一种SD-WAN基于链路质量的智能选路方法与流程

一种sd-wan基于链路质量的智能选路方法
技术领域
1.本发明属于数据通信技术领域，涉及一种sd-wan基于链路质量的多链路智能选路方法。


背景技术：

2.sd-wan(software defined wide area network，软件定义广域网)作为新一代网络通信技术，动态路径选择是其核心能力之一，用户通过配置选路策略来实现应用在不同网络链路之间的切换，从而保证网络质量。目前多数的sd-wan产品主要通过为不同应用分配不同的网络链路来实现应用流量在不同链路间的分流，这种模式实现简单，业务系统完全依赖用户的配置策略来进行链路选择，但是简单的同时也意味着缺乏灵活性和智能性。用户需要非常了解网络的链路质量以及应用对链路的质量需求才能配置出合理的选路策略。虽然配置简单，但是想要配置出满足业务需求的选路策略还是非常具有挑战性的。


技术实现要素：

3.为了解决传统sd-wan设备终端选路中缺乏灵活性、准确性和时效性问题，为用户提供高质量的网络服务，本发明提供了一种sd-wan基于链路质量的智能选路方法。本发明基于用户的基础选路配置，引入智能数据分析算法及纠错机制，以提供更加合理的多链路智能选路方法，有效保证网络服务质量。
4.本发明提供的一种sd-wan基于链路质量的智能选路方法，包括如下步骤：
5.步骤1，用户在sd-wan控制器上配置信息，包括：sd-wan设备终端上的网络链路的费用和带宽信息，以及设备上应用对网络质量的要求等级；sd-wan控制器将配置信息上传给sd-wan数据管理平台；
6.步骤2，sd-wan设备终端与不同网络运营商建立网络链路，设备终端在各网络链路下与另一终端设备建立虚拟隧道，监测隧道的链路质量，获取丢包率、时延和抖动；sd-wan设备终端还检测不同应用，在当前链路的丢包率、时延和抖动；sd-wan设备终端将监测的链路质量数据通过sd-wan控制器上传给sd-wan数据管理平台；
7.步骤3，sd-wan数据管理平台执行：
8.步骤3.1，获取用户配置的选路策略，启动专家策略库对用户配置的选路策略进行检测；其中用户配置的选路策略是根据设备应用的网络质量要求等级，为应用选取匹配的网络链路，并为应用选择优先级；
9.步骤3.2，sd-wan数据管理平台对用户配置的选路策略进行智能优化，包括：根据所设置的选路策略测评指标对当前获取的链路质量数据进行评测，确定当前链路质量等级；根据当前链路费用、质量以及应用对网络质量要求等级，在用户对应用配置的选路策略基础上进行智能优化，并将优化的选路策略经sd-wan控制器发送给sd-wan设备终端执行。
10.所述的专家策略库，预先存储有不同类别下不同应用的优先级以及应用对链路质量要求，链路质量要求包括丢包率、时延和抖动；用户根据专家策略库来设置应用优先级和
网络质量要求等级，或者根据实际需要基于专家策略库来设置应用优先级和网络质量要求等级。
11.所述的步骤3.2中，包括：
12.(1)设置选路策略测评指标，包括链路费用指标、链路带宽指标、链路时延指标和链路丢包率指标；其中，链路费用指标分为高、中、低三个费用区间，将按流量计费的专线划分为高费用区间，将流量包月的链路划分为低等费用区间；链路带宽指标、链路时延指标和链路丢包率指标为动态指标，将链路质量分为高、中、低三个等级；
13.(2)对设备终端采集的链路质量数据进行分析，定时测评链路质量等级；
14.(3)根据当前链路费用、质量以及应用对网络质量要求等级，在用户对应用配置的选路策略基础上进行智能优化，包括：(31)若应用当前所分配的网络链路质量变差，不满足应用对网络质量要求等级，为应用切换符合等级的网络链路；(32)根据应用的优先级进行网络链路分配，保证高优先级应用的网络链路分配，在可分配的网络链路中选取低费用的链路；(33)当出现网络链路拥塞时，根据应用的优先级对低优先级应用限速。
15.sd-wan数据管理平台还将专家策略库存储的不同类别下不同应用的对链路质量要求的阈值，通过sd-wan控制器发送给sd-wan设备终端，sd-wan设备终端将根据该阈值对检测应用当前所分配的网络链路质量是否适用。
16.本发明的优点与积极效果在于：
17.(1)通过本发明方法，可以简化用户在配置选路策略的便捷性。传统的选路策略配置，用户要对当前的链路质量及应用对于链路质量的要求有较深入的了解，才能配置出合理的选路策略，而链路质量不是一成不变的，所以用户在业务应用中要不断调整应用选路阈值。如果选路阈值配置不合理，会造成应用在不同链路中的不合理切换，反而会加重链路的负载，提高应用的时延，丢包。而本发明方法结合链路质量及应用对链路质量的常规要求为用户提供合理的阈值参考，从而简化用户配置，提升网络质量。
18.(2)通过本发明方法，可以有效提升网络质量，以往的系统主要根据用户配置的选路阈值进行选路，而用户配置具有主观性，因为网络选路需要综合参考多种指标，用户根据自己的主观意识配置的选路阈值并不能准确体现网络的真实情况，本发明方法通过多方数据收集，提供专家策略库指导用户配置更符合实际需求的选路阈值。本发明方法使用户的阈值配置准确性提升了50％，应用链路切换频度下降了60％。
19.(3)本发明方法将链路资费情况作为网络选路的考核指标，用户通过设定应用对费用和质量的考核权重，终端设备在进行选路时将链路费用和链路质量进行综合分析，从而获得一条更符合客户预期的应用链路。本发明方法可以满足用户在最大限度保证网络质量的情况下，降低了网络费用成本。并经过在生产环境中实践证实，可以有效降低用户的网络成本。
附图说明
20.图1是本发明的sd-wan基于链路质量的智能选路方法的一个实现流程图；
21.图2是本发明实施例进行网络链路费用配置的示意图；
22.图3是本发明实施例用户为应用配置的选路策略示意图；
23.图4是本发明实施例基于链路质量进行网络选取的示意图。
具体实施方式
24.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。
25.本发明的sd-wan基于链路质量的智能选路方法，涉及sd-wan设备终端、sd-wan控制器、以及sd-wan数据管理平台，三方以sd-wan设备终端收集的链路数据为基础，进行综合数据分析，为选路提供指导性参数。sd-wan设备终端通过收集网络质量数据，包括时延，抖动，丢包等数据，网络链路带宽、费用以及业务应用对网络质量的性能指标要求，通过sd-wan控制器上报给sd-wan数据管理平台；sd-wan数据管理平台根据收集的基础数据利用智能算法计算出合理的选路方案及链路切换阈值，从而为用户提供建议性的选路配置策略，指导用户进行选路策略配置，同时数据管理平台把优化的选路方案及链路切换阈值经sd-wan控制器下发到设备终端，当设备终端出现网络质量问题时，根据网络链路分析结果进行智能网络切换，从而提升网络服务质量。
26.本发明实施例的sd-wan基于链路质量的智能选路方法的一个实现流程如图1所示，下面分三部分来说明。
27.第一部分，用户在sd-wan控制器上配置网络链路的费用信息和应用对网络质量的要求等级。
28.(1.1)用户在sd-wan控制器上配置网络链路的费用信息。设备开局之后，sd-wan控制器通过和设备终端(cpe)通信获取cpe设备的接口信息，通过sd-wan控制器实现对cpe wan口的接管控制。本步骤主要配置cpe wan口链路的费用信息。例如cpe wan口eth0连接专线链路，eth1连接运营商a的internet链路，eth2连接运营商b的internet链路；eth0的计费模式为按流量计费，价格为10元/m，eth1链路的计费模式是包月带宽计费，带宽为1000m，eth2链路的计费模式为包月带宽，带宽为500m。用户需要将这些链路的计费及带宽信息提交到sd-wan管理平台，这些数据将作为后续应用策略选路的计费依据。
29.如图2所示，为进行网络链路费用配置的一个示意图。
30.(1.2)用户在sd-wan控制器上配置应用对网络质量的要求等级。不同的企业对于应用的网络质量要求等级是不一样的，所以sd-wan数据管理平台提供应用对网络质量要求的配置能力。数据管理平台首先定义了一些常见的应用标识，对于平台未定义的，用户可以基于应用五元组自定义应用标识，也可以基于或结合应用访问的域名进行定义。有了应用标识之后，用户选择相应的应用，定义应用对网络质量的要求等级。
31.与传统配置应用相应的阈值不同，本发明方法只需要配置应用对网络的要求等级，例如a应用对网络的要求等级为：高；b应用对网络的要求等级为：中。
32.用户预先在sd-wan控制器上配置上述信息，以便于sd-wan数据管理平台为终端设备的不同应用进行智能选路。
33.第二部分，sd-wan设备终端进行链路检测，通过控制器上传监测数据到数据管理平台。
34.设备终端综合利用nqa(network quality analysis，网络质量分析)和ip fpm(ip flow performance measurement，ip流性能测量)技术检测当前链路的网络质量。nqa是一种实时的网络性能探测和统计技术，可以对相应时间，网络抖动，丢包率等网络信息进行统
计。nqa通过检测网络上运行的多种协议的性能，使用户能够实时的采集各种网络运行指标，例如http的总时延，tcp(传输控制协议)连接的时延，dns(域名系统)解析的时延，文件的传输速率，ftp(文件传输协议)连接的时延，dns解析的错误率等等。ip fpm是一种基于ip的网络性能的被动检测方案，通过对报文设计标记的方式(又称为染色)来携带统计信息，实现三层网络端到端的性能统计。
35.(2.1)首先说明sd-wan设备终端要采集的链路质量数据。链路质量主要有三个指标构成：丢包率，时延，抖动。设备终端(cpe)针对这三个指标提供多种链路检测技术。下面说明ip流性能测量链路质量数据的过程。
36.(2.1.1)丢包检测：丢包检测技术包括染色单个周期内的所有报文，隧道两端互发keepalive报文和主动发送探测报文等。
37.染色单个周期内的所有报文：染色技术是通过对ip报文头部中保留的比特(位)进行标记(即染色)来实现的。通常在隧道的一端染色，在另一端去除染色。
38.隧道两端互发keepalive报文：设备终端cpe-a发给设备终端cpe-b的keepalive报文携带业务周期t1内发送的报文计数snda(t1)、发送时刻时间戳tsa(t1)；cpe-b收到keepalive报文后发送业务周期t1接收到的报文计数rcvb(t1)，cpe-a的keepalive报文的接收时间trb(t1)。cpe-a到cpe-b的统计信息同步后，双端可以计算cpe-a发送报文的丢包率。单项丢包率lossa计算公式如下：
39.lossa＝(snda
–
rcvb)/snda*100％
40.(2.1.2)双向时延检测：双向时延检测不需要额外发送其他报文，因为丢包检测的keepalive报文会携带时间戳(发送时刻ts,接收时刻tr)，该时间戳可以直接使用。
41.假如cpe-a发送数据报文和cpe-b接收数据报文的时间差为m，则单次双向传输时延dalay的计算公式如下：
42.dalay＝trb-(tsa+m)+(tra+m)-tsb＝(trb-tsa)+(tra-tsb)
43.其中，cpe-a发送报文时刻为tsa，cpe-b发送报文时刻为tsb，cpe-b接收cpe-a的keepalive报文的接收时刻为trb，cpe-a接收cpe-b的keepalive报文的接收时刻为tra。
44.(2.1.3)抖动检测：抖动检测也不需要额外发送其他报文，这是因为抖动是实验的变化情况，所以只需要对多次测量得到的时延进行计算，即可得到抖动，如下所示：
[0045][0046]
其中，pdv是待计算的抖动值；n是周期内统计时延的次数，m是开始统计的时延；delay[i]是第i次统计的时延；avrdelay{n,m}是n次时延统计的平均值。
[0047]
(2.2)sd-wan设备终端进行数据收集，获取链路质量数据。
[0048]
本发明实施例中，sd-wan设备终端每隔5分钟收集一次链路质量数据，设备终端会以本设备所建立的虚拟隧道为分析对象，监控每条隧道的时延，抖动，丢包指标。设备终端将与不同网络运营商建立不同网络链路，如上面步骤2.1所述，设当前设备终端a与另外设备终端b之间通过不同网络链路建立虚拟隧道，监测不同虚拟隧道的时延、抖动和丢包率。
[0049]
同时，由于不同应用对链路质量的要求各不相同，所以对体验的保障措施也不相
同，设备终端会检测各种应用在当前链路的时延，抖动，丢包数据。
[0050]
本发明中设备终端对应用的识别方式主要包含：(1)根据报文五元组进行识别；(2)根据报文流量特征进行识别；(3)根据报文载荷识别；(4)根据dns识别等。可根据这些识别方式来设置应用标识，但有其他能够识别不同应用的标识也同样可以使用。
[0051]
最终设备终端获得以下数据：(1)当前设备上各个隧道的时延、抖动和丢包率；(2)目前各类应用在所选隧道上的时延、抖动和丢包率。
[0052]
第三部分，sd-wan数据管理平台对采集的网络链路质量数据进行智能分析，进行网络链路选择和纠正。
[0053]
(3.1)sd-wan数据管理平台获取数据，从sd-wan控制器获取关于选路策略的配置信息以及设备终端采集的链路质量数据。sd-wan数据管理平台对收集到的链路质量数据进行清洗，排除干扰数据，获取选路所需要的价值数据，主要包括：(1)设备每条隧道的平均时延、抖动和丢包率；(2)每个应用在隧道上的实际时延、抖动和丢包率数据。
[0054]
(3.2)sd-wan数据管理平台获取用户配置的选路策略，启动专家策略库检测合理性，反馈策略配置建议。
[0055]
(3.2.1)用户配置的选路策略是根据设备应用网络质量要求等级，为应用匹配对应的网络链路，并为应用选择优先级。如图3所示，为用户为应用配置选路策略的示意图。用户配置的选路策略将通过控制器发送给数据管理平台。
[0056]
通常情况下，用户定义选路策略会指定某类应用通过某个隧道链路进行转发，但是这并不能保证应用的会话质量，因为链路的网络质量并不是一成不变的，因此本发明sd-wan基于链路质量的智能选路方法中，用户可以基于应用会话质量目标来定义链路。例如：用户定义视频类应用为高优先级应用，同时定义该视频类应用可以选择a,b两条链路，其中a链路为优先级高的链路，b链路为优先级低的链路。那么在设备终端，将按照用户定义的选路规则进行流量分配，将视频类应用转发到a链路，当a链路出现质量问题，满足不了视频类应用的网络质量要求时，设备终端会根据用户定义的选路策略将视频类应用的网络流量切换到链路b，从而保证视频类应用的网络质量。
[0057]
(3.2.2)sd-wan数据管理平台启动专家策略库，对用户配置的选路策略进行检测，判断用户配置的选路策略是否合理，若不合理，反馈用户配置建议。
[0058]
预先设置专家策略库，用于指导用户配置选路策略，将进行如下检测步骤：
[0059]
a.判断用户配置的应用选路策略是否配置有逃生链路，如果没有，给出配置逃生链路的建议；
[0060]
b.如果用户配置的是负载均衡链路，建议配置两条相同网络质量及计费等级的链路；
[0061]
c.指定链路的优先级，可以指定多条链路使用相同的优先级或者不同的优先级；
[0062]
d.如果使用了负载均衡链路模式，则会在相同优先级的网络链路中运行基于链路带宽权重和链路计费权重的负载分担算法，使得高带宽低费用的链路分担更多的流量；
[0063]
e.配置应用优先级：检测应用优先级，当链路出现拥塞时，可以实现低优先的应用避让高优先级的应用，从而保证高优先级的应用的网络质量。
[0064]
用户根据策略配置指导建议检查并配置应用选路策略。
[0065]
本发明实施例中，预先在专家策略库中设置如下表1所示的不同类别应用的优先
级以及链路质量要求。用户可直接根据专家策略库来设置应用链路质量要求等级和优先级，或者根据实际需要基于专家策略库来设置应用链路质量要求等级和优先级。
[0066]
表1不同应用的链路质量要求及优先级
[0067][0068][0069]
如表1所示，对于协同类应用，其中voip的优先级最高，但其所占用的带宽相较于视频会议低，丢包率、时延、及抖动等要求也相较于视频会议低，即对网络链路质量要求低于视频会议。如表1中各应用的链路质量要求即为设置的链路选择阈值，当不满足该阈值时，将切换到满足阈值的链路。
[0070]
(3.3)数据管理平台对选路策略进行智能优化。本发明的智能选路是在用户选路策略及智能算法的基础上，通过对链路质量的实时监控，提供应用选路策略的智能优化能力。智能选路主要包含以下步骤：
[0071]
(3.3.1)数据管理平台中配置选路策略测评指标，指标主要包含链路费用指标，链路带宽指标，链路时延指标，链路丢包率指标等。链路费用指标中将链路的计费模式及价格划分为三个区间：高费用，中费用，低费用。其中按流量计费的专线属于高等费用区间，包月的属于低等费用区间，其他划归中等费用区间。链路带宽指标、链路时延指标和链路丢包率指标会根据用户的实际业务带宽、时延、丢包率等数据，统计历史数据来进行合理划分并不断调整优化，以上三个指标属于动态变化指标，可根据这三个指标进行网络链路质量划分，将网络链路质量分为三个等级：高质量链路，中质量链路，低质量链路。动态变化指标也下发给设备终端，以便终端可以进行网络质量分级。
[0072]
(3.3.2)对从设备终端采集的网络链路质量数据进行分析，根据带宽利用率、时延和丢包率等将链路质量进行定时计算评判，确定当前网络链路等级。本发明实施例每5分钟将从设备终端采集链路质量数据，进行一次链路质量评判。
[0073]
(3.3.3)根据当前链路费用、质量以及应用对网络质量要求等级，在用户对应用配置的选路策略基础上进行智能优化，实现对应用所需链路的智能选取。
[0074]
当获取到链路计费阶梯数据，链路质量数据及各个应用在链路上的时延、丢包率之后，结合用户对应用质量的需求，对应用的当前网络链路进行调整。调整的原则是：(1)首先根据应用对网络质量要求等级检测是否进行网络链路切换，若当前应用所分配的网络链路质量不佳，即当前网络链路质量变差，不满足应用对网络质量要求等级，将切换到当前对应等级的网络链路；(2)其次根据应用的优先级进行网络链路分配，首先保证高优先级应用的网络链路分配，在可分配的网络链路上选取低费用链路。(3)当出现网络链路拥塞时，根
据应用的优先级对低优先级应用限速。
[0075]
如图4所示，为当两设备终端的某应用通信时，当前链路出现中断或者严重时延时，将重新分配链路，选取网络质量适合，满足链路质量要求阈值及用户设置的网络质量要求等级的链路。
[0076]
保证高优先级应用，对于大流量应用尽量分配到低费用链路。例如：视频会话类应用作为高优先级应用，为保证会话质量，可以先分配到互联网链路，应用互联网链路成本费用较低，如果在低成本的情况下能够保证链路质量，则使用互联网链路，否则对应用进行选路升级，将其调整为高资费的专线链路。本发明方法综合利用了用户定义的选路策略和智能分析算法来进行综合调度。例如：a链路是专线链路，b链路是互联网链路。通常情况下专线链路往往能提供更高质量的网络服务，但价格也相对昂贵，互联网链路可能时延较高，但是费用相对较低。在本发明的智能算法中，会将成本收益考虑在内进行综合评估，在保证低成本的情况下为用户提供尽可能高的网络服务质量。
[0077]
智能选路是在用户应用选路策略的基础上进一步对应用的链路质量进行监控分析，进行链路调整优化。虽然用户配置了选路策略，但是依然会出现考虑不完善造成的链路拥塞情况，此时智能选路对链路进行优化。例如：当链路出现拥塞，且多条链路都无法保证链路质量的情况下，会对低优先级链路进行限速。限速一般包含平均限速和舍弃性限速。平均限速是指对多个低优先级应用同时限速。舍弃性限速，是指对低优先级的应用的带宽占用率进行排名，优先限制带宽占用率较大的低优先级应用。
[0078]
数据管理平台将动态变化指标和优化的选路策略经sd-wan控制器发送给设备终端。设备终端实时监控应用在链路上的网络质量，当某些应用出现较严重的丢包或时延时，对整体链路质量进行分析，同时根据应用的重要性及优先级判断是否要对应用进行链路切换或者进行多链路负载分担，链路优化。sd-wan数据管理平台对设备终端收集链路质量监控结果进行大数据分析，通过智能算法对用户配置的选路策略进行指导性纠正。同时通过大数据分析，不断优化专家策略库，提升专家策略库的准确性。