链路为该路径中次质量属性值最小的链路。

惩罚链路后，基于被惩罚的链路生成新的组网拓扑图，并返回重新执行步骤s3。

在本发明的另一种实施例中，本发明还设有一阈值，如图3所示，当判断到当前路径中某个次质量属性时不满足要求，判断所有在当前路径前寻找到的、不满足次质量属性要求的路径中惩罚链路的总次数是否大于设定的阈值，若是，则向租户返回未找到满足所有质量属性要求的sr路径，请租户放宽质量属性要求；若否，则惩罚当前路径中的链路，同时惩罚链路的次数加1。

本发明还公开了一种基于多质量属性的sr系统，如图4所示，包括组网拓扑图生成模块、路径寻优模块、判断模块、输出模块、惩罚模块和组网拓扑图更新模块，其中组网拓扑图生成模块连接路径寻优模块，路径寻优模块连接判断模块，判断模块连接惩罚模块和输出模块，惩罚模块连接组网拓扑图更新模块，组网拓扑图更新模块连接路径寻优模块：

组网拓扑图生成模块用于根据虚拟网络侧边缘设备所属的运营商和区域，以及租户允许使用的虚拟网络侧边缘设备列表，生成组网拓扑图，收集组网拓扑图中所有链路的质量属性值；

路径寻优模块用于在组网拓扑图中发送端和接收端之间寻找属于一个运营商的、符合租户的主质量属性要求的路径：若主质量属性为第一类主质量属性，则路径寻优模块寻找到的路径为主质量属性值在指定区间内最小的路径；若主质量属性为第二类主质量属性，则路径寻优模块寻找到的路径为主质量属性值在指定区间内最大的路径；

判断模块用于依次判断路径寻优模块找到的路径是否满足租户的每个次质量属性；

输出模块用于当判断模块判断路径满足租户的所有次质量属性时，输出该路径为租户的sr路径；

惩罚模块用于当判断模块判断路径不满足租户的某个次质量属性时，惩罚该路径中的链路：若该路径存在非唯一链路，则惩罚该次质量属性最差的非唯一链路，若该路径不存在非唯一链路，则惩罚该次质量属性最差的链路；若主质量属性为第一类主质量属性，则惩罚模块增大被惩罚的链路的主质量属性值；若主质量属性为第二类主质量属性，则惩罚模块减小被惩罚的链路的主质量属性值；

组网拓扑图更新模块用于根据惩罚后的链路生成新的组网拓扑图。

本发明所述的一种基于租户多质量属性的sr系统还包括计数模块和阈值判断模块，其中计数模块连接惩罚模块，阈值判断模块连接判断模块和计数模块，惩罚模块连接阈值判断模块：

计数模块用于计算惩罚链路的次数；

阈值判断模块，当判断模块判断路径不满足租户的某个次质量属性时，判断惩罚链路的次数是否大于阈值，若大于，则向租户返回未找到满足所有质量属性要求的sr路径，请租户放宽质量属性要求，否则转到惩罚模块。

本发明还公开了一种基于多质量属性的sr设备，包括处理器、存储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所述基于多质量属性的sr方法。存储器可为各种类型的存储器，可为随机存储器、只读存储器、闪存等。处理器可为各种类型的处理器，例如，中央处理器、微处理器、数字信号处理器或图像处理器等。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述基于多质量属性的sr方法。存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

实施例1

本发明的一种实施例中，租户允许使用的vpe列表以及对应租户的质量属性要求如下表1所示：

表1

vpe所属的运营商网络和区域如下表2所示：

表2

如图5所示，租户首先接入cpe，例如cpe1和cpe2；cpe再通过属于相同区域的vpe接入运营商网络，例如cpe1通过同属于区域1的vpe1接入运营商1和通过同属于区域1的vpe2接入运营商2，cpe2通过同属于区域2的vpe3接入运营商1和通过同属于区域2的vpe4接入运营商2。不同租户和运营商签订合同，租用接入的vpe设备，例如租户1和租户2都可以租用vpe1、vpe2、vpe3和vpe4。控制器在租户允许的vpe列表中，选择和租户接入的cpe相同区域的vpe接入，如图5中cpe和vpe之间的overlay链路；vpe之间，只有相同运营商的vpe才能互通，如图5中vpe之间的overlay链路。控制器为每条overlay链路都生成探针，检测链路质量，收集时延/丢包等质量属性，图5中各链路质量属性值如表3所示：

表3

如表3所示，运营商1的网络中链路的时延较小，但是丢包率较大；运营商2的网络中链路的时延较大，但是丢包率较小。

针对租户1，其转发报文的质量属性要求为丢包率小于11%，时延最小，假设租户1接入cpe1，需要将报文从cpe1转发到cpe2：

首先按照租户1的质量属性要求，选择时延为主质量属性，丢包率为次质量属性；

在如图5所示的组网拓扑图中计算时延最小的路径为：cpe1-vpe1-vpe3-cpe2，该条路径的时延为30ms，丢包率为15%，虽然这条路径的时延最小，但是丢包率不满足小于11%的质量属性要求；

因为路径cpe1-vpe1-vpe3-cpe2中存在非唯一路径vpe1-vpe3，且丢包率为第一类次质量属性，则惩罚该路径中丢包率最差即丢包率最大的非唯一链路vpe1-vpe3，由于时延为第一类主质量属性，则惩罚算法为将该链路的时延变为原来的2倍，并生成如图6所示的新的组网拓扑图；

在新的组网拓扑图中计算时延最小的路径为：cpe1-vpe2-vpe4-cpe2，该条路径的时延为35ms，丢包率为10%，这条路径的时延最小，且丢包率满足小于11%的质量属性要求；

因此满足租户1质量属性要求的sr路径就是cpe1-vpe2-vpe4-cpe2。

针对租户2，其转发报文的质量属性要求为时延小于33ms，丢包率最小，假设租户2接入cpe1，需要将报文从cpe1转发到cpe2：

首先按照租户2的质量属性要求，选择丢包率为主质量属性，时延为次质量属性；

在如图5所示的组网拓扑图中计算丢包率最小的路径为：cpe1-vpe2-vpe4-cpe2，该条路径的丢包率为10%，时延为35ms，虽然这条路径的丢包率最小，但是时延不满足小于33ms的质量属性要求；

因为路径cpe1-vpe2-vpe4-cpe2中存在非唯一路径vpe2-vpe4，且时延为第一类次质量属性，则惩罚该路径中时延最差即时延最大的非唯一链路vpe2-vpe4，由于丢包率为第一类主质量属性，则惩罚算法为将该链路的丢包率变为原来的2倍，并生成如图7所示的新的组网拓扑图；

在新的组网拓扑图中计算丢包率最小的路径为：cpe1-vpe1-vpe5-vpe3-cpe2，该条路径的丢包率为14%，时延为32ms，这条路径的丢包率最小，且时延满足小于33ms的质量属性要求；

因此满足租户2质量属性要求的sr路径就是cpe1-vpe1-vpe5-vpe3-cpe2。

实施例2

本发明的另一种实施例中，租户允许使用的vpe列表以及对应租户的质量属性要求如下表4所示：

表4

vpe所属的运营商网络和区域如下表5所示：

表5

如图8所示，租户首先接入cpe，例如cpe1；cpe再通过属于相同区域的vpe接入运营商网络，例如cpe1通过同属于区域1的vpe1或者vpe2接入运营商1。不同租户和运营商签订合同，租用接入的vpe设备，例如租户1可以租用vpe1、vpe2、vpe3、vpe4、vpe5和vpe6。控制器在租户允许的vpe列表中，选择和租户接入的cpe相同区域的vpe接入，如图8中cpe和vpe之间的overlay链路；vpe之间，只有相同运营商的vpe才能互通，如图8中vpe之间的overlay链路。控制器为每条overlay链路都生成探针，检测链路质量，收集时延/丢包/带宽等质量属性，图8中各链路质量属性值如表4所示：

表6

针对租户1，其转发报文的质量属性要求为时延最小，丢包率小于11%，带宽大于15m。假设租户1接入cpe1，需要将报文从cpe1转发到cpe2：

首先按照租户1的质量属性要求，选择时延为主质量属性，丢包率和带宽为次质量属性；

在如图8所示的组网拓扑图中计算时延最小的路径为：cpe1-vpe1-vpe3-cpe2，该条路径的时延为30ms；

首先判断路径cpe1-vpe1-vpe3-cpe2的丢包率是否满足要求：该路径的丢包率为15%，虽然这条路径的时延最小，但是丢包率不满足小于11%的质量属性要求，因此针对丢包率对该路径中的链路进行惩罚：

因为路径cpe1-vpe1-vpe3-cpe2中存在非唯一路径vpe1-vpe3，且丢包率为第一类次质量属性，则惩罚该路径中丢包率最差即丢包率最大的非唯一链路vpe1-vpe3，由于时延为第一类主质量属性，则惩罚算法为将该链路的时延变为原来的2倍，并生成如图9所示的新的组网拓扑图；

在新的组网拓扑图中计算时延最小的路径为：cpe1-vpe1-vpe5-vpe3-cpe2，该条路径的时延为32ms；

首先判断路径cpe1-vpe1-vpe5-vpe3-cpe2的丢包率是否满足要求：该路径的丢包率为8%，满足要求；

其次判断路径cpe1-vpe1-vpe5-vpe3-cpe2的带宽是否满足要求：这条路径的带宽是10m（路径带宽取所有链路中最小的带宽值）不满足带宽大于15m的质量要求，因此针对带宽对该路径中的链路进行惩罚：

因为路径cpe1-vpe1-vpe5-vpe3-cpe2中不存在非唯一路径，且带宽为第二类次质量属性，则惩罚该路径中带宽最差即带宽最小的链路vpe3-cpe2，由于时延为第一类主质量属性，则惩罚算法为将该链路的时延变为原来的2倍，并生成如图10所示的新的组网拓扑图；

在新的组网拓扑图中计算时延最小的路径为：cpe1-vpe2-vpe4-cpe2，该条路径的时延为35ms，丢包率为8%，带宽是20m，满足所有质量属性要求；

因此满足租户1质量属性要求的sr路径就是cpe1-vpe2-vpe4-cpe2。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。